帷幕灌浆结合高压旋喷灌浆技术在茶根水库主坝加固中的应用

陈 伟

（博白县水利水电工程建设质量与安全工作站，广西 博白 537600）

1 概述

茶根水库位于博白县博白镇南流江支流茶根河中游，水库坝址距县城6.0 km，距玉博公路3.0 km。工程于1956 年2 月动工兴建，1956 年7 月建成。坝址以上集雨面积23.8 km2，总容1544 万m2，有效库容1004 万m2，死库容40 万m2，正常高水位82.78 m，死水位71.32 m。50 年一遇设计洪水位84.69 m，1000 年一遇校核洪水位85.61 m。水库设计灌溉面积3.5万亩，坝后电站装机450 kW，防洪保护人口1.5 万人，是一座以灌溉为主，兼顾发电、防洪的中型水利枢纽工程。主坝型为粘土心墙坝，坝顶高程88.40 m，最大坝高23.1 m，坝顶长365 m，坝顶宽5.0 m。据勘测部门钻探试验，主坝区坝基以含砂粘土和含砾石夹黏土质为主的全风化层以及胶结性较差的砂岩和破碎弱风化岩石为主的强风化层组成，厚度分别为3～21.5 m不等，透水性属中等～弱。

2 渗漏现象与原因分析

2.1 渗漏观象

茶根水库已运行60 多年，2000 年对主坝进行过加固施工：对右坝段255 m 范围内采用双排充填灌浆，灌浆孔距3 m，排距1 m，灌浆总进尺3000 m，灌浆底部深入至坝基线。对86.00 m高程以上坝内坡护坡石进行局部翻修整理并以水泥砂浆勾缝护面，86.00 m 高程至70.08 m 高程在原坝坡干砌石面上采用C15混凝土护坡，厚100 mm。在右坝段棱体顶部75.00～78.00 m 高程设导渗沟，增设大坝坝体渗润观测设备。但由于当时的技术和资金等限制不能堵塞渗漏现象。主要表现为：下游坝坡中部至右坝端排水棱体以上69.80～75.00 m 高程发现有多处渗湿，渗湿面积达450 m2，渗湿面积随着库水位升高而加大；心墙顶部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，不满足规范要求。坝脚排水棱体主要采用卵石砌筑，粒径比较小，比较松散，砌石局部散乱、缺损，造成功能失效，排水不畅，棱体顶部坡面有水渗漏。旧放水管封堵及压力隧洞灌浆处理不完善，也有漏水现象。

2.2 渗漏原因分析

主坝坝体由坝壳土及心墙土组成，填筑质量比较差，坝体心墙阻水性能差。经地质勘探、钻孔取样试验，坝壳土填筑为黏土质砾，心墙填筑为含砂黏土。坝壳土平均压实度为86.3%，心墙土平均压实度为93.2%，低于规范要求的96.0%。坝壳和心墙填土平均渗透系分别为9.30×10－4cm/s、4.93×10－4cm/s，均大于1×10－4cm/s，两者土体均为中等透水性，不满足规范要求。分析认为大坝虽经过双排充填灌浆处理，但效果不是很明显，仍存在坝体渗漏，且导渗沟导渗效果较差。主要原因是坝体心墙填筑土含黏土渗透系数较大，局部压实度较低，阻水性能差；心墙顶部高程79.37～77.14 m，低于正常蓄水位，防渗体发挥作用有限；坝脚反滤体上部为砂卵石，下部为块石，钻探岩心明显可见夹较多泥质，有堵塞现象。坝体排水不畅导致浸润线上升致使棱体顶部坡面有水渗出，引起坝体渗漏。

3 帷幕灌浆及高压旋喷灌浆防渗施工

2021 年博白县茶根水库除险加固工程的防渗方案选择中，对主坝进行防渗帷幕灌浆结合塑性混凝土防渗墙方案和帷幕灌浆结合高压旋喷灌浆两种方案进行了比较，从现场机械施工难易程度、防渗灌浆效果等方面进行分析对比，最后选取确定帷幕灌浆结合高压旋喷灌浆为主坝防渗处理方案。

3.1 布孔设置

帷幕灌浆在原坝顶上灌浆，采用单排布孔，孔轴线位置距坝轴线上游侧1.0 m，灌浆桩号为（坝右端至左端）0+048～0+336，中心线长共288.0 m，灌浆下限高程51.48（坝右端）～59.38 m（坝左端），帷幕灌浆孔距为2.0 m，共设置145孔。

坝基高压旋喷灌浆孔轴线与帷幕灌浆灌浆同一轴线布置，灌浆（从坝右端起至坝左端止）桩号为0-25～0+367，中心线长共392.0 m，灌浆采用单排布置，孔距为1.0 m，利用帷幕灌浆孔加密布置，共设置393孔。高喷灌浆平台设在原坝顶高程88.4 m位置上，灌浆顶高程86.11 m，灌浆底界取伸入至风化岩层以下0.5～1.0 m。施工顺序为先帷幕灌浆后高压旋喷灌浆。帷幕灌浆和高压旋喷灌浆加固纵剖面图和横断面图分别见图1、图2。

图1 主坝加固纵剖面图

图2 0+050横剖面图

3.2 选取灌浆材料及机械

在土坝灌浆中，选用合适的灌浆材料是保证灌浆质量和降低施工造价的重要因素之一。根据茶根水库主坝坝基的地质情况和灌浆目的，帷幕灌浆采用纯水泥浆液，使用材料为425＃普通硅酸盐水泥，要求水泥细度通过80 um 方孔筛余量不大于5%，且制浆材料称量误差小于5%，灌浆浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度，若使用普通搅拌机搅拌时应不小于3 min，高速搅拌机时应不小于30 s，浆液要在初凝前30 min 用完。高压旋喷灌浆制浆重量和体积称量误差要求控制在5%内，普通硅酸盐水泥，强度要求为42.5，且不能用受潮结块或过期。浆液从自制备用至用完不能超过4 h，浆液要过筛后使用并且测定密度取值适为1.5～1.7 g/cm3，灌浆孔口回浆浆液不能回收利用。高压旋喷设备适采用高速搅拌机，储浆桶容量应满足连续供浆要求，灌浆泵和高压水泵的额定压力不能小于设计规定压力的1.2 倍。输送管道及水泵压力表应定期检测，压力宜在最大标准值的30%～60%之间。

3.3 灌浆方法、灌浆技术参数及形式

帷幕灌浆孔孔距为2.0 m，孔深为弱风化层以下1.0 m，采用回转式钻机和金刚钻头或硬质合金钻头钻进，灌浆孔孔径为90 mm，偏差小于10 cm，底孔偏差不得大于0.25 m；灌浆孔裂隙冲洗压力为0.4～0.8 MPa 内，循环式灌浆射浆管距孔底小于50 cm，自上而下分段灌浆长度为5～10 m，灌浆试验压力：孔顶段为0.4～0.6 MPa，底段为0.8～1.1 MPa。灌浆液浓度由稀到浓变换，水灰比分别为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1及0.5∶1进行逐级变换。

高压旋喷灌浆采用先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔进行施工作业。施工开始时，先钻出第Ⅰ序孔，然后自后端孔向前处孔顺次进行灌浆。当后处孔灌浆时，前处孔会自然排出气体和积水，接着排出浆液，当排出浆液的浓度达到或接近注入浆液浓度时，则封闭后处孔，改在前处排浆孔继续灌浆，依次类推，向前赶灌，直至最后一孔。第Ⅰ序孔完成后，按同样的程序进行第Ⅱ序孔的钻孔灌浆。高压旋喷灌浆孔的孔距为1.0 m，Ⅰ、Ⅱ序孔的灌浆间隔时间应大于24 h。

茶根水库主坝高压旋喷灌浆，灌浆参数的采用以及根据本工程的地质条件，拟定灌浆参数如下表见表1。

表1 高压旋喷灌浆参数表

在进行旋喷过程中，通过高压灌浆浆液，使坝体土与防渗浆液搅拌相互混合凝固，共同形成防渗墙，起到防渗作用，要求其渗透系数K值小于n×10-6cm/s（1≤n≤9）。防渗墙成墙效果示意图见图3。

图3 成墙效果示意图

4 施工问题的分析与处理

由于主坝高喷灌浆孔深度较大，施工时应调整好相关灌浆技术参数。当下喷射管前，应当进行地面试喷，以检查机械和管路是否正常，当喷头下至规定深度时，应按规定参数进行原位喷射，待浆液返出孔口情况正常后方可开始提升喷射。高喷灌浆过程中，若出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常，孔内严重漏浆等情况时，应查明原因及时处理。若发生串浆情况，应及时填堵被串浆孔，待串浆孔高喷灌浆结束时，应尽快对被串孔进行扫孔处理，再进行高喷灌浆或继续钻进。高喷灌浆结束后，应利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降为止。

5 结语

茶根水库主坝的灌浆于当年9 月结束，连续经历了2022、2023年汛期的高水位运行。在主坝下游坡高程69.80～75.00 m处没有发现水渗出，坝外坡脚棱体排水顶部坡面渗流量明显减少，对坝体观测渗漏量在灌浆前与灌浆后的成果见表2、表3。

表2 茶根水库主坝渗漏量观测成果

表3 茶根水库主坝浸润线观测成果

从表2、3 中可以看出，茶根水库主坝坝体的渗流量和浸润线灌浆后比灌浆前有明显下降，浸润线在同一水库水位通过测管水位观测，其浸润线与灌浆前相比，降低1.8 m 左右。实践证明茶根水库主坝通过帷幕灌浆结合高压旋喷灌浆处理后，能够解决水库主坝坝体绕坝渗涌问题，灌浆形成的防渗墙达到预期效果。