浅谈帷幕灌浆在石壁水库除险加固中的应用

王润新

(泉州市石壁水库管理处， 福建 泉州　362000)



浅谈帷幕灌浆在石壁水库除险加固中的应用

王润新

(泉州市石壁水库管理处， 福建 泉州362000)

【摘要】石壁水库是福建省一座重要的中型水库。该水库存在渗透安全隐患。结合坝基的工程地质条件，采用帷幕灌浆对两岸坝基、坝肩山体基础进行了防渗处理。处理后坝基的渗透压力得到了有效控制，消除了安全隐患。

【关键词】水库；帷幕灌浆；坝基；防渗处理

1概述

石壁水库位于泉州市南安大盈溪上游，建于1955年12月，坝址以上控制流域面积79.6km2，总库容6147万m3,最大坝高48.56m，设计正常蓄水位62m，相应库容4860万m3，死水位28.1m。库区多年平均降雨量1624mm，多年平均径流量6624万m3；水库下游有沈海高速公路、324国道、晋江机场，关系到安海镇、水头镇20多万人口、10多万亩农田的安全，是一座集灌溉、供水、防洪、发电等综合利用于一体的重要中型水库，对当地人民生活和经济发展有着不可替代的重要作用。水库大坝2001年进行了安全鉴定，评定为二类坝[1]。

2渗透安全隐患

a.经分析计算，坝体压实填土渗透系数平均值为4.21×10-5cm/s，大值平均值为4.29×10-4cm/s; 斜墙压实填土渗透系数平均值为2.157×10-4cm/s，大值平均值为5.87×10-4cm/s。; 心墙压实填土渗透系数平均值为4.69×10-6cm/s，大值平均值为1.079×10-5cm/s。大坝防渗体(包括心墙和斜墙)压实土的渗透系数不满足《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)的规定，存在渗透安全隐患。

b.经分析计算，坝体与坝基结合部位的渗透系数平均值为1.11×10-3cm/s，大值平均值为7.61×10-3cm/s; 坝基全风化二长花岗岩的渗透系数平均值为1.75×10-3cm/s，大值平均值为3.49×10-3cm/s。 坝体与坝基接触部位存在渗漏安全隐患，两岸坝肩基础存在绕坝渗漏隐患。

3工程地质条件

a.坝址处河流自北西流向南东，河谷呈U形，两岸左陡右缓较不对称，左岸坡度 31°～49°，山顶高程约 75m，右岸坡度 24°～41°，山顶高程约 56m，自然河床宽约 171m，正常蓄水位62m处的河谷宽约 261m。

b.坝址两岸山体风化较浅，边坡均见有强弱风化基岩出露。水库范围内地层岩性较单一，主要为侏罗系上统南园组第三段 (J3nc)英安质凝灰熔岩、熔结凝灰岩，第二段 (J3nb)流纹质凝灰熔岩，燕山早期侵入的碎裂二长花岗岩(ηγ52(3)a)、辉绿岩以及第四系覆盖层，主要为残坡积砂质黏土(el+dlQ)。

4帷幕灌浆防渗处理

4.1钻孔

4.1.1孔位布置

该工程坝基布置80个帷幕灌浆孔，左岸坝肩(桩号FS0+000.00)布置9个灌浆斜孔。灌浆遵循逐序加密的原则，分Ⅰ、Ⅱ两个次序进行灌浆，其中Ⅰ序孔45个、Ⅱ序孔45个。

4.1.2施工控制

帷幕灌浆采用孔口封闭、孔内循环，自上而下分段灌浆施工。全孔灌浆结束后采用“全孔灌浆封孔法”封孔。灌浆遵循逐序加密的原则，分Ⅰ、Ⅱ两个次序进行灌浆。同一排中相邻的两个次序孔之间在岩石中钻孔、灌浆时高差不得小于15m。设备资源按“三机两泵”配置。具体施工工艺流程见图1。

图1　帷幕灌浆施工工艺流程

4.1.3钻孔控制

a.根据BJ-3、BJ-5、BJ-9、BJ-13钻孔过程中覆盖层钻孔情况(见表1)，左坝肩部分灌浆孔黏土层与基岩层之间夹有一层砂壤土层，厚度约0.5m。大坝左岸坝肩(桩号FS0+00.0～FS0+36.8区域位置)帷幕灌浆孔需镶筑孔口管。为保证灌浆质量，存在砂壤土层的帷幕灌浆孔镶筑孔口管至黏土层底高程，自黏土底高程钻灌第一段；不存在砂壤土层的帷幕灌浆孔镶筑孔口管至基岩层，深入基岩0.5m。采用φ91钻具钻进至基岩面，然后下入φ89孔口管，并导正孔口管，用0.5∶1的水泥浓浆进行镶筑，保证孔口管上端口高出地面10cm，待凝48h后即进行扫孔钻进第一段。

表1　左坝肩钻孔覆盖层情况

b.钻孔灌浆深度确定。按照设计要求坝基帷幕灌浆前，取BJ-3、BJ-15、BJ-19、BJ-23、BJ-27、BJ-39、BJ-48、BJ-60和BJ-72 九个孔作为先导孔，量测坝基地下水位的埋置深度，进行压水试验和现场灌浆试验。先导孔每一段灌浆前均进行压水试验以确定该段的基岩透水率，透水率大于5Lu的基岩部分需做灌浆处理。当设计终孔段透水率不大于5Lu时，该段需灌浆，灌浆结束后满足规范要求方可终孔，进行置换浓浆压力封孔(如存在灌浆孔达到结束标准段钻孔孔底高程但未达到设计灌浆孔终孔高程，则需要继续钻进一段，段长3.0m，进行压水灌浆)。其余灌浆孔深度均按照先导孔施工流程进行简易压水试验确定终孔深度。钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口必须堵盖，做好保护。钻孔的最终孔深、高程一定要满足设计要求。

c.钻孔冲洗。为保证灌浆效果，帷幕灌浆孔每段钻孔结束后，应马上用大流量水流冲洗钻孔，冲净孔内杂质、岩粉，其结束标准为至回水澄清后再持续10min为止；在灌浆前还必须冲洗裂隙，冲洗结束标准为至回水澄清后再延续10min为止，冲洗压力不大于1MPa，且总的冲洗时间必须大于30min，孔底沉积厚度要小于20cm。

4.2帷幕灌浆

4.2.1灌浆机械选用

该工程灌浆泵选用3SNS型灌浆泵，其性能及外形如图2所示。

图2　3SNS200/10型高压灌浆泵

灌浆过程数据采集: 采用自行研制的GMS2007型灌浆自动记录仪进行数据的采集和浆液的计量工作。该系统记录数据齐全、准确、系统运行稳定，并具有资料报表自动生成功能，如图3所示。

图3　多路灌浆监控系统装配连接示意图

4.2.2帷幕灌浆措施

a.灌浆过程中要上下活动和经常转动射浆管，为防止射浆管在孔内因水泥凝固而造成孔内事故，回浆管要达到15L/min以上的回浆量。

b.利用钻杆做射浆管时，采用平接头连接钻杆；各灌浆段灌浆时，射浆管管口距孔底不超过50cm，射浆管的外径与钻孔孔径之差不超过20mm；射浆管口距孔底距离不合要求必须重新安装。

c.若是断层破碎带等地质条件复杂的孔段，灌浆结束后需待凝24h后方可进行下一段钻灌作业；孔口无涌水孔段，灌浆结束后正常情况下不待凝，即可进行下一段钻灌作业。

d.帷幕灌浆段长与压力见表2。

表2　帷幕灌浆压力及段长划分

注灌浆段第一段均自防渗墙深度以上0.5m位置卡塞。

4.2.3帷幕灌浆浆液及变换

a.帷幕灌浆浆液应以普通纯水泥浆液为主，正常情况下不掺加外加剂。特殊情况下可采用混合浆液或在水泥浆液中加入外加剂。

b.浆液水灰比。普通纯水泥浆液水灰比(重量比)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级；注入率超过30L/min时，可根据具体情况采用越级变浓水灰比。

c.变浆标准。注入量超过300L，且压力和注入量变化不大；灌注时间大于1h，且压力和注入量变化不大。

d.灌浆过程中，如果灌浆压力保持不变，则注入率持续减小；如果注入率不变而压力持续升高，则不得改变浆液水灰比。应每隔15～30min测记一次回浆温度和浆液密度，浆液变换和灌浆结束时亦应测记浆液密度，测值必须做好记录。

4.2.4帷幕灌浆结束标准

帷幕灌浆结束标准为：灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min，延续灌注60min。

4.3帷幕灌浆封孔

a.浆液必须采用水灰比0.5∶1刚搅拌的普通水泥浆，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力。

b.帷幕灌浆封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”。封孔时先采用新鲜的水灰比0.5∶1的浓浆置换孔内的水和稀浆，待回浆管排出水灰比为0.5∶1的浓浆后，拆除孔内灌浆管，用灌浆软管做进浆管，补充注浆至孔口冒出水灰比0.5∶1的浓浆。补充注浆时，进浆管在提出过程中必须保持在浆面以下，以防止空气渗入浆液中，破坏封孔的质量。然后采用水灰比0.5∶1的浓浆进行纯压式起压灌浆，持续灌浆时间达到1h以上方可停止灌浆封孔。

c.已采用“置换和压力灌浆封孔”的灌浆孔，孔内水泥浆液凝固后，必须清除上部孔内的浮浆及污水。如果上部空余段超过3m，继续采用“机械压浆封孔法”进行封孔；如果小于3m，用M30水泥砂浆回填密实。然后再割除高出混凝土底板的孔口管。最后用M30水泥砂浆抹平。

d. 帷幕灌浆全孔灌浆结束后，对孔深、全孔灌浆成果进行确认后应马上进行封孔。

4.4特殊情况及处理

a.灌浆过程中，出现地表冒浆、吸浆量突然递减或递增、压力突降或突升等不寻常情况时，必须马上查找原因，采取相应措施进行处置，并做好详细记录，必要时报请设计等有关单位研究处置。

b.钻灌过程中发现串通时，必须查清串通量和串通部位。如与其他灌浆孔串通，应将串通孔阻塞住，位置选择在串通部位上方0.5～1m处，灌浆孔灌浆结束凝固达24h后，再进行串通孔的扫孔、冲洗、钻进及灌浆。

c.出现浆液失水回浓(回浓达一个比级)时，必须换用相同水灰比刚搅拌的浆液进行灌注，如果效果不显著，延续灌注30min且总的灌浆时间大于120min后，才能结束灌浆。

d.对孔口有涌水的孔段，灌浆前应测记涌水量和涌水压力，根据出现的涌水情况，可按如下方法进行处置：适当加大灌浆压力；以涌水压力+设计灌浆压力作为实际灌浆压力控制；减小段长。

e.发现漏浆、冒浆时，根据不同情形采用嵌缝、表面封堵、浓浆、低压、限流、间歇灌注、限量等方法处置，最好不采用待凝处置方式。如处理无效，才能停止灌注，考虑其他处理措施。

f.对注入率大，累计灌入量大于150kg/m的孔段，必须对灌浆邻近的洞室、人工堆积、上下游边坡露头、积水、结构缝面等部位进行检查，必要时可进行示踪剂检查。如果有外漏，必须按漏浆、冒浆处置；如果没有外漏，根据控制压力与注入量的关系进行灌注，直至达灌浆结束标准为止，禁止采用灌浆中断、待凝、间歇等措施，任何人为的中断措施必须视为灌浆事故。

g.灌浆工作应连续进行，因故中断应尽早恢复灌浆。恢复灌浆时，采用开灌水灰比的浆液灌注，如果注入率与中断前相近，可改用中断前水灰比的浆液灌注；如果恢复灌浆后，注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，必须通知设计等有关单位，作为事故孔处理。

5结语

采用帷幕灌浆方法对石壁水库两岸坝基、坝肩山体基础进行防渗处理，帷幕灌浆孔中心距2.5m，灌浆孔深入相对隔水层顶板线(q≤5Lu)以下3m。灌浆后帷幕线上坝基岩的透水率q<0.05L/(min·m),岩芯完整连续，满足防渗要求，石壁水库坝基的渗透压力得到了有效控制，消除了水库的安全隐患。

参考文献

方云.泉州市石壁水库输水系统改造[J].水利科技，2008(2)：65.

On application of curtain grouting in Shibi Reservoir risk removal and consolidation

WANG Runxin

(QuanzhouShibiReservoirManagementOffice,Quanzhou362000,China)

Abstract:Shibi Reservoir is an important medium-sized reservoir in Fujian Province. The reservoir has seepage safety hazards. Engineering geological conditions of the dam foundation are combined. Curtain grouting is adopted for anti-seepage treatment on the dam foundation of both banks, and abutment mountain foundation. The seepage pressure of dam foundation after treatment is effectively controlled, and safety hazards are eliminated.

Key words:reservoir; curtain grouting; dam foundation; anti-seepage treatment

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.005

中图分类号：TV543

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2016)06- 0011- 04