浅析阿不都拉水库基础帷幕灌浆施工技术

刘再军

(新疆塔城地区水利局，新疆 塔城 834700)

灌浆技术是水利工程最常用的加固手段，是一项相对复杂且专业性较强的工艺，其具有防渗、防漏及加固的作用。该技术主要分为帷幕灌浆、固结灌浆等不同类型。其中，帷幕灌浆的优点在于投资小、效果好，能利用形成的防渗幕墙降低坝底压力，因此在地基防渗项目中应用频繁。但在进行帷幕灌浆技术之前，应先确定帷幕轴线的最佳长度，一般应在水库水位较低时进行施工，此技术要求水泥采用32.5级综合水泥，砂砾石中含泥率≤1%，针片形砂砾石超径≤5%，细度模数应控制在1.6～3.0范围之间。帷幕灌浆技术的施工质量与工作人员的技术水平有着较大的关系，工作人员需要确定最佳质量比的浆液，并将浆液以合适的压力和数量灌注到钻孔或裂缝中，因此相关单位应建立完善的施工管理机制，聘请专业的技术人才，采用先进的施工技术，科学合理地进行作业，发挥出帷幕灌浆工艺的最大效能，为水利工程建设提供质量保障。

1 工程概况

1.1 工程简介

阿不都拉水库距阿不都拉乡政府10 km，距塔城市区31 km，地理坐标为N 46°56′16″，E 83°16′42″。阿不都拉水库库容3600×104m3，坝高70 m，库坝以上集水面积260 km2，依据水利水电部门相关洪水标准，确定该工程为中型规模，工程等别为Ⅲ等，设计洪水重现期为50 a，校核重现期为1000 a，洪峰最大值为262 m3/s，消防设施标准为30 a一遇。主要建筑物抗震标准按照Ⅵ度执行。

1.2 工程总布置

阿不都拉水库工程的主体建筑为大坝、泄洪隧洞和溢洪道，设计预选的大坝类型为混凝土面板砂砾石坝，轴线位于北偏西方向50°处。溢洪道位于右坝肩，轴线与大坝轴线相交，并形成51°09′46″夹角。隧洞位于左坝肩，轴线与大坝轴线相交，并形成89°16′23″夹角。工程利用围堰的挡水方法通过放水隧洞进行导流，围堰放置于坝脚前侧。

2 大坝基础处理

2.1 大坝清基处理

阿不都拉水库大坝为高坝，根据研究区的地质条件及施工条件需要将坝基处的杂物全部去除，保证大坝填筑的砂砾石直接坐落在基岩上。此外，岸坡的坡度应不陡于1∶0.3，如果坡度较陡，可以进行开挖或者砌筑C20细粒混凝土砌石以满足要求。

2.2 趾板基础的处理

根据地质报告可知，河床段趾板处的砂砾石层厚度为2～3 m，两岸趾板处的砂砾石层厚度为2～6 m，该层透水性强，需进行防渗处理。将趾板处砂砾石层全部清除，开挖基岩深度约至弱风化层，再浇筑混凝土趾板，使岩石裂隙得以充分封闭，并将其作为基础灌浆工艺中的盖重[1]。

2.3 帷幕灌浆

在进行趾板浇筑后，需按照相关技术规范，在趾板一定范围内进行帷幕灌浆工艺。帷幕灌浆孔应沿趾板方向进行布置，小于1/3坝范围内设置两排，大于1/3坝范围内设置一排，且帷幕灌浆孔布置在固结灌浆孔中间，深度依据岩石吸水率决定。本工程帷幕灌浆处理深度最大值为43.00 m，进尺总和为11 181.15 m，打孔深度总和为12 197.59 m。

3 水库基础帷幕灌浆施工技术

3.1 孔位布置

帷幕灌浆孔距为2 m，设置两排，深度按3 Lu线以下5 m控制。帷幕灌浆孔均布置在固结灌浆孔中间，具体趾板帷幕灌浆孔位布置如图1所示。

图1 趾板帷幕灌浆孔位布置(单位：cm)

帷幕灌浆根据开挖地质编录，在地质缺陷部位(如遇断层等)适当调整灌浆间距[2]。

3.2 灌浆顺序

帷幕灌浆的注浆顺序为先灌下游排，再从下游排向上游排灌注，每排分三序，从一序孔开始钻灌，再依顺序钻灌二序孔、三序孔。一序孔和二序孔的孔间距均为8 m，三序孔的孔间距为4 m。

3.3 压水试验

(1)帷幕灌浆孔钻入拟定位置后，必须使用高水流或高压空气冲洗钻孔，尽可能去除钻孔内的岩石粉、小碎石等渣屑，保证钻孔清理后底部的渣屑厚度≤20 cm。同时在正式灌浆开始前，应对灌浆孔做压水试验[3]。

(2)根据前期地质勘查结果设置先导孔，并需结合相关设计规范要求和施工现场具体情况，由施工单位及其他相关单位共同确定，依照相关要求，先导孔孔数应至少为总孔数的1/10，再使用单点法按照由上到下的顺序进行分段卡塞，开始压水试验，并对先导孔进行分段帷幕灌浆。

3.4 灌浆技术

(1)灌浆方法。依照孔口密闭、孔内循环的原则，进行自上而下地分段灌浆[4]，即在第一段灌浆的灌浆塞可直接安放在趾板内，离基岩面距离至少保持20 cm，其他各段的灌浆塞应阻塞在距离灌浆段顶50 cm处。并要保证在前序孔灌浆完成且封孔后，再对后序孔进行孔钻灌浆。特别需要注意的是，需待灌浆结束24 h之后再进行冲洗操作及压水试验[5]。

(2)灌浆压力。表1为灌浆压力的初步拟定值，仅供参考。工程具体灌浆压力值以及其他灌浆参数指标需通过现场灌浆试验后方能确定。

表1 灌浆压力初步拟定值

(3)灌浆段段长。通常情况，帷幕灌浆段的段长应<5 m，如果水库坝体存在溶洞或断层等现象，应保证灌浆段长<3 m。因此，需结合水库实际情况，提前确定段长。

(4)灌浆浆液。本工程选用水泥浆作为帷幕灌浆的浆液，并设置六种不同浆液水灰比，分别为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1以及0.5∶1，选择始灌水灰比为5∶1，之后再根据灌浆进程逐渐增高浆液浓度。

(5)浆液变换原则。在灌浆压力维持不变，注入率逐渐减少时，亦或是注入率维持不变，灌浆压力逐渐增高时，浆液重量比无须变换；当同一重量比的浆液灌注时间>0.5 h或灌浆量>0.3 m3时，应更换高一浓度的浆液；若注入率超过1.8 m3/h，应根据施工现场情况，适量提高浆液浓度。除此之外，若在灌浆时，灌浆压力或注入率骤然改变，应尽快查找变化原因，以便及时采取相应手段，保证工程正常安全运行。

(6) 灌浆结束标准。当在灌浆最大设计压力且注入率<0.06 m3/h的条件下，应继续灌注0.5 h，再结束灌浆操作。注意在地质环境复杂、水流速度大或注入量和灌浆压力较大的情况下，应适当延长灌注时间[6]。

(7) 封孔。当工程中全部帷幕灌浆孔灌浆完成后进行施工验收，在评定合格后，应将钻孔内的积水和稀浆用质量比为0.5的新鲜浆液置换，然后利用全孔封孔法封孔。封孔时采用最大灌浆压力，时间应控制在1 h。

(8) 特殊情况处理。在灌浆过程中，若发现漏浆、冒浆等现象，应根椐实际情况及时封堵、嵌缝，同时采取低压高浓度灌浆或者间歇性限量灌浆。如果出现串浆情形，应采取灌浆孔和串浆孔同时灌浆的方法，但需确保一泵灌一孔，同时可以根据实际情况使用栓塞塞住串浆孔，等到灌浆工作完成后，再对串浆孔进行钻孔和灌浆。

在帷幕灌浆施工中应确保灌浆过程的连续性，如果由于特殊情况停止工作，应遵循以下原则处理：①尽快恢复灌浆工作，若恢复困难，应及时冲洗清理钻孔，而后再恢复灌浆。当条件不允许冲洗或未达到冲洗效果时，应先进行扫孔，再考虑是否恢复灌浆。②恢复灌浆工作时，应选择始灌质量比的浆液重新灌注。当注入率与灌浆停止前的结果相似，可以继续使用停止灌浆前的质量比级继续灌注。若是注入率明显低于灌浆中断前，则需要增加浆液浓度继续灌注。

在灌浆时若发现灌浆段的浆液注入量过大，应依据以下措施进行处理：①灌注稳定浆液或使用其他浆液配成混合溶液。②向浆液中加入一定量的速凝剂[7]。③采取低压高浓度、间歇性限量灌浆的方式。若发现回浆逐渐变浓，应灌注与其质量比相同的浆液，若效果仍未有显著改善，则继续灌浆0.5 h后结束灌浆。

当灌浆对象为溶洞、溶缝时，应提前掌握溶洞的充填类型及其规模，并按照“先封闭，后密实”的方法进行灌注。当在溶洞或溶缝内未发现充填物时，需先了解溶洞的大小或溶缝的宽窄，利用碎石填充后使用高流态混凝土灌注，在其冷凝后，再次扫孔灌浆；如果溶洞或溶缝内发现充填物，应掌握充填物的类型、性能及所占面积，再结合实际情况采用高压灌浆、喷射灌浆等方法处理。

4 结 语

阿不都拉水库基础帷幕灌浆工程顺利完成，并通过施工质量检查，证明了该灌浆技术已经达到设计的加固效果，且具有一定的经济价值，适宜应用于水利工程建设中，但帷幕灌浆技术和工艺还需要随着科技的发展不断完善，以期达到工程施工的最优效果，为灌区建设提供基础保障。