新花水库坝基处理帷幕灌浆施工技术要点分析

袁建明

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330200)

1 工程概况

位于贵州省册亨县八渡镇者弄村境内的新花水库设计洪水位853.19m、校核洪水位854.20m。正常蓄水位850m，相应库容为314.7万m3，死水位826m，相应库容45.6万m3，供水范围为八渡镇5个自然村农村人畜及灌溉用水，供水人口为4900人，P=95%人畜供水量为33.9万m3，设计灌溉面积772hm2，水田529hm2，旱地243hm2，多年平均灌溉供水量为363.3万m3，P=80%的灌溉供水量412.3万m3。水库防渗标准设计值q≤0.5Lu，主要采用水泥灌浆材料并在水泥浆液达不到防渗设计标准的区域补灌丙凝化学浆材。文章主要对新花水库丙凝化学浆材帷幕的耐久性和稳定性进行分析。

2 坝基处理帷幕灌浆施工情况

2.1 初期施工

新花水库坝址位于贵州省册亨县八渡镇者弄村境内，位于南盘江左岸一级支流乃言河上，区域一级、二级和三级构造单元分别属于扬子准地台、黔南台陷及望谟北西向构造变形区。工程区位于东西向为主的隆林东西向构造带内。

帷幕灌浆设计采用强度等级不低于32.5级，细度要求通过80μm方孔筛，筛余量≤5%的普通硅酸盐水泥；灌浆过程中的用水应按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-2014)及水工混凝土拌制过程的用水要求，且温度应控制在40℃以内。水泥浆液中所掺加的砂、粉煤灰和水玻璃等掺合料的质量必须符合SL62-2014的相关规定，并通过试验确定各种掺合料的掺加比例，试验成果报送监理人审批。速凝剂、减水剂及其它外加剂质量必须按照SL62-2014进行控制，并通过室内试验和现场灌浆试验进行各种外加剂最佳掺加比例的确定，可溶性外加剂必须通过水溶液状态掺加，并将试验成果报送监理人审批[1]。

帷幕灌浆工程属隐蔽工程施工，其浆液流动、凝固与施工顺序时间间隔有着密切关系，合理而规范的施工工序安排对于工程施工质量控制十分关键。新花水库大坝坝基帷幕灌浆施工严格按照设计技术要求及SL62-2014规范实施，施工流程见图1。

图1 新花水库大坝坝基初期帷幕灌浆施工流程

现场施工过程中技术人员发现，普通硅酸盐水泥粒径并不适用裂隙宽度，灌浆施工时普遍存在浆液回浓问题[2]。随后调整方案，灌注材料改为比表面积385m2/kg的磨细水泥，但是此类水泥材料细度仍较为有限，部分坝段帷幕灌浆施工仍达不到设计要求，所以考虑将灌浆材料改为丙凝化学浆材。

2.2 丙凝灌浆施工

先在新花水库8-10坝段断层交汇部位使用丙凝灌浆材料，灌注效果良好，随后在13-15坝段软弱断裂构造带和17-20坝段细微裂隙发育及渗流区推广应用，应用结果显示，上述特殊工程地质部位渗流量和岩体透水率显著减小，见表1。

表1 丙凝化学浆材灌浆施工前后岩体透水率

从表1结果可知，采用丙凝灌浆材料后岩体透水率显著下降，不符合设计防渗标准的孔段减少，充分说明丙凝化学灌浆料能有效提升坝基结构防渗性能，降低渗漏，但是工后部分孔段仍存在透水率超标的情况，为此还应进一步进行坝段加高处理后丙凝灌浆料耐久性的分析。

3 帷幕灌浆材料耐久性分析

文章从物理和化学两个角度进行丙凝灌浆材料耐久性分析，也就是分析分布于坝基基岩裂隙中的丙凝胶体在高水头下的抗挤出性能及其在地下水化学影响下的老化性能。

3.1 抗挤出性能

通过彻底检查丙凝浆液灌注施工效果并将其与现状压水成果进行比较，进一步分析工程实际运行状况的监测资料，以进行丙凝灌浆料抗挤出性能的综合分析。

按10-15m孔距在丙凝灌浆施工区域防渗帷幕轴线处布设检查孔进行坝基基岩岩体透水率钻孔压水情况的检查。检查结果表明，8-10坝段、13-15坝段、17-20坝段丙凝灌注施工后基岩透水率明显高出设计防渗标准，且上述坝段坝基基岩排水孔渗流量持续减小，在数次高水头考验下，丙凝灌浆料表现出较好的整体性，灌浆料也无明显的挤出迹象。

总之，新花水库由于大坝坝基岩体裂隙发育，有利于丙凝灌浆料抗挤出效果的发挥，压水检查及渗压、渗流监测资料所反映的丙凝灌浆帷幕结构防渗性能和抗挤出性能良好。

3.2 抗老化性能

借鉴类似水库工程坝基丙凝帷幕灌浆施工经验，文章取原位丙凝灌浆体进行室内老化性能试验及对丙凝灌浆结构耐久性预测。

3.2.1 抗老化性能试验

填充在坝基细微裂隙内的丙凝灌浆胶体强度低，如若钻孔取样，则很容易发生岩体劈裂和胶体磨蚀，很难获取原状丙凝灌浆胶体。所以本工程采用段长短、回次多、钻速低、水量小的钻进工艺，在岩芯内成功获取原状丙凝灌浆胶体，此后，在实验室内将胶体与施工前所配备的丙凝材料配比样本分别放置于不同水质环境并进行材料老化前后酰胺基团变化情况的红外光谱分析、丙烯酰胺含量变化的气相色谱检测。试验结果如下：

对于相同的pH值，随着温度的不断升高，丙凝灌浆胶体质量变化百分比随之增加；而当温度不变时，随pH值的升高，丙凝胶体质量变化百分比也随之增加；丙凝灌浆胶体在新花水库大坝坝基水质环境中水解过程相当缓慢。处于不同水质环境下的丙凝灌浆胶体在常规和加速老化的测试下，其支链酰胺基团均仅发生部分水解，而主链并未发生任何水解反应，丙凝灌浆胶体材料的耐久性主要取决于主链的水解反应，所以其分子结构具有较好的抗老化性。

对丙凝灌浆胶体进行非线性拟合并构建胶体材料加速老化时间x和酰胺基团水解百分比y的函数关系式[3]：

y=4.45x0.43

(1)

3.2.2 结构耐久性预测

通过比较采用段长短、回次多、钻速低、水量小的钻进工艺在岩芯内所获取的原状丙凝灌浆胶体与新配置丙凝灌浆胶体分子结构和材料性能，便可得出新花水库大坝坝基丙凝帷幕灌浆胶体运行50a后期酰胺基团水解的百分比值，且其胶体水解程度与防渗性能有关，当丙凝灌浆胶体内酰胺基团水解百分比超过40%，则胶体材料水解速度加快，稳定性能骤降，所以，考虑新花水库大坝坝基加固所使用丙凝灌浆材料胶体分子结构的耐久性，其寿命应在500a以上。

以上分析仅针对纯丙凝灌浆材料及坝基岩体裂隙发育，透水性微弱，丙凝材料抗挤出性能良好的情况，若先灌注水泥浆再灌注丙凝浆液，则会因丙凝材料遭受水泥结石溶蚀破坏而改变丙凝浆液在岩体裂隙的赋存环境，致使丙凝材料抗老化、抗基础性能发生改变而影响水泥浆液与丙凝浆液复合灌浆帷幕结构的耐久性能。

4 结 论

基于新花水库坝基处理维护灌浆施工的特殊性，在初期水泥灌浆材料粒径与坝基发育裂隙宽度不适用，灌浆施工时普遍存在浆液回浓问题的基础上将灌浆方案调整为丙凝化学浆材灌浆施工。丙凝灌浆施工后岩体透水率显著下降，不符合设计防渗标准的孔段明显减少，坝基结构防渗性能显著提升。对丙凝灌浆胶体在高水头下的抗挤出性能及在地下水化学影响下的老化性能试验分析结果表明，丙凝灌浆胶体材料分子结构具有较好的抗老化性，且其胶体分子结构使用寿命在500a以上。