水口水库大坝浆砌石坝体加固工程中灌浆的应用

黎 伟

(望江县水利局 ， 安徽 望江 246200)

水口水库工程于2016年建设，受资金限制，分二期实施，一期大坝浇筑至410.7m，二期大坝浇筑至设计高程414.5m。一期工程完工蓄水后，发现坝体与坝基砼垫层之间、坝体背水侧局部位置出现渗漏。经调研、翻阅施工及监理资料，结合渗漏点位置，分析坝体渗漏是：坝体混凝土垫层及浆砌石坝体接触面未处理；坝体砌石施工过程中，石块坐浆不密实，坝体内部空腔较多。在二期工程实施时，借鉴坝基固结灌浆充填坝基空隙效果及其他工程实例，对一期坝体采用坝体灌浆加固方案，坝体灌浆分为钻孔及灌浆工艺。

1 坝体灌浆

1.1 钻孔及灌浆设备

一期工程现状大坝坝顶宽6m，坝顶最大高度为5.4m，坝基砼垫层最大厚度1.5m，浆砌石坝体最大厚度为3.9m，钻孔深入砼垫层与浆砌石坝体底部之间，因此可确定最大钻孔深度为4m，灌浆深度较浅，可选用手风钻钻孔；根据灌浆注入压力及注入量要求，配置了储浆搅拌机、灌浆泵灌浆设备，其中储浆搅拌机为双层，上层搅拌，下层储液，具体型号及相关参数如表1所列。

表1 钻孔及灌浆设备表

1.2 钻孔布置及工艺

于现状坝顶布置钻孔，钻孔排距采用2m，共3排，孔距1.5m，第1排孔布置于坝体防渗墙后1.0m；坝顶中部孔深4m，钻孔刚好穿透砌块石坝体与垫层，靠近坝肩位置孔深3m，钻孔入岩深度约大于0.5m；钻孔孔数共32个，孔深总进尺共140m；钻孔孔径不小于42mm。要求钻孔一次性钻至设计孔深。

1.3 灌浆布置及工艺

(1)孔位布置。孔位布置如图1所示。

图1 孔位布置图

灌浆区为现状大坝坝顶，孔位分为3序，Ⅰ序孔数为14个，Ⅱ序孔数为9个，Ⅲ序孔数为10个，共32个灌浆孔。灌浆顺序总体按先围后挤原则实施，首先将Ⅰ序孔作为周边孔灌浆，结合迎水侧砼防渗墙，形成封闭灌浆区间；待Ⅰ序孔完成后，依次分灌Ⅱ、Ⅲ序孔。

(2)灌浆准备。采用PVC管插入灌浆孔，孔径38mm(外径)，与钻孔孔径42mm及灌浆管管径38mm(内径)相互匹配，伸入深度不小于35cm，伸出深度10cm～15cm，PVC管与坝体表面接触部位采用混凝土或砂浆封口。

(3)灌浆工具。搅拌机、灌浆泵、输浆管。

(4)灌浆方法。灌浆孔深小于6m，要求采用全孔一次性纯压式灌浆。现状坝顶砌石外露，灌浆之前，先采用水泥砂浆充填砌体表面空隙并加厚至200mm。根据砌体初始有较大空腔特点，Ⅰ序孔要求先小压灌浆，使浆液尽可能均匀地充填空腔，Ⅱ、Ⅲ序孔为充填剩余孔隙，加大灌浆压力。

(5)灌浆材料及浓度。灌浆材料采用P.042.5普通硅酸盐水泥，Ⅰ序孔小压阶段砌体空腔吃浆量普遍较大，开灌灌浆时水灰比选择2∶1(重量比)；Ⅱ、Ⅲ序孔加压阶段坝体内部空腔已填充至孔隙，吃浆量普遍较小，灌浆时水灰比选择3∶1，充填坝体内的孔隙。施工现场按吃浆量及压力表变化调整。

(6)灌浆压力。依据各序孔灌浆目的及坝体灌浆后孔隙大小变化，灌浆压力依次加大，Ⅰ序孔为0.2-0.4MPa，Ⅱ序孔为0.4-0.7MPa，Ⅲ序孔为1MPa。根据现场灌浆试验，以不抬动浆砌石坝体为准。

灌浆压力先以区间小值为开灌压力，总体分序灌浆浓度逐步减小。

若遇到吸浆量较大，可增大灌浆压力，同时减小灌浆水灰比。

(7)灌浆检查。为检查灌浆后坝体的密实性，待灌浆结束后，选取Ⅲ序孔中3个孔，重新钻孔，进行压水试验检查。压水试验压力均采用最大灌浆压力的80%，即0.8MPa。

1.4 钻孔及灌浆时出现问题及解决办法

(1)局部位置钻孔。钻孔卡头很难钻至设计深度，施工时调整至周边位置重新钻孔，现场发现砌体分缝处钻孔明显较其他位置容易。

(2)Ⅰ序孔为周边孔。其距坝肩较近，不宜较大压力灌浆；但灌浆时发现，按孔距依次灌浆时，吸浆量较小，施工时调整按间隔3m分2次灌注，第1次吸浆量明显较好，第2次待第1次浆液凝固一段时间后，重新加压灌浆。

(3)Ⅰ序孔第一个孔开灌。灌浆泵压力表在0.2MPa下吸浆量较大，持续时间超过30min，注浆量超过900kg，说明初始坝体空腔很大，暂时调整灌浆压力至0.4MPa，灌浆水灰比调整至1：1，待灌浆压力浮动较大，注浆较困难时结束灌浆。

(4)灌浆。Ⅰ序孔灌浆完成后施工单位马上进行Ⅱ序孔左岸灌浆，发现灌浆量依然很大，由于水泥原材料运输未及时送至场地，Ⅱ序孔右岸灌浆间隔将近12h后才实施灌浆，但是灌浆后发现灌浆量要小于左岸灌浆。说明坝体空腔较大吸浆量较多时，各序孔灌浆应考虑一段时间灌浆待凝时间。

1.5 灌浆成果分析

坝体空腔较大，灌浆前未进行压水试验检查透水率。施工过程中详细记录了各个分序孔的吸浆量，待灌浆完成后，分别于灌浆3序孔附近重新钻孔进行了压水试验，通过吸浆量及压水试验分析了坝体灌浆成果。如表2、表3所列。由表中数据可见：①坝体Ⅰ序孔在灌浆压力较小的情况下灌浆大于200kg/m，间接说明了坝体砌块石之间坐浆不密实，空腔较大。②坝体Ⅱ、Ⅲ序孔在灌浆压力逐次增大的条件下，吃浆量不增反减，尤其Ⅲ序孔吃浆量小于150kg/m，说明砌体内部孔隙已被充填。③坝体分序灌浆，随着坝体内部空腔缩减至孔隙，灌浆浆液量逐次降低，与坝体孔隙大小变化基本一致，符合灌浆吃浆规律。④压水试验表明，坝体渗透系数小于5lu，满足设计要求，解决了坝体渗漏及空腔问题。

表2 灌浆注入量成果

表3 注水试验成果

2 结束语

工程加固后，坝体灌浆效果较明显，坝体无渗漏；手摇钻钻孔时，局部孔钻卡头未至设计深度，可适当调整位置，重新钻孔，建议可在砌石体浇筑缝位置钻孔。受限于工程设备及进度限制，本次坝体灌浆浆液采用纯水泥浆，遇类似坝体有较大空腔工程，可首先考虑采用水泥砂浆作为灌浆浆液，再实施纯水泥浆灌浆，最大限度减小工程造价。坝体灌浆分序实施，吃浆量较大时，应考虑一定时间待凝。