联合灌浆技术在大坝防渗加固中的应用实践

曹德昭

(清远市清新区龙须带水库管理所，广东 清远 511500)

1 工程概况

水库工程等级为Ⅲ等，水库大坝、输水隧洞、溢洪道等主要建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物。水库大坝为黏土斜心墙土石混合坝，设计洪水标准为100年一遇(P=1%)，校核洪水标准为 2000 年一遇(P=0.05%),水库特征表详见表1。溢洪道位于大坝右坝头，为开敞式自由溢流堰。排沙泄洪洞为套钢管和钢筋混凝土衬砌隧洞。水库金属结构设备主要为输水隧洞的闸阀、垂直提升平板钢闸门及手电两用的QPQ2×40 t卷扬式启闭机。入库洪水资料详见表2。

表1 水库特征情况

表2 入库洪水资料

2 工程防渗加固现状

(1)两坝肩局部坝基及260 m高程以上，局部填土(抢度汛部分填土)渗透性大，尤其右坝头的渗漏比较严重。

(2)大坝迎水坡的护坡干砌石风化严重且极不平整。水库上游库岸由坚硬材质的石灰岩组成，间杂少量石英砂岩，渗透性微弱。坝址上游岸坡受水位陡降影响，裸露的基岩虽经风吹日晒，但整体性较好，裂隙不发育，无断层影响，边坡自然稳定性较好，不存在大范围滑坡风险。但受地质构造影响，不排除部分区段受地质应力影响，存在隐蔽性不稳定裂隙和破碎构造带，当水库水位发生骤变时，静水压解除后破坏原稳定受力平衡局面，易形成局部溃塌，但这种地质薄弱区面积不大，并与主体大坝存在一定距离，对安全管理影响不大，不会对水库的安全生产和安全维护造成影响。2000—2001年进行安全鉴定工作。根据《广东省清新县龙须带水库安全鉴定综合报告书》和省水利厅粤水管[2002]62号文件，龙须带水库大坝安全鉴定的类别为二类坝。

3 工程联合灌浆加固

3.1 水利工程灌浆分类

(1)高压喷射灌浆法。高压喷射灌浆法是在工程施工面钻孔，下置喷射管，将注浆管下到需要加固的工程隐蔽预定位置，然后，用高压水泵或高压泥浆泵(20～40 MPa)将水或浆液通过喷嘴喷射出来，利用喷射流束的冲击力冲击破坏土体，使土粒与浆液搅拌混合、凝固。形式有旋喷、摆喷和定喷三种，区别在于不同的喷嘴运动方式，影响凝结体的形状和结构[1]。该施工方式使用的设备简单，工作效率高，同时，原料较廉价，并且搭接性好，最终工程防渗性能非常好，但是，这种施工方式对于地质环境要求较高，若喷浆施工经验不足，会严重影响工程防渗效果。

(2)土坝坝体劈裂灌浆法。这种施工方法是利用坝体的应力分布规律，对其注入适当的浆液，利用灌浆压力，使坝体沿着坝轴线的方向劈裂，同时，灌注符合工程要求的泥浆，形成连续的防渗墙坝体，对漏洞堵塞、软弱层切断、坝体防渗加固等具有显著效果。该施工技术通过彻底打破坝体原有的应力不平衡，建立新的应力平衡，在其应力影响范围内，保持坝体的稳定和安全。

(3)改良控制性灌浆法。随着施工设备、灌浆材料的发展，对传统的灌浆施工进行改进，将串冒浆问题降低到工程可接受的范围内。通过材料选型、技术选型、施工选型，在施工中控制浆液压力与流量，提高施工质量，同时，扩大灌浆的覆盖区域，降低材料、人工损耗，提高企业经济收益。

3.2 灌浆施工

大坝联合灌浆加固项目主要是上游围堰区域改良性控制灌浆、边坡支护(锚喷支护，使用预应力锚索加固，表面喷浆封堵围岩，防止进一步风化破碎)、局部断层处理(采用高压灌浆)、坝基高压喷射灌浆、坝基薄弱区域帷幕灌浆(添加高分子化学浆液，增加围岩附着力)、探洞回填灌浆。表孔溢洪洞主要是锚喷加强支护、进口破碎区域固结灌浆、洞身隐蔽区域回填灌浆及洞身固结灌浆。

(1)喷射灌浆施工。根据《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200—2019)相关要求，对于重要的、地层地质条件较复杂或深度较大的高压喷射工程中，应根据施工地质特性、工程特性，合理选定代表性地层进行高喷灌浆现场试验[2]。试验宜采用单孔和不同孔排距的群孔进行，以确定高喷灌浆的方法及其适用性，确定有效桩径(或喷射范围)、施工参数、浆液性能要求、适宜的孔距排距、填体防渗性能等。在水库大坝0+121.40～0+155.30段，按照1.0 m、1.2 m和1.4 m共3种规则孔距布孔进行试验，每种孔距布孔5个，试验深度均为24 m，共设置16个，试验段总长18 m。结合现场试验及对试验区段抗渗性能、防渗墙厚度等指标性能进行分析，最终确定高压摆喷施工参数，见表3。

布置单排高压摆喷灌浆孔，喷孔间距为1.4 m，在强风化花岗岩区域喷浆管插入深度3 m，以达到坝基相对不透水层，按照设置，间距1.4 m情况下，两孔中心搭接间距为1.8 m。因此，采用三管法(桩径为1.2～2.2 m)进行高压摆喷射施工，按照折接形式布置摆喷灌浆孔。

表3 喷浆施工参数

摆喷灌浆监测参数效果分析。大坝防渗加固工程竣工后，通过开挖直观检查喷射效果及墙体斜接情况，观测情况表明：防渗墙桩间搭接良好，灌浆孔深、开孔位置和入岩深度均达到规范要求，板墙对接完好，成墙最小厚度>50 cm。使用围井法和钻孔法对坝基防渗墙体进行施工质量检查，按照每个施工单元工程布置3个检查孔，每6个单元工程布置1个注水试验围井，检测墙体强度和渗透系数，结果见表4。

表4表明：从高压摆喷灌浆坝基防渗墙获取的典型芯样的抗压强度为3.22～4.44 MPa，均大于规范要求(2.5 MPa)；渗透系数检测值为0.96×10-6～4.22×10-6cm/s，均小于规范要求(9×10-6cm/s)。加固施工后，坝体与坝基渗漏情况得到明显控制，防渗加固质量满足施工规范要求。根据在坝基强透水层埋深较浅坝段的渗漏检测数据，得出渗漏量明显减少，证明已经有效处理了大坝坝基渗漏问题。

表4 检测结果

(2)帷幕灌浆施工。通过工程经验和工程类比，确定帷幕灌浆孔排数和孔距，并借助现场灌浆试验进行验证，然后，确定灌浆孔和检查孔的单位吸水率、单位耗灰量、浆液拌制时间、浆液密度、浆液的凝结时间等施工控制参数[3]。帷幕灌浆孔采用单排布置，设计孔距2.2 m，造孔深度控制在深入岩石相对不透水层下不小于5.0 m。帷幕灌浆施工轴线与混凝土防渗墙同轴设计，设计灌浆范围为施工桩号灌0+000～灌0+200、灌0+800～灌0+980.5，长度380.5 m。

(3)回填灌浆施工。回填灌浆施工主要用于隧洞混凝土衬砌层的背后，尤其在断层、岩溶洞穴、裂隙发育的地方。由于这类隐蔽工程施工困难，多会遗留下较大空隙。为改善受力条件，使混凝土层与围岩紧密结合，需要有针对性地对空隙区域进行回填灌浆。

导流洞洞身顶拱130°范围内，按六角星型布置回填灌浆孔，孔距均为2.2 m，孔深误差为深入锚喷混凝土内5～10 cm。

采用钻孔注浆法检查回填灌浆质量。即向孔内注入水灰比2∶1的浆液，使用规定压力0.5 MPa，若初始10 min内注入量不超过10 L，即达到合格。

(4)固结灌浆施工。固结灌浆施工以减少内外渗水量为目的，对岩体破碎围岩区域进行加固，提高岩石的应力平衡能力。固结灌浆孔设计位置与回填灌浆孔相同，但比原回填灌浆孔加深至3.2 m，从隧洞两头向中间逐排或隔排推进。由于隧洞围岩条件较好，裂隙不发育，浆液浓度可按照水灰比2.1∶1进行配置。

3.3 安全监测

水库大坝安全监测采取人工与自动化相结合的方式，观测项目包括：坝体外表；大坝表面变形如水平位移、沉陷量；坝体渗流监测如坝体渗流压力(测压管水位)、渗流量；水文气象监测如水库水位、降雨量、气温等。

大坝表面变形监测点布置在大坝背水坡，水平位移观测点和沉陷观测点设置在同一基点上，共设6个测点。水平位移观测采用视准线法，以大坝两端的两个工作基点所控制的视准线为基准来测量坝体表面标点的水平位移量；大坝沉陷观测采用全站观测仪，通过引测已知高程的起测基点，测出大坝坝体表面沉陷标点的沉陷情况[4]。

坝体渗流监测的渗流压力观测点布置：迎水坡9个，背水坡3个，采用渗压测压管自记水位计观测；坝体渗流量观测点布置于背水坡坝脚，采用量水堰水位法自记水位计观测。

观测数据表明，水工建筑物未发现异常数据，水库坝体的标高沉降、(水平、纵向)位移和水流渗漏均在工程允许范围内，数据波动符合工程观测规律并逐渐稳定，水库大坝、泄洪道等水工建筑物工程状态良好、运行正常。

4 结 论

(1)对水库进行大坝加固、输水隧洞灌浆及进水口喷浆锚固、溢洪道加固等除险加固措施施工后，消除了各水工建筑物的安全隐患，增强了防洪抗灾能力。

(2)在水库大坝、水利隐蔽工程部位防渗加固工程领域采用联合灌浆技术处理后，改善了围岩应力分布，降低了河道渗水性。水库大坝的抗渗性和密实度数据较好，各项数据指标均满足施工设计要求，实现了对龙须带水库大坝有效的防渗加固。