高喷灌浆技术在郭堡水库防渗施工中的应用

杜宝礼

（太谷县郭堡水库管理处，山西 太谷 030800）

1 工程概况

郭堡水库位于太谷县城东北35 km处，汾河支流的小西沟、佛峪沟与象峪河汇合处，地处范村镇王公村，属黄河流域汾河水系。水库于1958年动工兴建，经两次加固改造扩建，现设计标准为50年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核，总库容3 110.7万m3，是一座以防洪、灌溉为主的中型水库。

枢纽工程包括大坝、溢洪道、泄洪洞、输水洞四部分。大坝为碾压式均质土坝，最大坝高40 m，坝顶长730 m，坝顶宽4 m，现坝顶为混凝土路面。在坝顶和岸坡不同高程，布设13孔坝体坝基浸润线测压管和22个位移观测桩。溢洪道位于大坝左端，系开敝式，净宽21 m，泄槽长126.3 m，出口采用挑流消能，最大泄量1 313 m3/s。泄洪洞位于大坝左侧的山体岩石中，包括引渠、压力洞、竖井、无压洞、明渠及挑流段，内设4 m×4 m的工作闸门和检修闸门各一个，闸室前为圆形混凝土有压隧洞，内径3.5 m，全长409 m，最大泄量151.6 m3/s。新建输水洞位于泄洪洞左侧，全长262.9 m，包括引渠段、进口段、控制段、洞身段和出口控制闸室。进口段为钢筋混凝土方洞，断面1.5 m×1.5 m；控制段为进水塔，设平板检修闸门；洞身段为直径2 m的有压圆洞内衬1 m的钢管，管外回填混凝土；出口控制闸室设DN 1 000手电两用工作闸阀，设计流量8.2 m3/s。

2 问题处理与现状

1985年对溢洪道右侧墙（大坝桩号0＋000—0＋120段），进行了充填和劈裂灌浆；1987年6月对大坝右侧黄土台地（0＋376—0＋734）段，对砂砾石层进行了高压定喷灌浆防渗处理。1988—1989年对溢洪道进口前沿及右侧墙进行了高喷防渗处理，并向坝体延伸了120 m，与左坝段防渗墙形成连续防渗体。并对右侧墙扶臂底板以上进行了充填灌浆。1991—1992年对左坝端0＋042—0＋216.2段，进行了坝基高喷防处理，大坝0＋216.2—0＋376段坝基未作处理。2009年郭堡水库进行了除险加固工程，对大坝坝基松散覆盖层和部分基岩，进行了高喷灌浆防渗处理，灌浆范围为桩号0＋360—0＋650段，灌浆轴线位于坝轴线上游100 cm处。

根据上述情况可知，历次防渗墙轴线不一，坝基没有形成一道完整的防渗墙，其中在桩号0＋216.2—0＋261之间坝基未进行过防渗处理，大坝桩号0＋376左右迎水坡和背水坡各有一道平行于坝轴线的防渗墙，两道防渗墙间隔20m左右，也不连续。整个防渗墙存在很大的渗漏通道，不能有效地起到防渗的作用。右坝肩存在绕坝渗漏，且渗漏量较大。

3 应急专项除险加固工程高喷灌浆设计

根据上述情况，本次设计高喷防渗墙共三部分：

一是将建坝时的截水墙与1987年及1990年的两道坝基防渗墙中未连续的两段松散层进行高喷灌浆处理，使之形成一道完整的防渗墙。

二是对2009年水库除险加固时右坝段0+360—0＋650 m高喷灌浆防渗墙向右延伸，将右肩松散层全部进行高喷灌浆处理。

三是在0＋000以左，溢洪道附近有一小段松散层未进行过高喷灌浆，为保证截水墙的连续性，此次设计也进行灌浆处理。

图1 高压喷射灌浆设计方案示意图

灌浆底线深入基岩1 m，灌浆顶伸入坝体2 m，但不高于947 m，参考已建的类似工程，高喷单排布孔，分三序，呈折线型连接，要求形成的防渗体厚度不小于0.2 m（见图1）。灌浆材料P.042.5普通硅酸盐水泥。

初步拟定灌浆指标：孔距1.4 m，摆角30°，水压35～40 MPa，水量75 L/min，气压大于0.6 MPa，气量6～80 L/min，浆压0.2～1.0 MPa，浆液比重1.5～1.6 scm3，提升速度5～10 cm/min，旋转速度6°/s。具体指标通过施工前的试验确定，施工质量采用围井方式进行检验。

4 高喷灌浆施工

高喷灌浆为单排布置，孔距1.4 m，采用先疏后密、中间插补的三序孔施工，按照图2所示的施工流程进行施工。施工采用150型地质钻机钻机造孔，HB 80/10型泥浆泵制浆，灌浆采用高喷台车，配YV 6/8型37 kW空压机和3 XB型75 kW水泵，用WJTG-80型搅浆机进行搅制浆液，灌浆材料按配比由进料斗送入搅浆筒内，由灌浆泵将搅制好的浆液灌入地层。当喷射管下到设计深度，定位喷射方向，送入合乎要求的水、气、浆，待注入浆液冒出后，按预定好的提升摆动速度，自下而上边喷射边摆动边提升，直到设计高度。高喷灌浆按三序施工，相邻两孔施工间隔不得低于3 d。灌浆结束后，要进行必要的检验。施工质量采用围井方式进行检验，围井设2处。

图2 高喷灌浆施工流程

5 施工质量检验

对防渗墙施工过程中的施工工序和施工参数，要按照设计要求严格检查记录，施工结束后30 d，还要进行围井注水试验、钻芯检测等。对灌浆坝段进行分段检测，围井的布置根据监理方要求进行，共分为5个部分，围井布置形式如图3所示，新灌浆孔浆液凝固不少于28 d。

图3 围井的布置形式

在围井中心钻质检孔，采用清水钻探，孔口设置护孔管，钻孔完成后进行注水试验测定围井的渗透性，试验结果如表1所示，可见防渗墙施工后渗透系数大幅减小，达到了防渗墙的设计渗透系数的要求，高压喷射灌浆效果符合预期，灌浆效果良好。

对于防渗墙的连续性和厚度，在防渗墙中心线方向布置了3条测线，垂直测线方向布置了12条测线，进行地质雷达检测。结果表明防渗墙的连续性较好，在垂直深度范围内较连续，防墙形态为双向齿形，防渗墙最厚处达0.73 m，最薄处为0.17 m，平均厚度0.39 m。

对于防渗墙体的强度，在第二部分和第三部分防渗墙交叉部位，钻取了墙体样品，进行室内抗压强度、变形模量、饱和抗剪强度和块体密度等试验，结果如表2所示。

防渗墙体强度的试验结果在不同地层中符合设计要求。综上高喷灌浆防渗墙体的质量较好，满足设计要求。

表1 围井注水试验结果

6 结论

通过对郭堡水库存在问题和历次处理情况的调查，对应急专项除险加固高喷灌浆进行了设计，采用单排布置，孔距1.4 m，采用先疏后密、中间插补的三序孔高喷灌浆设计方案，并进行了施工，施工结束后对高喷灌浆形成的防渗墙体进行了注水试验、地质雷达检测和取芯检测，达到了防渗墙的设计渗透系数要求，防渗墙的连续性较好，在垂直深度范围内较连续，平均厚度0.39 m，防渗墙体的质量较好，高压喷射灌浆效果符合预期，灌浆效果良好。

表2 防渗墙体钻孔取芯试验结果