帷幕灌浆施工技术应用研究——以洋县卡房水库基础灌浆工程为例

帷幕灌浆施工技术应用研究——以洋县卡房水库基础灌浆工程为例

王明海

（陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院， 陕西 汉中 723000）

摘要：水工建筑物对地基的基本要求是具有足够的强度、整体性和均一性（抗变形和抗滑稳定性）和足够的抗渗性和耐久性。按照上防下排的基本处理原则，在坝体廊道靠下游位置设置排水孔，上游一侧设置帷幕灌浆孔。帷幕灌浆是提高大坝基础抗渗性能的主要方法。本文以陕西省洋县卡房水库基础灌浆工程为例，分析了帷幕高压灌浆施工的技术方法、效果及重点难点，并就特殊地段的处理措施及注意事项提出建议。

关键词：高压帷幕灌浆；单位吃浆量；水泥结石体；封孔

中图分类号：TV543.5

1　工程概况

卡房水库位于陕西省洋县茅坪镇境内的汉江水系一级支流酉水河上，设计坝高78 m，库容2992万m3，枢纽工程主要由大坝、非溢流坝段，溢流表孔、泄洪底孔、电站进水口等组成。大坝为浆砌石重力拱坝，迎水面为砼防渗面板，砼溢流面为WES堰面线挑流溢流。该水库以农田灌溉为主，兼有发电等综合效益。

2基础处理设计方案

2.1坝址区地质条件

枢纽坝址区的地层岩性主要为灰白色、浅灰色中细粒花岗岩，花岗结构，块状构造，岩性致密坚硬、呈弱风化状、断裂不发育，岩体较完整，力学强度高，岩石级别IX-XII级。资料显示，原地质勘探孔及灌浆孔均钻进困难。

2.2　基础排水孔及灌浆孔孔位布置及灌浆压力

在廊道下游位置设置排水孔，距下游廊道边缘50 cm，孔经90 mm，间距2 m，孔深20.7~24.46 m，倾斜角15°，共计布设131个排水孔，10%的排水孔做为永久观测孔，安装DN75钢制孔口管及压力表，起到排泄下部承压水，减少杨压力的同时又起到坝基观测作用。灌浆孔分11个坝段及左右坝肩平洞，按三序布置，孔间距2 m，孔深30~45 m不等，河床平直段57个孔；左右斜坡段74个孔，左右坝肩及平洞段40个孔，共计171个孔。最大灌浆压力为4 MPa，属于高压灌浆，是陕南乃至全省大坝帷幕灌浆压力较大的工程实例。

3　帷幕灌浆施工

3.1　灌浆孔钻孔

沿廊道顶部布设电缆，钻机采用新汇XY-2PC150型和XY-100型油压回旋式高速钻机成孔，功率17 kW，其优点是效率高、便于取芯。斜坡段提前制作三角体钢架，用卷扬机移动到钻孔位置，四边钻孔用钢钎固定，作为钻机的工作平台。根据坝基岩石硬度经多次配套磨合试验，用金刚石钻头配合钢砂钻进效果较好。钻孔要控制好垂直度，开钻前调整好钻机的水平度及钻具的垂直度，低速钻进，待钻具方向稳定后再提高钻进速度。如遇卡钻掉钻或突然进尺加快应立即停钻，查明原因并做好记录后再开钻。钻进过程中随时观测回水颜色变化，每回次宜短进尺，勤取岩芯。

孔序采用三序法全断面单排布置，Ⅰ序Ⅱ序Ⅲ序孔孔距分别为8、4、2 m。按次序依次钻孔灌浆，开孔91 mm，终孔59 mm。

3.2　裂隙冲洗及简易压水试验压力

3.2.1　裂隙冲洗

冲洗压力为灌浆压力的80％，并不得大于1 MPa，孔内回水干净、无岩屑后即可进行压水试验。

3.2.2　压水试验

灌浆孔采用单点法（一级压力）。压水试验的压力为各灌段所使用的最大压力的80％，若该值大于1 MPa，采用1 MPa。

4　帷幕灌浆

4.1　制浆及管路布设等准备工作

河床段在左右廊道汇水池附近各设置一个制浆站和灌浆加压泵，双层圆桶搅拌桶，最大制浆量为500 L，两岸斜坡段在二层廊道支洞处设置。主管道采用φ45给水钢管，各个钻机配套高压钢丝塑料软管。配套灌浆自动记录仪、压力传感器、流量传感器、密度计、千分表等，并由汉中市计量局进行了检验封签。

4.2　帷幕灌浆方式方法

4.2.1　灌浆方式和浆液比级

根据工程地质条件及设计方案，灌浆施工采用自上而下分段钻孔灌浆法。注浆方式采用孔口封闭法循环式灌注，每段灌浆均在在孔口管处安装密封栓塞封闭灌浆段，浆液在浆池、管路、灌浆孔及回浆管、浆池之间循环，一部分压入基础裂缝中，剩余浆液循环进入到浆体桶中，实现对浆液的循环利用。射浆管距孔底小于50 cm，水泥采用汉江牌PO42.5普通硅酸盐水泥,其细度要求为通过80 μm方孔筛的筛余量不大于5%，开灌浆液浓度5：1，依次使用3、2、1、0.7、0.5共六个比级。

4.2.2　灌浆段长度及各段压力

根据设计要求，帷幕灌浆从砼坝体与基岩接触面起灌，接触段长2.0 m，其下一段段长为3.0 m，以下各段段长为5.0 m，最大不得超过8.0 m。灌浆栓塞安装在每灌段段顶以上0.5 m处，无漏浆现象方可进行灌注施工。各孔口段应单独灌注，埋设孔口管，并待凝48~72 h。

按设计要求，第一至六段压力依次为1.2、1.8、2.5、3.0、3.5、4.0 MPa，第六段后均为4.0 MPa。在浆泵和孔口均安装压力表，孔口压力表安装在回浆管路上，读数时取压力表指针偏动的中值。每一灌段开灌后，均尽快达到设计压力。

4.2.3　浆液变换原则及特殊情况处理

（1）帷幕灌浆灌注稳定持续时间，灌浆压力及浆液浓度变换是控制灌浆质量的有力保证，遵循以下原则：

①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

②当某级浆液注入量已达300 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，即改浓一级水灰比。

③当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

④灌浆过程中灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理，通常要变换更浓一级浆液。

⑤灌浆过程中必须每隔一段时间测定浆液比重，每一个比级最少测记一次，灌浆结束后亦应测定浆液比重，并做好记录。

⑥当采用最大浓度浆液施灌，吸浆量很大而不见减少时，经监理工程师同意可采用间歇灌浆法，在灌注第二坝段的2I4和2II5号孔（平均透水率分别为39.14、17.5 Lμ），前三段吃浆量均较大，采取间歇式灌浆，越级增加浆液浓度灌浆，后经建设及监理单位现场查看，该位置处于坝基F3断层部位且位于两坝段分缝交接处，导致吃浆量较大。

（2）特殊情况处理

①灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，可采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇、待凝、复灌等方法处理。主要出现在个别孔段的坝体砼与基岩结合部位段落以及个别坝段交接位置。

②灌浆过程中发现串浆，应阻塞串浆孔，灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗、灌浆。

③灌浆段某段注入量大而难以结束时，可结合地勘及先导孔资料查明原因，可采取低压、浓浆、限流及间歇灌浆。施工时在灌注左坝肩某孔时，回浆管不回浆，后经业主判断，灌浆段恰好位于前期地址探洞位置。

④灌浆因故中断，应尽快恢复灌浆，如无法在短时间恢复灌浆时，应立即冲洗钻孔，再恢复灌浆，如无法冲洗，则应进行扫孔后再恢复灌浆，恢复灌浆时用开灌比级的水泥浆液进行灌注。

4.2.4　灌浆结束和封孔

（1）各灌浆段的结束条件应根据地层和地下水条件，浆液性能、灌浆压力，浆液注入量和灌浆段长度等综合确定。

在灌段最大设计压力下，注入率小于1 L/min后，继续灌注30 min，压力和注入率再无变化即可结束该灌段灌浆；当地质条件复杂、地下水流速大、注入量较大、灌浆压力仍达不到设计压力时，可适当延长灌注时间。

（2）终孔段灌浆结束后即进行封孔，封孔方法采用全孔灌浆法封孔。封孔用1꞉0.5的浆液，4 MPa压力下持续1 h。

4.3　质量检查和灌浆效果评价

4.3.1　检查孔钻灌及压水试验

灌浆质量检查主要是钻检查孔取芯及压水试验成果（单位透水率）来检验测定，检查孔的数量一般为灌浆孔的10%左右，每一个坝段内至少布置一个检查孔，共布置检查孔14个，在本坝段灌浆结14天后再进行检查孔的施工。检查孔的钻灌方法及工艺与灌浆孔相同，不同之处在于检查孔对岩芯的获取率有要求，所以为保证岩芯采取在钻孔施工时必须低速、低压钻进。

采用五点法（三级压力5个阶段）压水，自上而下分段成孔，采用耐磨橡胶球串球式栓塞自上而下分段进行压水试验。

在压力稳定后，每5 min测读一次压入流量，连续4次读数其最大值与最小值之差小于最终值的10％，或最大值与最小值之差小于1 L/min时，本阶段压水试验即可结束，取最终值作为计算流量。

4.3.2　灌浆效果评价

（1）通过检查孔钻孔取芯，岩芯获得率83%~97.5%不等，以花岗岩，闪长岩为主，岩石裂缝表面可见水泥薄膜结石体，直接表面帷幕形成效果较好。从检查孔压水试验结果分析，共计14个检查孔。压水试验总段数为89段,透水率均满足设计透水率1 Lμ的标准.合格率为100%。

（2）帷幕灌浆共完的主要工程量见表1。平均最大单位注入灰量为85.95 kh/m，位于第二坝段，其中2I4和2II5号孔平均透水分别在39.14 Lμ和17.5 Lμ，导致平均单位注浆量较大，经业主、监理、施工单位现场查看分析，该位置恰好处于坝基F3段层部位，且与两坝段的分缝区较近。

表1　坝基帷幕灌浆完成情况统计表

（3）通过对灌浆成果一览表、灌浆分序统计表、灌水终合统计表的统计以及各孔段、各地段频次的透水率及吃浆量大小的频率曲线图分析，透水率和吃浆量基本满足I、II、III次序依次递减，从而从理论上证实灌浆达到了预期效果。

5　结语

大坝基础防渗处理的常用方法是帷幕灌浆。遵循上防下排的原则，在基础廊道靠下游处设置排水孔，从而减小坝基（趾）部位扬压力，增强坝基抗倾覆能力。采用先进的灌浆自动记录仪配流量传感器和压力传感器控制好帷幕灌浆的各段吃浆量和压力，控制好浆液变换原则及灌浆时间及结束标准，特殊孔段的处理措施等，是确保帷幕灌浆的质量和效果的重要环节。本项目通过对进尺、透水率、灌注水泥量的分次序汇总统计，结果显示各次序吃浆量依次下降，检查孔取芯验岩石表面有水泥浆结石块，从理论和实践上直接或间接的证实了本次帷幕灌浆达到了预期效果。大坝基础整体强度和抗渗能力得到了有力提升。

参考文献

[1] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京:水利水电出版社,2006:6.

[2] 中国水利水电基础工程局.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范:DL/T5148—2001[S].北京:水利水电出版社,2001.

[3] 水利部东北勘测设计研究院.水利水电工程钻孔压水试验规程:SL31—2003）[S].北京:水利水电出版社,2003.

作者简介：王明海（1975—），男，陕西西乡人，工程师，主要从事水利工程施工工作。

通信地址：723000汉中市西大街益汉路6号 陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院

电话：13892626096

1