防渗帷幕灌浆系统在陈源水库工程中的运用

吕云英

(福建省南平市浦城县莲塘镇人民政府水利工作站，福建 浦城 353400)

水库工程建造过程中，借助帷幕灌浆技术能够大幅提升水库坝体的防渗能力，进一步改善水库工程渗流问题。帷幕灌浆系统的应用首先必须要有灌浆实验，通过实验来检验帷幕灌浆在水库坝体防渗效果改进方面的可行性，然后依据试验结果制定合理的施工方案。

1 工程概况

1.1 工程基本情况

浦城县陈源水库位于浦城县莲塘镇颜处村境内，水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞、灌溉渠道等建筑组成。工程等级为lV等，大坝等主要枢纽建筑物为4级。大坝为均质土坝，坝顶高程254m，坝顶设防浪墙，防浪墙高程254.8m最大坝高21.5m，坝顶宽度4m(包括防浪墙)，坝项长度68m。大坝迎水坡244.0m高程以上坡比为1∶2.0，大坝迎水坡244.0m高程以下坡比为1∶2.25，背水坡244.0m高程以上坡比为1∶2.0，坝脚为堆石排水棱体，棱体顶高程为244.0m棱体顶宽1.5m，外坡比为1∶1.5。大坝迎水坡为干砌石，背水坡为草皮护坡。

1.2 坝基加固方法

除险加固坝基防渗采用在坝顶沿坝轴线全坝段布置单排帷幕灌浆防渗，初步拟定河床处最大帷幕深至227.50m高程。帷幕灌浆在坝顶沿坝轴线方向布孔，布单排孔，孔距2.0m，钻孔范围为桩号0+000-0+068，共布35孔。钻孔机具采用岩心150型钻机，钻孔深度至相对隔水层，钻孔最深28.13m，最大帷幕深度11.9m，帷幕钻孔总进尺545m，帷幕灌浆202m。

2 工程材料选择

2.1 水泥、骨料等的选择

水泥可选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。所有骨料的选择都要就地取材，确保原料质量过关，即可以使用天然骨料，也可以使用人工骨料，特殊情况下也可以两者混合使用。如果使用人工骨料要选择石灰岩材质，使用之前要确保骨料表面清洁。

另外，混合土中加入的外加剂、掺合料要严格按照行业标准，具体见表1：

表1 本工程所需材料汇总

2.2 砂浆质量要求

用于拌和沙浆的水泥、水、外加剂及砂等的原材料应符合施工质量要求，砂浆选用M10，由砂浆搅拌机拌料提供。按照工程设计要求严格把控砂浆强度，确保砂浆搅拌均匀，初凝前要将一次拌料使用完，砂浆配合比要严格落实，必须经过试验并上报监理人员检验批准后才可使用。

3 防渗帷幕灌浆系统具体施工应用方法

坝址区两岸基岩裸露良好。全坝段坝基基岩岩性均为花岗岩，属硬质岩，物理性能良好，坝基座落于强风化岩上，目前未见坝体沉降变形。故坝基总体稳定，不会出现大的坝基沉降变形。根据区域地质资料，坝底基岩总体抗渗条件良好，基岩属弱透水地层，无产生重大渗漏的可能。根据各钻孔压水试验分析，各孔基岩相对隔水层(<10Lu)埋深：ZK1孔17.0m；ZK2孔25.0m；ZK3孔12.0m。从以上压水试验分析结果表明，大坝坝基表层基岩均属中等透水地段，坝基表层基岩存在渗漏。

由于坝体土体不均匀，压实度较低，存在较大的渗漏现象，下游坝坡多处湿坡渗流，高水位时渗漏尤其严重。坝基主要为强风化花岗闪长岩、透水率较大，坝基接触带渗透亦性较大。需要对坝体和坝基进行防渗加固处理。大坝高21.5m，因此大坝防渗可以采用坝体单管高喷防渗墙方案；或者坝体液压抓斗造混凝土防渗墙方案；或者坝体劈裂灌浆方案。坝基采用帷幕灌浆防渗。

除险加固坝基防渗采用在坝顶沿坝轴线全坝段布置单排帷幕灌浆防渗，初步拟定河床处最大帷幕深至227.50m高程，坝体钻孔665.2m，坝基钻孔494.8m，坝基帷幕灌浆494.8m，总耗灰量17780kg，平均每米耗灰量为35.93kg。帷幕灌浆的工艺流程为：施工准备 → 测量放线 →钻孔→ 洗孔、裂隙冲洗→ 灌浆 → 封孔 → 检查孔。

3.1 施工准备

施工之前，需要重点检查主要施工设备是否正常运行，及时对设备进行维修和保养，同时确保各种辅助设备、施工工具齐全。

3.2 测量放线

根据工程设计坐标确定灌浆孔位(单排孔且孔距为2.0m)。

3.3 钻孔布置

帷幕灌浆在坝顶沿坝轴线方向布孔，布单排孔，孔距2.0m，钻孔范围为桩号0+000-0+068，总长68m，布单排孔，孔距2.0m，共布35孔。钻孔机具采用岩心150型钻机，钻孔深度至相对隔水层，钻孔最深26.8m，帷幕总进尺545m。施工分二序孔进行，第一序孔距为4m，第二序孔距为2m。钻孔结束待灌和灌完待钻进时孔口均进行妥善保护。

钻孔均使用金刚石钻头，钻孔之前要确保钻机与孔位对准，开孔孔位确保在规定范围内，钻进之前要确保钻机底座找平，然后安装牢固方可钻进。同时钻进过程中的钻压、钻速、转速、冲洗液流量均要符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范执行》(DL5148-2001)要求。

3.4 洗孔、裂隙冲洗

1)帷幕灌浆孔孔壁和裂隙进行冲洗，直到孔口回清水，冲洗压力为灌浆压力的80%。

2)灌浆之前必须经过简易压水试验，试验压力值需根据不同孔段的最大压力值确定(通常为最大压力值的80%)，吸水率按规范DL/T 5148-2001计算。

3.5 具体灌浆操作

1)灌浆压力：首先根据施工现场地质条件明确输浆压力控制在0.3-0.4MPa之间，灌浆速度控制在1.4-2.0m/s之间。

灌浆过程中，不同孔位压力有所差异，第一序孔采用0.2-0.25MPa、第二序孔采用0.3MPa。以设计压力为基准，如果砂浆灌入率<0.4L/min，则再持续灌浆1h即可结束灌浆，具体可在灌浆过程中作适当调整。

2)灌浆材料的选择：①灌浆用水符合拌制混凝土用水的要求。根据基础灌浆的要求，灌浆材料主要以水泥为主，帷幕灌浆液水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7个比级。开灌水灰比可采用5∶1，也可根据试验进行调整。②掺和料的选择，渗漏量大的位置，可掺入速凝剂：硅酸钠(水玻璃)，通常掺入量为水泥重量的3%-5%。

3)灌浆设备以及安装：帷幕灌浆所使用的水、电以及风系统都要有各自专用的线路。

灌浆泵的性能确保与浆液类型、浆液浓度相适应，实际工作压力可以超过最大灌浆压力1.5倍，压力浮动范围不能超过灌浆压力的20%，同时压力表的最大量程为最大灌浆压力的1.5倍。

整个灌浆过程采用循环式灌浆，且所有的孔洞浆液、返回的浆液都必须经过严格过滤方可使用。

3.6 灌浆结束条件和封孔

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆，在规定的设计压力下，在灌浆过程中如果该段注入率<0.4L/min，则仍需持续灌浆1h；再如该段注入率<1L/min，仍需持续灌浆1.5h，这两种情况下持续灌浆完成方可结束灌浆。在各孔灌浆完后，应进行回填封孔，将钻孔严密填实。帷幕钻孔进行全段封孔。封孔采用置换和压力灌浆封孔法，回填材料采用水泥砂浆，砂粒需洁净，粒径≤1-2mm，砂的含量可为水泥的0.5-1倍，水灰比不宜过大，一般可≤1，以使水泥砂浆具有适宜的流动性，且砂粒又不易很快沉淀。

3.7 坝基至坝顶区域防渗墙和帷幕灌浆

在坝顶至坝基采用单管高压旋喷造防渗墙。单管高压旋喷轴线位于坝轴线，钻孔深至坝基面以下2m，作为与坝基帷幕的搭接段。高喷防渗墙最大高度为24.5m，范围从桩号0+000-0+068，长68m。孔距为0.5m，共布137孔，成桩直径>0.65m，总进尺2180m，防渗面积1082m2。单管旋喷部分孔位与帷幕灌浆处钻孔同心同孔，由于帷幕灌浆返浆容易使套管卡住拔不出，堵塞孔位或者出现塌孔，因此部分孔位不能直接重复利用，需要重新钻孔或者进行专门的清孔。

在旋喷开始施工时，要进行现场试验以具体确定旋喷孔径，每一座坝体填土的标准贯入锤击数不同，高压喷射注浆固结体的直径是不同的，单管旋喷形成孔径≥65cm，孔斜率≤0.8%，旋喷桩之间的搭接≥0.10m。

整个工程施工过程中板墙是分阶段完成的，为了确保前后完工板墙之间的连结质量，可以使用间隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工工艺。第一孔序施工注浆7d后，待注浆初凝方可进行第二孔序喷射注浆；第二孔序注浆采用喷射法，使用高喷机，设备就位后需要在地面试喷，然后确定好喷射方位，各项参数满足要求后再下喷射管至孔底，喷射过程中如果浆液返出孔，则可以提升喷射。

整个喷灌过程中，必须随时监测进浆比重，回浆比重、流量，提升速度等施工参数，同时要做好参数记录。防渗墙施工完成后要及时做压水试验和取芯试验，准确测量防渗墙的抗渗和强度指标。

4 结 论

施工方案是在综合考量工程投资、施工工艺以及防渗质量等因素的基础上，最终针对坝基防渗选择帷幕灌浆除险加固方法，实践证明，通过严谨的设计能够有效的强化帷幕灌浆的作用，坝基帷幕灌浆施工也是水库大坝工程结构安全的重要保障，相较于常规的灌浆法而言，帷幕灌浆能够进一步地满足水库工程防渗需求，并且可以在不抬动基础的前提下，合理提升灌浆压力也可增强帷幕灌浆防渗漏的效果。