浅谈帷幕灌浆对水库关键渗漏点的综合处理

(1.甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门 735211； 2.甘肃水利工程地质建设有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

双塔水库位于酒泉市瓜州县城以东约48km的疏勒河中游河段上，始建于1958年，1960年3月建成蓄水。是一座以灌溉为主，兼顾城乡和生态用水、防洪、发电、养殖等综合利用的大(2)型水库。双塔水库虽经三次加固处理，但长期带病运行。水库存在的主要问题是未能形成闭合的防渗体系，导致库水位未达到过正常高水位1330.30m。2013年9月27日库水位达到1330.21m时出现了多处渗漏点，目前采用降低水位的运行方式，应急处理前限制水位1329.80m。由于双塔水库降水位运行，严重制约了水库效益的发挥，因此，2016年初对坝体再次进行除险加固。

2 输水洞的补充勘探

输水洞的渗漏问题处理是解决水库防渗体系不闭合的关键结点之一，输水洞位于1号副坝0+249.02～0+251.82处，建于1958年，由于洞身遭受含硫酸盐裂隙水溶蚀破坏，于1971年进行了封堵。在坝后坡脚开挖勘查发现，在沿输水洞方向存在一股渗流，渗水量约0.23L/s。在补充勘探过程中，依据设计图纸在输水洞(桩号0+250.68、0+251.68)布置了两个补充勘探孔(孔号XD4、孔号XD4-1)，对输水洞的渗漏通道进行进一步勘探，确保为后续的施工提供可靠的数据支撑。

基岩以上部分采用干钻，以下采用水钻，能够详细掌握坝体分层特性，同时避免水钻对坝体产生扰动。依据 XD4孔出孔颗粒判断钻进至2.50m时到达黏土心墙，钻进至20.00m孔口有反水，钻进20.30m初见水位，在水中加入食品添加剂红色素颜料(目的是能够直接找出渗漏通道)，过了一段时间后下游排水沟内出现红色，并由深变浅。钻进至20.6m时孔内出现掉钻现象，掉钻深度为0.40m。套管跟进钻进至21.00m时出孔颗粒发生变化，判断为基岩，依据输水洞尺寸及出孔颗粒，钻进30cm加入红色素，下游水色加深。在钻进至21.80m时进行了取芯作业，所取岩芯为混凝土，岩芯长度约0.20m。钻进至23.00m及25.00m分别加入红色素，下游水色基本无大的变化，钻进至27.50m终孔。将封孔器放入套管内注入0.5∶1浓浆，对基岩进行灌浆处理。XD4-1孔施工与XD4相同，勘探结果与XD4孔数据相吻合。结果表明：输水洞上方存在渗漏通道，且有压渗流与无压渗流并存，为确保封堵完整，帷幕灌浆设计深度保证在30m以上。两孔具体分层情况如下：0～2.50m为人工回填砂砾石，2.50～21.00m为黏土心墙，21.00～21.80m为基岩，21.80～26.00mm为钢筋混凝土，26.00m及以下为基岩。

3 输水洞灌浆堵漏处理方案

工程以塑性混凝土防渗墙和墙下帷幕灌浆相结合的方式组成坝基防渗体系。为了封堵输水洞渗漏通道，在设计帷幕灌浆的基础上在坝轴线下游1.50m处增加一排副帷幕灌浆(桩号0+240～0+262)，孔间距1.50m，呈梅花形布置(见图1)。灌浆时先进行下游排副帷幕灌浆，再进行上游排主帷幕灌浆。帷幕灌浆分三个次序施工，各次序孔按“中插法”逐渐加密，施工顺次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序孔。灌浆深度按坝基岩层透水率小于5Lu以下3m控制。为避免灌浆时因压力过大对塑性混凝土防渗墙产生劈裂等不利因素，在防渗墙施工时预埋φ110钢管作为帷幕灌浆孔口管对塑性混凝土防渗墙进行保护。

图1 双塔水库输水洞封堵孔位布置(尺寸单位：m)

4 帷幕灌浆施工控制要点

4.1 灌浆方法

采用孔口封闭，自上而下孔内循环灌浆法。

副帷幕灌浆时坝体段采用泥浆进行回转钻进，深入基岩0.50m，下设φ110钢管作为孔口管。主帷幕灌浆位于防渗墙下部，将防渗墙预埋管作为孔口管。下设孔口管待凝至钻孔条件时，进行坝基帷幕灌浆钻孔，坝基段钻孔采用φ75金刚石钻头进行回转钻进。

4.2 灌浆段长

灌浆段长的划分严格依据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL 62—2014)控制，帷幕灌浆段长宜采用5m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不得大于6m，接触段在岩石中的长度不得大于2m。

4.3 灌浆压力

灌浆压力是灌浆能量的来源，一般情况下，较大的灌浆压力有利于浆液进入岩石的裂隙，也有利于水泥浆液的泌水与硬结，提高结石强度；较大的灌浆压力可增大浆液的扩散半径，从而减少钻孔灌浆工程量(减少孔数)。但是，过大的灌浆压力会使上部岩体或结构物产生变形，或使浆液渗流到灌浆范围以外，造成浪费；较高的灌浆压力对灌浆设备和工艺的要求也更高。因此，应严格根据注浆率的变化，对灌浆压力和注浆率两个重要参数进行控制。

依据双塔水库的实际情况和现场生产性试验，灌浆压力确定为：第一段0.30MPa，第二段0.40MPa，第三段0.50MPa。每段灌浆前根据输浆管长度分别计算出不同浆液浓度下的压力损失及灌浆压力，灌浆压力随着不同水灰比的变化而变化。压力表装在回浆管顶部，压力表读数宜为指针摆动的中值。在灌浆过程中要控制好灌浆压力，灌浆压力的控制主要有两种方法：一是一次升压法；二是分级升压法。升压时根据不同的地层和先期灌浆孔的吸浆量，及时调整灌浆压力，随时规范地变化水灰比，科学地形成地下阻水幕，确保灌浆分部工程质量。

4.4 灌浆材料

水泥灌浆的主要材料是水泥和水。纯水泥浆具有结石强度高、抗渗性能好、工艺简单、操作方便、材料来源丰富、价格较低等优点，是应用最广泛的一种灌浆材料。根据地层的渗透性，选择合适的灌浆材料能提高灌浆效果。该工程中桩号0+175～0+334坝段采用抗硫酸盐水泥(P.MSR42.5)进行帷幕灌浆，其余坝段采用普通硅酸盐水泥(P.O42.5)进行灌浆。

4.5 浆液变换

在灌浆过程中，浆液浓度的使用一般是由稀浆开始，逐级变浓，直到达到结束标准。过早地换成浓浆，常易将细小裂隙进口堵塞，致使未能填满灌实，影响灌浆效果；灌注稀浆过多，浆液过度扩散，造成材料浪费，也不利于结石的密实性。因此，根据岩石的实际情况，恰当地控制浆液浓度的变换是保证灌浆质量的一个重要因素。一般灌浆段内的细小裂隙多，稀浆灌注的时间应长一些；反之，如果灌浆段中的大裂隙多，则应较快换成较浓的浆液，使灌注浓浆的历时长一些。

灌浆水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1六个比级。开灌水灰比为5∶1，使灌入量达到要求，确保灌浆质量。浆液的变换按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL 62—2014)严格控制。

4.6 灌浆结束标准

灌浆结束条件对于灌浆施工十分重要，它对灌浆工程的质量、工效和成本都有较大影响。

各灌浆段灌浆的结束条件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。当采用孔口封闭灌浆法时，灌浆应同时满足两个条件：一是在设计压力下，注入率不大于1L/min，延续灌注时间不少于30min；二是地质条件复杂、地下水流速大、注入量较大、灌浆压力较低时，相对的延长持续灌注的时间。

4.7 封孔

各灌浆孔、检查孔完成灌浆或测试检查任务后，均应很好地将孔回填封堵密实。该项目采用全孔灌浆法封孔。

5 成果分析

5.1 输水洞帷幕灌浆数据分析

输水洞(桩号0+239.74～0+262.24)坝基帷幕灌浆设上下游两排灌浆孔，主帷幕共计17孔，副帷幕共计16孔，按照先下游排副帷幕后上游排主帷幕的顺序分三序施工。帷幕灌浆依据设计标准(q<5Lu)，吕荣值依据每段灌前压水试验控制，排距1.50m，孔距1.50m，梅花形布置。质量控制要点上面已经阐述，下面主要进行数据分析。

下游排副帷幕：Ⅰ序孔平均透水率68.86Lu，单位耗灰量420.15kg/m；Ⅱ序孔平均透水率30.73Lu，单位耗灰量319.05kg/m；Ⅲ序孔平均透水率19.59Lu，单位耗灰量77.59kg/m。

上游排主帷幕：Ⅰ序孔平均透水率10.36Lu，单位耗灰量52.57kg/m；Ⅱ序孔平均透水率6.70Lu，单位耗灰量21.10kg/m；Ⅲ序孔平均透水率5.29Lu，单位耗灰量13.37kg/m。

随孔序增加，单位注灰量符合灌浆递减规律，与灌前平均透水率相吻合，说明灌浆效果良好(见图2、图3)。

图2 主帷幕各次序孔透水率频率

图3 副帷幕各次序孔透水率频率

5.2 检查孔数据分析

建设单位和监理单位对灌浆资料进行讨论和分析后，有意将检查孔布置在地质条件较差的部位。输水洞在副帷幕灌浆线上布置检查孔2个:J47和J48(桩号0+250.68、桩号0+258.49)，检查孔岩心的裂隙内有明显的水泥充填结石，直观地反映了良好的灌浆效果。J47压水试验平均值1.73Lu，J48压水试验平均值1.09Lu，符合设计小于5Lu要求。

5.3 渗流观测数据分析

在断面0+250.68布置3个渗流观测孔，均处于后坝坡，孔底高程1306.00m。在完成帷幕灌浆后进行了渗流观测孔钻孔作业，目的是观测输水洞防渗效果。在钻孔作业时，3孔初见水位基本相同，进入灌溉高峰期，每天采用渗压计进行观测，随库水位上涨，其孔水位变化趋势平缓，库水位在1329.79m时，P1点水位高程1313.27m，P2点水位高程1313.51m，P3点水位高程1313.06m，均在设计浸润线以下。同时坝后输水老渠道基本干枯，能直观地反映出帷幕灌浆作用显著。

6 结 语

双塔水库除险加固工程，通过帷幕灌浆措施对1号副坝输水洞进行封堵，有效阻塞了渗漏通道，提高了坝基整体防渗性能，为水库安全运行提供了可靠保障。在过程控制中，严格执行灌浆工序，合理运用和分析各项灌浆参数的变化，通过分析检查孔压水试验和渗流观测孔数据，输水洞封堵取得了良好的效果。

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