帷幕灌浆技术在水库加固工程中的应用

赵志峰

(江西省水利水电建设集团有限公司，南昌 330200)

0 引 言

水库工程建成投入使用后，受到自然条件的影响，难免会发生一定的损坏，影响水库工程运行的安全性。为保证水库工程运行的安全性、稳定性，就需要对水库工程进行加固处理。常用的水库加固技术包括截渗墙技术、高压喷浆技术、帷幕灌浆技术等。和其他加固技术相比，帷幕灌浆技术在施工的便捷性、加固效率、加固质量、加固成本等方面有显著优势。帷幕灌浆技术是水库加固工程中常用技术，现阶段此项技术已经相对成熟，无论是应用工艺，还是技术标准都能满足水库加固工程的需求。但在具体应用中需要结合工程特点，采取科学有效的方法和措施，控制好每个细节解决好存在的问题，才能最大限度上保证水库加固效果。

1 工程概述

高泉水库除险加固工程项目，建设地点位于瑞昌市西南山区余家桥境内。为中型水库。工程主要建设内容为：大坝加固；坝基溶洞封堵、帷幕灌浆及高喷水泥土封闭墙防渗；溢洪道加固；放空及发电隧洞工作桥加固；本工程帷幕灌浆有一排孔、三排孔两种。

2 帷幕灌浆技术的应用要点

2.1 钻孔施工

钻孔是帷幕灌浆的第一步，也是关键的一步，钻孔质量是否达标，直接关系到帷幕灌浆技术的应用效果。工程采取了三排孔注浆方法，此种灌浆方法应用的要点是，先对边排孔进行灌浆，再进行中排孔灌浆。同一排孔的钻孔灌浆，均分3 个次序施工。钻孔灌浆孔序布置图如图1 所示。

图1 钻孔灌浆孔序布置图（mm）

图1 中Ⅰ序孔为先导孔，先施工，边灌边试验，试验参数可作为Ⅱ序孔和Ⅲ序孔正式灌浆的主要施工参数，但由于实际条件和设计参数之间必然存在一定的误差，在正式施工中可结合实际情况对施工参数进行酌情调整。为保证钻进就位的准确性，能够按照测量放线的点位进行钻孔，可采取铅锤法来矫正钻机就位位置，以保证钻机安装做到正、平、稳。钻孔孔径为110mm，钻头进入土层后，为避免钻孔的垂直度偏差过大，通过套管跟进的方法控制初入土层钻孔的垂直度，钻进到将要接近岩面1.0m位置时，通过强击法打入直径为110mm 的套管，以控制钻孔的垂直度[1]。水库基岩层硬度大，普通钻进钻头的强度有限，容易发生卡钻问题，为解决这一问题，本工程在基岩层钻孔中采用XY-100 型岩芯钻机钻孔，钻头选择φ75 金刚石钻头，通过旋转钻进的方法，钻进到设计深度位置。帷幕灌浆最大允许偏差表如表1 所示。

表1 帷幕灌浆最大允许偏差表

2.2 冲洗和压水试验

每个帷幕灌浆孔都需要进行冲洗后才能进行灌浆操作，在本工程钻孔冲洗中采取了风水联合冲洗的方法，从钻孔底部开始逐步向孔外清洗，为保证帷幕灌浆孔清洗的全面性和有效性，在冲洗时，冲水水压要严格控制，以免水压过大，冲坏钻孔孔壁。控制洗孔冲水的压力不超过正式帷幕灌浆压力的80%。若帷幕注浆的压力超过1MPa 时，冲洗水的压力最大不宜超过1MPa[2]。冲洗风压采取50%的灌浆压力，当压力超过0.5MPa 时，采取0.5MPa 的的压力进行冲洗。尤其是在裂隙孔冲洗中，需要适当加强冲洗的力度，延长冲洗的时间，冲洗结束的标志为回水澄清后，再继续冲洗10min。单孔在冲洗时，冲洗时间要保证在30min 以上，而在进行群孔冲洗中，冲洗时间更不能低于120min。如果持续冲洗120min 之后，依然未见回水清澈，应当提升冲洗时间，以保证钻孔中残渣的厚度最大不超过20cm。如果在清孔中，相邻孔正在进行注浆，或者是注浆完成时间低于24h，先不进行清孔，以免影响帷幕灌浆的效果。清孔全部完成后，要及时进行帷幕灌浆，帷幕灌浆要连续进行。若因为其他原因发生中断，中断时间超过24h，在重新灌浆前需要先冲洗再灌浆。

帷幕灌浆孔裂隙冲洗完成后，可采取简易压水法、单点压水法、五点压水法等进行压水试验。工程中采取了简易压水法，压水的最大压力不宜超过帷幕灌浆压力的80%，如果灌浆压力﹥1MPa，要采用1MPa 的压力开展压水试验，持续时间不低于20min，每隔5min 观测压水流量，超过允许标准及时调整[3]。

2.3 浆液制备

运用帷幕灌浆技术加固水库工程中，浆液的供应必须连续稳定，为达到这一目标本工程结合按照施工现场的实际情况，以及施工进度，在现场布设一个制浆站，为帷幕灌浆提供充足的浆液需求，以保证灌浆的连续性。为保证浆液的性能能够满足设计要求的规定，所用的制浆材料需要进行精确称量，控制误差不超过允许标准值的5%，以保证添加精度。配制的浆液必须搅拌均匀，并测定浆液的密度和黏滞度，做好记录[4]。工程选择了纯水泥浆液，若采取普通搅拌机，搅拌时间不能低于3min，若用高速搅拌机，搅拌时间可适当缩短，但最短也不能低于30s，从制备开始到使用完成不能超过4h。为提升帷幕灌浆加固效果，可在浆液配制中加入适量的减水剂。浆液制备水灰比为1:1，控制浆液输送的流速在1.4~2.0m/s 之间，配制好的浆液温度保证在5~40℃之间。

2.4 帷幕灌浆

开始灌浆时，注入率大的孔段及接触段都要进行分段升压，使灌浆压力尽快达到设计值。灌浆采用分序加密方式。若灌浆孔的基岩段低于6m，可采取全孔一次灌浆的方法，超过6m 时，要采取从上到下分段灌浆的方法。灌浆的长度尽量控制在5~6m 之间，以保证浆液能够渗透到每个裂隙中，遇到特殊情况灌浆的长度可酌情调整，但最大不应超过10m。帷幕注浆要结合不同结构部位的特点，采取合适的注浆方法，案例工程在坝体、基岩接触段等需要采取单独灌浆的方法，并等待浆液凝固后，再进行下一段灌浆操作，以免发生浆液渗漏问题。针对孔口无涌水段的灌浆孔段，灌浆完成可不待凝固继续灌注相邻的孔段[5]。但针对断层、破碎带等不良地质段，需要等浆液凝固后再进行相邻孔段的灌浆操作。帷幕灌浆结束的标准为：如果在灌浆中保持固定的灌浆压力不变，注入率﹤0.4L/min，灌浆时间要控制在60min 左右，或注入率<1L/min 时，继续灌浆90min 后，灌浆结束。灌浆完成之后及时跟进质量检查验收，当各项标准全部达到设计要求后，再进行封孔操作。本工程在封孔操作中，采取了分段压力灌浆封孔法，效果比较好，值得类似工程参考。

2.5 帷幕灌浆质量检查要点

帷幕灌浆全部结束之后，需要及时跟进质量检查，若存在问题，及时处理，以保证水库工程加固效果。本工程在帷幕灌浆质量检查时，采取空压水试验结果分析的方法，在具体质量检测中，严格按照现场帷幕灌浆的情况布设检查孔，检查孔的钻孔位置要合理选择。如：帷幕中心线、岩石破碎带、大孔隙地带等，这些位置都是帷幕灌浆时浆液渗流难以达到的位置，如果这些问题灌浆质量达标，则其余位置的灌浆质量必然也可以得到保证。帷幕灌浆进行质量检测中，检测孔数不小于灌浆总孔数的10%，而且每一个坝段以及每一个单元都要至少布设一个检查孔。要求坝体混凝土工程帷幕灌浆及基岩接触段帷幕灌浆的合格率要满足100%的需求，其余段合格率达到90%后，才能进行下一道工序施工。

3 特殊情况的处理方法

帷幕灌浆技术在水库工程加固中应用时，受到地理位置和施工技术条件的影响，经常会遇到一系列特殊情况，影响加固效果。在工程施工中主要遇到灌浆中断和串浆的两种特殊情况。

灌浆中断：在帷幕灌浆施工中，受到一些原因和影响因素的影响，致使帷幕灌浆无法连续不断的进行，如机械设备故障、输浆管堵塞、复杂的地质条件、停水停电等。灌浆中断会影响灌浆加固效果。为解决这一问题，灌浆泵应保证在规定的最大压力下能够长时间连续运转。输浆管材的连接需要牢固可靠，不存在破损渗漏情况。压力表要能够准确计量，及时进行验证校核，不合格的压力表严禁使用。停水停电需要至少提前24h 通知，以便及时启动备用电机[6]。

串浆：在帷幕灌浆操作中，串浆也是比较常见的问题，主要表现为浆液从其他钻孔中流出。因此，串浆问题的主要原因是岩石中存在大量裂隙。为解决串浆问题，需要加大第一次序孔间的孔距，并适当增长相邻两个次序孔的先后施工间隔时间，以便进行从上到下的分段灌浆，以降低串浆出现的概率，更好的保证灌浆质量。

4 结 语

综上所述，结合工程实例，分析了帷幕灌浆技术在水库加固工程中的应用，结果表明，水库加固工程具有加固难度的大，影响因素多的特点。将帷幕灌浆技术应用到水库加固工程中，可大幅度提升加固效果，而且操作方法简单，是目前水库加固中常用的技术。但在具体应用中，为最大限度上发挥出帷幕灌浆施工技术的优势，需要立足水库加固工程的特点，严格把控好每个施工要点，并加强对特殊情况的处理，才能提升加固效果，保证水库工程运行的安全性。