帷幕灌浆技术在金家沟水库大坝工程中的应用探究

摘要：水库大坝工程建设中，灌浆施工质量是项目顺利建设的基础。结合金家沟水库大坝工程实例，分析帷幕灌浆技术实施要点，主要包括钻孔、孔道冲洗、浆液制备以及帷幕灌浆等工艺要求。结合灌浆技术特征，探讨帷幕灌浆施工技术在水库大坝工程项目的实际应用。灌浆孔布设采用三排孔帷幕灌浆工艺，通过钻孔设备选择、灌浆材料选择与制备、帷幕灌浆、质量检测以及孔道封堵等施工工序，建立封闭抗压屏障，减少帷幕渗水，以提高水库大坝的整体结构稳定。

关键词：帷幕灌浆；钻孔；浆液制备；孔道布设；质量检测

0 引言

水库大坝水利工程建设过程中，为保证水库的运行结构稳定，避免后期受自然环境影响造成损坏，应实施必要的灌浆加固技术。灌浆技术主要通过压力作用，将浆液通过灌浆孔灌装至建筑空隙，以有效提高建筑结构力学性能[1]。灌浆的实施方式主要参考建筑、岩体的实际结构加以分析选择，以改良建筑、岩体的结构强度、防渗效果。常见的水库加固工艺主要有高压喷浆法、截渗墙法、帷幕灌浆法等。其中，帷幕灌浆技术主要应用于水库大坝的加固与防渗，具有实施效率高、操作便捷、加固效果好、施工成本低等特点。实际应用中应充分结合项目特征，采用必要的措施方法加以管控，以有效提升水库大坝的加固质量。

1 工程概况

金家沟水库位于贵州省遵义市习水县境内，其总库容179万m3，设计蓄水位821m，对应正常蓄水位库容136万m3。金家沟水库大坝建筑结构死水位805m，对应死库容9万m3，为调节型水库，年设计供水为混凝土面板堆石坝，最大坝高35m，坝轴线长138m，坝顶高程825.5m。水库属小（1）型水cDl5soIb9tQDZVEaPsHVujwLZ5bUI6jpvfWlFmt8vBk=库，工程为Ⅳ等级别。

为达到水库大坝工程设计要求的结构稳定性和渗透压力，选择应用帷幕灌浆施工技术。通过采用坝基溶洞封堵、溢洪道加固、封闭墙防渗、隧洞工作桥加固等手段，实现达到水坝的整体加固防渗效果。

2 帷幕灌浆技术实施要点

2.1 灌浆孔道钻孔

孔道钻孔是帷幕灌浆施工质量的基础。为确保钻进点位的准确性，要依据测量放线设计的点位实施钻孔。钻孔过程中，通过铅锤法不断调节钻机，以达到钻机施工的平、正、稳效果[2]。钻头钻入土层后，为防止钻孔产生较大垂直度偏差，应利用套管跟进的模式，调控土层初始钻入的垂直度。同时，避免选择强度有限且易发生卡钻的普通钻头，宜选择硬度较高的金刚石钻头配合岩芯钻机钻孔，利用旋转钻进方式钻至设计要求的深度点位。灌浆孔道钻孔示意图如图1所示。

2.2 孔道冲洗打压试验

2.2.1 孔道冲洗

帷幕灌浆正式实施前，孔道冲洗是必备操作。通常采用风与水共同冲洗的方式，由孔底至孔外实施冲洗，通过合理的水压控制，确保对孔道的冲洗效果和对孔壁的保护[3]。

冲洗水压通常为帷幕灌浆压力的80%，冲洗风压通常应控制在帷幕灌浆压力的50%。裂缝孔冲洗时，应适当增加冲洗的压力和时长，直至回水澄清后，再冲洗10min后停止。单孔冲洗时长应控制在30min以上，多孔冲洗时长应控制在120min以上，孔洞残渣厚度不宜多于20cm。清孔后应及时紧后实施帷幕灌浆作业，间隔时长应不长于24h。

2.2.2 孔道压水试验

孔道裂缝冲洗完毕后，应进行压水试验，通常采用五点压水法、单点压水法、简易压水法等方式[4]。以简易压水法为例，其压水压力应低于帷幕灌浆压力的80%，压水时长应长于20min，且每5min观察压水流量参数，保证参数值应低于工程允许偏差。

2.2.3 制备浆液

浆液制备过程中，浆液材料应准确承重，误差应低于允许偏差值的5%。应均匀搅拌混合浆液，保证浆液粘滞度和密度参数符合工程要求标准，并做好制备记录。

利用水泥浆液材料灌注时，如果采用普通搅拌机搅拌，搅拌时长应长于3min；如果采用高速搅拌机搅拌时，搅拌时长应长于30s，且从浆液制备至灌浆作业不可长于4h。为保证帷幕灌浆加固防渗功效，应在浆液中掺入适当的减水剂，浆液水灰比控制在1：1，同时应保证浆液的输送速度和温度在要求范围内。

2.2.4 帷幕灌浆

灌浆初始阶段，采用实施分段升压的灌浆方式，以快速实现灌浆压力升至设计标准[5]。一般情况下，灌浆孔基岩段高差为6m以下，应采用全孔一次性灌浆方式。如果其高差为6m以上，应采用自上而下的分段灌浆方式。单次灌浆高度应控制在5～6m范围内，以确保每个缝隙均可被填充浆液，单次灌浆高度最大不应大于10m。

应依据差异化部位的结构特征，实施不同的注浆方式。针对基岩、坝体等接触段位置均应实施单独灌浆方式，待浆液凝固再实施下段灌浆，以防止出现浆液渗漏。针对灌浆孔段孔口无涌水情况，灌浆完毕可继续实施周边其他段灌浆，不必等其凝固。针对破碎带、断层等不良地质段位置，应待到浆液凝固方可进行周边其他孔段灌浆。

帷幕灌浆可通过以下标准判定灌浆结束：灌浆过程中压力恒定不变，当注入速率低于1L/min时，灌浆时长应保持约在90min。当注入速率低于0.4L/min，灌浆时长保持约在60min，即标志灌浆完成。灌浆结束应实施必要的质量检测，达标后方可实施后续封孔作业。

3 帷幕灌浆施工技术应用

本水库大坝项目坝基肩趾板基面主要是含钙质粉砂质泥岩地质。坝体实施基础开挖后，河床段趾板基面主要处于弱风化层内，而岸坡上部局部在强风化层，因此将帷幕灌浆固结范围选在河床段及左右岸趾板基础位置，以提升基础岩体的完整性、抗渗性以及趾基岩体强度和抗变形能力。

3.1 灌浆孔布设

金家沟水库大坝水利工程地质环境复杂，坝体趾板宽为4m，因此灌浆孔使用梅花状布设模式，孔排距离1.5m。大坝帷幕在趾板的部位兼用作固结灌浆孔，帷幕的上游和下游1.5m位置分别布设单排固结灌浆孔，中间排帷幕兼固结孔距设为2m，上游和下游排固结灌浆孔距设为3m。针对基础层间夹泥区和裂隙集中区应实施深挖、扩挖回填处理，并后续适当增设固结灌浆加密孔的数量。

固结灌浆孔依据两序排列施工。根据项目设计要求，项目防渗帷幕线路按照单排孔沿趾板中心线布设，两岸过趾板后部位按垂直岸坡布设，并分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序排列，相邻孔间隔为2m。其中Ⅰ、Ⅱ序孔距为8m，Ⅲ序孔距为4m。项目共布设145个孔，孔位轴向偏差应小于10cm，防渗帷幕孔深下限以基岩内透水率低于5Lu以下5m为标准。灌浆孔钻孔布设示意图如图2所示。

3.2 钻孔施工

选取钻孔机械设备，按项目设计要求，标准孔道的孔径应超过56mm，各类检测孔的孔径应超过76mm。按设计要求标明孔道编号与顺序，保证开孔点位误差低于10cm，孔深误差低于20cm。

钻孔施工过程中，遇到溶蚀带或断层岩体时，易导致漏水、塌孔等情况发生，应先做灌浆处理，固结24h后继续实施钻孔施工。钻孔过程中如遇洞穴、塌孔、涌水等情况，应及时处理，并记录详细。待钻孔的孔深达到设计深度后，应实施必要的斜度、深度及位置测量。

钻孔顺序应同灌浆顺序保持对应一致，相同灌浆区、不相邻同次序的灌浆孔可同一时段实施钻孔。完成钻孔后，要对孔道口作好保护处理。

3.3 灌浆材料选择与拌和

本项目选择低浆力灌浆材料作为制备灌浆的主材，其中水泥的强度等级要超过32MPa，细度等级通过80um方孔筛，筛留余量应低于5%。为达到项目要求等级的灌浆压力标准，将灌浆拌和料按化学材料和固粒材料种类进行划分，并根据试验结果确定掺合料、外加剂等掺合料的掺入种类和掺入量。本项目化学材料主要包括酸性水玻璃、丙凝树脂等；固粒材料主要包括砂石、水泥、黏土、粉煤灰等。

3.4 帷幕灌浆施工

本项目帷幕灌浆方式，主要采用循环模式的自上而下分段方式施工。针对同区域同次序孔的灌浆按照先边后中，下游排至上游排，最后中间排的方式完成。如遇到灌浆量多、缝隙量大的情况，应实施泵孔一一对应的方式灌浆，并联孔数应少于3孔。

3.4.1 建立帷幕灌浆抗压屏障

通过主帷幕同副帷幕衔接的方式建立封闭抗压屏障。衔接接头主要选择硅酸盐材料，以达到防强腐效果。通过灌浆孔道上游侧壁的水平方向建立衔接并进行灌浆，利用高压胶管做衔接管路。衔接完成主、副帷幕后，应确保灌浆的流通性，以达到构建具有封闭效果的抗压屏障。帷幕灌浆抗压屏障结构如图3所示。

帷幕灌浆抗压屏障结构完成建立后，为保证浆液灌输的流动性，需将浆液灌输压力控制在0.5～1.0MPa区间，浆液灌输速度控制在1.5～2.0m/s区间，以确保浆液不产生凝结、沉淀等状况。

3.4.2 灌浆施工

受金家沟水库大坝工程周边环境因素影响，灌浆时易发生压力突增的现象，对此应立即暂停灌浆施工，排查压力变化原因。完成一次灌浆后，如抗压屏障区位置的灌浆孔道深为3m以内，即标志着完成本区域的灌浆施工。如灌浆孔道深为3～5m范围，可通过调节灌浆压力进行灌浆施工。为了防止灌浆时出现相邻灌浆孔串浆现象，灌浆压力应低于1.0MPa。一旦发生串浆应及时进行浆液重灌，以确保完成本区位置的灌浆。如灌浆孔道深大于5m，会出现灌浆时吸浆量降低的情况，对此应在控制灌浆压力的同时，保证在相同屏障范围灌浆作业。

3.5 质量检测

全部帷幕灌浆施工完成后，应进行必要的质量检测，金家沟水库大坝帷幕灌浆主要采用空压水试验结果分析法进行质量检测。检测过程中，应依据灌浆实际布控监测孔，保证监测孔点位设置的科学合理性。监测点位应重点布设在大孔隙区、岩石碎石带、帷幕中心线位置等帷幕灌浆难以渗流到达的薄弱区域。帷幕灌浆质量监测孔数应以超过灌浆孔总数的10%为标准，且保证各个坝段、各个单元至少布控1个检测孔。坝体混凝土及基岩接触区帷幕灌浆质量达到100%合格的标准，其他段区质量超过90%合格标准，方可实施下道施工工序。

3.6 孔道封堵施工

孔道全部灌浆施工完毕后，通过压力封孔法进行灌浆孔封堵，以保证浆液保持密封。在灌浆孔附近区域，将调配好的浆液按最大灌浆压力设定封堵灌浆压力，按1L/min的注浆速率连续封堵30min后，实现灌浆孔完全封堵。鉴于封堵压力大于灌浆压力，完成封堵后，浆液实际压力可同原有灌浆基础压力保持一致，实现灌浆孔内流通效果。全部灌浆孔封堵完毕，依次监测封堵效果，保证胶管口处于灌浆水平表面以下，回填效果密实。如封堵位置发生冒浆现象，应通过限流封堵法实施二次封堵，以使冒浆位置实现凝结，直至保证灌浆孔封堵完毕。

4 结束语

本文以金家沟水库大坝工程为例，结合帷幕灌浆技术实施要点，研究了帷幕灌浆施工技术在水库大坝工程项目的施工过程，并分别从钻孔、打压冲洗、制备浆液、帷幕灌浆等方面论述该技术应用要点。通过构建封闭抗压屏障，优化帷幕防渗效果，进而达到提高水库大坝建设项目结构稳定的目的。

参考文献

[1] 陈保增.水库大坝除险加固工程中帷幕灌浆施工技术的运用分析[J].工程技术研究，2022，7（23）：70-73+79.

[2] 胡其林，张家富，王昌平，等.无盖重覆盖层下部砂岩地层帷幕灌浆施工技术应用[J].四川水利，2020，41（3）：53-56．

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[4] 陈华俊.岩溶库区帷幕灌浆技术及其工艺参数优化[J].长江科学院院报，2022，39（7）：144-148+53.

[5] 杨再志，张会员，刘军，等.乌弄龙水电站大坝帷幕灌浆工程施工质量管理与实践[J].云南水力发电，2021，37（2）：75-78.