岩溶坝基治理中的灌浆设计方案与施工技术

袁 园

岩溶坝基治理中的灌浆设计方案与施工技术

袁 园

（吉安市吉州区水利局，江西 吉安 343000）

岩溶地区由于坝基岩溶发育和软弱破碎带的存在，造成坝基岩体整体性较差且渗漏严重，为了处理这类问题，文章以江西新余市某浆砌石重力坝为例，研究了岩溶坝基及闸基灌浆设计方案和施工技术，采用灌浓浆、低压慢灌、分段灌浆和多次复灌等方法，使坝基岩体的抗压强度和防渗性能显著增加，对今后类似工程岩溶坝基处理提供了有益的借鉴。

岩溶地区；帷幕灌浆；固结灌浆；效果

1 工程概况

某大坝位于江西省新余市境内，为浆砌石重力坝，坝高15.90m，坝基及闸基岩性主要为白云岩。桩号0+006～0+026、0+046～0+066坝段及闸基段，岩石基础为全强风化，且存在溶洞及软弱破碎带， 决定采用帷幕［1-3］、 固结灌浆方法［4-7］进行基础处理。

2 灌浆段地质条件及设计

2.1 灌浆段地质条件

闸基段、桩号0+006～0+026、0+046～0+066段为白云岩，呈全强风化状态，可见较多的溶洞和溶蚀裂隙，裂隙内充填黄色粘土或碎石，部分无充填物，且发育有两条软弱破碎带，分别呈喇叭形和蛇形，宽度2.0～5.0m不等，软弱夹层呈泥状。白云岩岩层走向与坝轴线近于平行，岩层倾角70°左右。闸基及坝基岩石裂隙发育，白云岩岩石透水率为q=26.0～32.7Lu，平均值为30.1Lu，强透水。

2.2 灌浆设计

2.2.1 灌浆孔布置

根据工程地质和水文地质资料，灌浆孔主要布置在闸基和坝基0+006～0+026坝段以及0+046～0+066坝段。0+006～0+026坝段：沿廊道上游布置两排灌浆孔，在坝轴线向下游0.4m、2.4m，平行于坝轴线设置第一排和第二排灌浆孔，该坝段内同一排灌浆孔的间距为2.5m；0+046～0+066坝段：沿廊道两侧平行于坝轴线布置四排灌浆孔，第一、二、三、四排间距分别为 2.0m、5.6m、2.0m，第二、三排距廊道上、下游边线均为1.3m，第一排孔在坝轴线向下游0.4m，同一排灌浆孔的间距为2.5m；冲砂闸及进水闸部分：冲砂闸布置两排灌浆孔，第一排灌浆孔距闸底板上游线以下1.0m，第一排与第二排相距2.0m，同一排灌浆孔的间距为2.5m；进水闸处布置两排灌浆孔，第一排灌浆孔位于闸板上游1.2m，第二排灌浆孔距上游闸底板边线以下1.0m，两排孔按梅花形布置，间距为2.5m。

2.2.2 检查孔的布置

为保证坝基及闸基灌浆质量，根据规范要求，布置了一定数量的检查孔，检查孔的数量约为灌浆孔数的10%。其中在0+006～0+026坝段和0+046～0+066坝段共布置6个检查孔，冲砂闸及进水闸段布置1个检查孔，其平面位置详见图1。

2.2.3 灌浆孔深度和方向

本工程大坝属5级水工建筑物，为低坝，帷幕形式为“悬挂式”帷幕［8-10］，坝基部分第一排灌浆孔为混凝土垫层以下10.0m，第二、三、四排孔为混凝土垫层以下5.0m，冲砂闸及进水闸第一排灌浆孔为混凝土底板以下10.0m，第二排孔深为混凝土闸底板以下5.0m。由于岩石中裂隙发育方向具有一定规律，均为倾斜方向，所以灌浆孔方向均采用铅直钻孔。

图1 坝基及闸基灌浆孔平面布置图

2.2.4 灌浆压力、孔径和段长

每个灌浆孔孔径为55～75mm，分两段灌浆，长度采用5.0m，首段按照3.0kg/cm2的压力进行，次段按照7.0kg/cm2的压力进行。检查孔孔径为110mm。帷幕灌浆孔应进入岩石10.0m，固结灌浆孔应进入岩石5.0m。

3 灌浆施工

3.1 施工机械及灌浆材料

本次施工共用2台无锡 GXY～150型油压钻机，2台天水产200/40型泥浆泵灌浆，拌浆采用2台立式灰浆搅拌机。灌浆材料采用分宜县海螺水泥厂生产的32.5MPa普通硅酸盐水泥。

3.2 钻孔及冲洗和压水试验

采用回转钻进，坝体采用合金钻头，基岩采用金刚石钻头。每一灌浆段钻完以后，将水泵开至最大流量，用水冲洗灌浆孔，冲洗压力为该段灌浆时的0.8，直至回水为清水，肉眼不见岩粉。压水试验采用一个压力段，试验压力为灌浆时的0.8，稳定时间不小于30min。

3.3 灌浆

3.3.1 灌浆的次序及方法

灌浆次序严格遵循设计要求，首先应进行坝轴线最下游排的灌浆，依次往上游进行，同一排上按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序逐渐加密。灌浆方法：对灌浆长度为5.0m的灌浆孔，采用全孔一次性灌浆；对灌浆长度为10.0m的灌浆孔，应从上至下每5.0m一段，分段进行灌浆。射浆管距孔底应小于50cm。每孔的灌浆工序概括为：钻进（本段）—冲洗—简易压水试验—灌浆—钻进（下一段）。

3.3.2 灌浆压力及浆液变换

灌浆段长度控制为5.0m，应从上至下分段进行灌浆。灌浆压力首段按照3.0kg/cm2的压力进行，次段按照7.0kg/cm2的压力进行。灌浆压力是以回浆管上压力表为准。灌浆用浆液浓度应自稀变稠，开始按照5∶1浓度进行，后按3∶1、2∶1、1.5∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.6∶1（重量比）的浓度逐渐变稠。若某浓度灌浆量已超过450L，且关键压力及吃浆量变化很小时，可变浓一级，若吃浆量仍大于30L/min，可变浓两级进行灌注。帷幕灌浆在设计规定的压力下，如灌浆段吃浆量不大于0.4L/min时，继续灌注60min，灌浆即可结束；固结灌浆，在设计规定的压力下，灌浆段吃浆量不大于0.4L/min时，继续灌注30min，灌浆即可结束。全孔灌浆完毕后，采用一次灌浆法复灌封孔，压力为3.0～7.0kg/cm2，当岩石透水率小于1.0～2.0L/min时结束。待凝后对上部残余部分，再用机械压浆法，采用水泥：砂：水 =0.5∶1∶1的水泥砂浆从孔底压入，予以填实。

3.4 特殊情况的处理

冒浆处理：在压力作用下，浆液易沿裂隙从坝上、下游冒浆。若灌浆时浆液从上游基坑中冒出，由于基坑中水深，无法对冒浆处进行处理，针对这种情况，应灌浓浆，浆液流动慢，冒浆停止，然后在规定压力下进行灌浆，直至结束；发现冒浆立即停灌，待凝以后进行复灌，降低压力，在低压下结束灌浆；串浆处理：由于岩石裂隙发育，相互串连，构成了串浆通路。对此可采用堵塞浆液出口后继续灌浆，或停灌以后进行复灌，直到达到规范规定的结束标准，把裂隙通道堵塞密实；软弱破碎带处理：软弱破碎带，风化严重，岩石破碎，且有粘土等充填，钻孔不易冲洗干净，为确保软弱层灌浆质量，采取缩小段长，把第一段5.0m分成2.0m、3.0m两段，逐级提高压力等措施，在保障大坝安全前提下力争在较高的压力下进行灌浆；坝基岩溶灌浆：灌浆段白云岩岩溶发育，构成长期漏水通道，表现出“吃浆量大、灌不住”的现象，用降压慢灌，灌浆量小于20L/min；间歇灌浆中断2～8h；用浓浆或掺入级配良好的砂砾石料进行灌注。

4 灌浆取得的效果

尽管地层岩性、构造等影响灌浆的因素很复杂，但是在采用上述灌浆设计方案和施工技术，帷幕、固结灌浆的效果达到了规范规定的标准，防渗等效果非常明显。灌浆前，软弱破碎带岩石破碎，0+006～0+026段岩石透水率为11.0～32.7Lu，0+046～0+066段岩石透水率为 13.0～20.0Lu，透水性强。灌浆后，岩石透水率显著降低，0+006～0+026段岩石透水率为1.7～3.8Lu，0+046～0+066段岩石透水率为1.7～4.1Lu，弹性波速由灌浆前的2000～2500m/s提高到4500～5200m/s，软弱带冲刷得到了控制，强度得到了提高。

岩石透水率q和单位注入量C随灌浆次序的增进而减少， 即 qⅢ＜qⅡ＜qⅠ，CⅢ＜CⅡ＜CⅠ。 帷幕灌浆及固结灌浆，岩石透水率和单位注入量随灌浆次序增进变化对比表详见表1。

表1 岩石透水率和单位注入量随灌浆次序增进变化对比表

帷幕灌浆Ⅰ序单位注入量160.71kg/m，岩石透水率平均值30.1LU，Ⅲ序单位注入量45.21kg/m，岩石透水率平均值为4.3LU，单位注入量降低了71.9%，岩石透水率降低了85.7%。

固结灌浆Ⅰ序单位注入量124.63kg/m，岩石透水率平均值23.2LU，Ⅲ序单位注入量20.99kg/m，岩石透水率平均值3.7LU，单位注入量降低了83%，岩石透水率降低了84.1%。这说明单位注入量和岩石透水率随灌浆次序的增进明显减少。

5 结语

本文以江西新余市某浆砌石重力坝为例，研究了岩溶坝基及闸基灌浆设计方案和施工技术，溶洞、裂隙等严重漏水地段首先灌浓浆及低压慢灌的方法进行处理，然后再作常规灌浆进行密实封闭；采用从上至下分段灌浆加多次复灌的方法，提高了灌浆质量，避免了止塞困难和绕塞返浆现象，提高了灌浆速度和经济效益。本设计方案和施工技术在处理岩溶坝基时，效果好，投资少，施工简单，对今后类似工程岩溶坝基处理提供了有益的借鉴。

［1］张大雷，赵晓辉.水平铺盖与竖直悬挂帷幕相结合在解决岩溶坝基水库渗透稳定问题中的应用［J］.水利规划与设计，2014（07）： 61-64+67.

［2］罗兴建，吕锋，陈海鹏.重庆市秀山县隘口水库工程坝基工程地质条件研究［J］.水利规划与设计，2010（05）：94-96.

［3］刘国柏.丰满混凝土重力坝防渗降压灌浆处理工艺探讨［J］.水利规划与设计，2016（09）：129-132.

［4］徐安诺.帷幕灌浆在水库除险加固工程大坝坝基处理中的应用［J］.水利规划与设计，2016 （07）：108-111.

［5］盛洋洋.灌浆施工技术在水利工程除险加固工程中的应用［J］.水利规划与设计，2016（06）：110-112.

［6］彭鹏.基于层次分析法的坝基帷幕灌浆方案评估分析［J］.水利规划与设计，2016（03）：47-49.

［7］邵连方.水库主坝混凝土防渗墙施工技术质量控制［J］.水利技术监督，2014（05）：18-20.

［8］刘涛，王元鹏.高压灌浆在锦屏一级水电站大坝右岸防渗工程中的应用［J］.水利技术监督，2014（02）：63-66.

［9］马彩云，郑国萍.红河马堵山水电站防渗帷幕技术处理［J］.水利技术监督，2013（06）：54-57.

［10］王贵明.平桥砌石拱坝防渗加固设计研究［J］.水利技术监督，2015 （02）：71-73.

TV641.2

B

1008-1305（2017）05-0158-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.048

2016-10-26

袁 园（1986年—），男，工程师。