小型水库除险加固中锥探灌浆技术的应用

卢沛宏

（封开县水利水电工程质量监督站，广东 肇庆 526500）

1 工程概况

封开县都斛水库位于利水河上游，水库距离南丰镇的距离为8 km，距封开县区约40 km，距离新建怀阳高速约2 km。库区控制集雨面积16 km2复核后总库容916.98×104m3，属于以灌溉为主，兼具防洪、供水等功能的小（1）型水库。该小型水库建设年代久远，建设标准过低，在运行过程中安全隐患突出。

2 施工方案设计

2.1 施工参数

结合地勘报告及横断面图，水库大坝锥探灌浆段堤岸填筑高度为3.00～8.70 m，堤顶及堤基以下2 m以内无地下水。灌浆孔距、灌浆压力、时间、灌浆量、施工机具等施工参数均通过试验确定。锥探灌浆孔应当沿大坝轴线向设置在与坝顶迎水面相距1.20 m 处，堤基以下孔深应达到2 m 以上；注浆管管口和孔底的距离不超出0.50～1.00 m 范围，灌浆过程中孔内压力必须控制在50 kPa以下，且灌浆施工不能影响衬砌面板，更不能劈裂堤身。

根据《水利水电工程注水试验规程》相关要求展开锥探灌浆孔注水试验，并按要求规定，将止水段长度控制在1 m，注水测试段长度则保持在1～2 m；为保证试验孔孔底和堤基面之间的距离不小于2 m，则注水试验孔段堤坝填筑高度应控制在4 m以上。但由于水库堤坝横断面图所显示的锥探灌浆区段堤坝填筑高度局部仅为3 m，如果根据设计要求的100 m间距布置注水试验孔，则发生锥探灌浆注水孔穿透堤坝的可能性较大。为此，应在保证每间隔100 m 设置1个注水试验孔的基础上，必须将试验孔布置在堤坝中央，并保证试验孔等距布置；一旦出现注水试验孔穿透堤身，则应在相应坝段内调整孔位，直至满足孔深要求。根据以上试验结果决定是否进行灌浆孔加密。浆液及封孔泥浆容重分别控制在12.50～13.50 kN/m3及15 kN/m3以上。其余施工参数取值及要求均按照《土坝灌浆技术规范》执行。

锥探灌浆孔布置情况分为三种，并分三个区域展开试验，每个区域均布置3 排灌浆孔，孔距为1.80、1.50 和1.30 m，梅花形布置。迎水侧和背水侧分别布置1 排试验孔。排距依次为1.30、1.40 和1.40 m，具体见图1～3。根据灌浆试验结果，不同试验区锥探灌浆后土层渗透系数见表1。通过比较渗透系数结果可以看出，锥探灌浆处理后水库堤坝土层渗透系数明显提升，土层抗渗透性能加强。

表1 锥探灌浆前后土层渗透系数表

图1 灌浆试验孔距1.80 m布置情况图

图2 灌浆试验孔距1.50 m布置情况图

图3 灌浆试验孔距1.30 m布置情况图

2.2 施工安排

考虑到该水库除险加固工程施工工期紧，工作量大，故将坝体分成两个加固段，同时安排两组施工队伍展开锥探灌浆平行施工，每个队伍均以500 m为一段划分若干班组。由于注水试验的目的在于锥探灌浆前堤坝渗透系数检测，故应安排在灌浆施工前进行。采用地质钻机钻孔，泥浆通过搅拌机拌制，并使用BW-160型注浆泵同时向6个注浆孔注浆。

2.3 灌浆材料

粘土材料主要采用成浆率高、稳定性好、体缩率小的外购膨润土，并在使用前进行性能检测。制浆用水采用不含杂质且水质符合《水工混凝土施工规范》的淡水，制备好的浆液物理力学性能完全满足规范要求。

3 锥探灌浆施工

3.1 注水试验

根据相关规程，展开钻孔常水头注水试验，考虑到都斛水库锥探灌浆施工坝段无地下水，故通过纳斯别尔格公式进行大坝岩土体渗透系数计算，公式如下：

式（1）中：K—大坝岩土体渗透系数；Q—注水量，L/min；h—试验水头，cm；r—钻孔半径或过滤半径，cm。

通过地质回转钻机干法造孔，注水试验孔孔径75 mm，孔底沉积物厚度控制在10 cm以内，孔深按照2、2.50和3 m确定；待钻进至设计深度后通过专用封孔器封孔，以达到有效止水目的。止水段、测试段长度分别为1 m 和1～2 m；值得注意的是，注水试验孔必须与灌浆孔分开布设，不得重合或贯通。待打设好注水试验孔后通过注水管和量筒向孔内套管灌注清水，套管内水位与孔口齐平后保持固定，并测量试验水头，在试验水头保持不变的情况下，观测注入流量。最初5次观测的时间间隔为5 min，此后便按照20 min间隔观测；若相邻两次流量差不超出10%，则可结束注水试验，以最后1次注水流量为标准。

3.2 测量及造孔

钻孔前，测量人员根据施工方案及设计要求进行不同孔段孔位测放，并通过红色油漆在堤坝混凝土护肩上做出标记；通过钢尺在现场进一步测放后插打木桩标示灌浆孔并编号。使用地质钻机沿着大坝轴线向分段钻孔，并按照75 mm孔径一次成孔，机台平整度通过水平尺控制，孔斜不超出2%，孔位偏差不超出10 cm。成孔后必须封堵保护，避免灌浆前杂物等落入。

3.3 制浆及灌浆

通过立式搅拌机进行浆液制备，初灌泥浆容重控制在12.50～13.50 kN/m3，复灌泥浆容重则不小于15 kN/m3。正式制备浆液前应在监理旁站展开试配，所确定的配比1 为水：纳基膨润土：钙基膨润土=1 200 g：200 g：540 g，浆液容重为13.40 kN/m3，粘度34 s；配比2 为水：纳基膨润土：钙基膨润土=2 000 g：360 g：1 650 g，浆液容重为15.20 kN/m3，粘度35 s。浆液各项参数均满足设计及规范要求，在灌浆施工期间必须定期检查。

成孔20个后复查孔深，无误后按照“先稀后稠，孔底注浆，少灌多复”的原则通过灌浆机沿大坝轴线不分序由上至下灌浆；每个注浆孔复灌3次，每次均应一次性灌满，相邻灌浆操作之间的时间间隔为12 h。灌浆开始后，将φ60 mm 注浆管下入孔内，管底和孔底的距离不超出0.50～1.00 m，并通过专用封孔器封孔；同时在孔内设置压力表，以控制灌浆压力；泥浆桶内泥浆下降量通过钢尺测量，并结合泥浆桶断面面积推求各注浆孔初灌、复灌浆液量以及总灌浆量。

3.4 终止灌浆及封孔

待浆液液面上升至与孔口齐平，且任意连续3次复灌可在50 kPa的注浆压力下持续10 min以上，则可终止灌浆。灌浆结束后应及时拔除灌浆管，同时将密度不小于15 kN/m3的粘稠浆液满注于孔内；若此时孔内液面下降，则应继续增大粘稠浆液灌注量，直至液面与孔口齐平并不再下降。

4 结论

封开县都斛水库主副坝采用锥探灌浆加固措施后运行至今，坝段未再出现渗水问题，施工实践表明，为保证锥探灌浆施工质量和效果，必须在施工方案设计阶段合理确定灌浆操作程序，并通过试灌确定出孔距、灌浆压力、浆液粘度、灌浆量等参数取值，灌浆开始后先进行注水试验，再顺次展开造孔、清孔、制浆及灌浆、终止灌浆及封孔等操作。锥探灌浆施工技术能大大降低水库坝段岩土体渗透系数，消除坝段填筑施工质量缺陷以及未勘探到的坝基孔穴等不良地质隐患，可在类似工程除险加固中推广应用。