石门水库砌石拱坝坝体防渗处理方案的探讨

周 娟

(福建省建瓯市水利水电技术推广中心，福建 建瓯 353100)

0 引 言

水库渗漏是常见的病险问题，对工程安全产生的威胁较大，同时也将造成水库效益下降[1-2]。我国早期修建的水库受限于当时的经济、技术水平，水库质量较为低下，在长期使用过程中出现了不同程度的渗漏现象，对这一部分水库进行除险加固工程设计是十分必要的[3-5]。

1 工程概况

石门水库位于建瓯市水源乡王厝村境内，是一座以灌溉、发电为主的综合利用的小(2)型水库。大坝为砌石单曲拱坝，坝顶高程444.10m，最大坝高18.00m，坝顶弧长为30.00m，其中左侧非溢流坝段长度为6.5m，右侧非溢流坝段长度为6.5m，中间溢流坝段长17.0m。

石门水库大坝自1990年建成蓄水，坝面就开始发生明显渗漏，且随运行时间的延续，渗漏愈加严重，同时坝基也存在着渗漏问题。对大坝坝体进行补强灌浆，结合坝体的补强灌浆坝基进行帷幕灌浆，解决大坝及坝基渗漏严重问题。

2 石门水库坝基防渗处理方案

2.1 坝基渗漏原因

由于石门水库在早年修建，限于当时的工程技术条件，砌筑时C10细骨料混凝土振捣密实度达不到要求，块石间缝隙没填筑密实。从钻孔岩芯发现局部坝体砌石质量较差，存在空洞或蜂窝现象。根据表1中坝体段钻孔压水试验数据，坝体透水率35 Lu≥q≥15 Lu，均>10Lu。与大坝下游坝面库水渗漏现象相吻合。坝体不同高程上出现的漏水现象说明坝体存在渗漏问题。坝体钻孔压水试验成果表，见表1。

表1 坝体钻孔压水试验成果表

2.2 防渗处理方案

根据渗漏原因分析，大坝的防渗加固采用坝体单排补强灌浆+坝基帷幕灌浆。该方案是在坝顶灌浆沿大坝中轴线布置单排灌浆孔，灌浆范围为整个大坝坝段，以及向大坝右岸外侧延伸8m，向大坝左岸外侧延伸4m，灌浆桩号为0-008-0+034，补强灌浆钻孔至坝基以下8m(相对隔水层位于坝基以下5m)位置，补强灌浆兼做坝基帷幕，以增强坝基的防渗和坝体与坝基接触面的防渗。方案造价相对较低，施工方法成熟，施工工艺较简单，可以较彻底、可靠的处理好坝身因为施工质量不足引起的渗漏问题，减少临时工程的投入。

3 坝体补强灌浆的施工

3.1 坝体补强灌浆布置

为了减小钻孔对坝体拱、梁的影响，灌浆孔布置应采用减少坝体背水坡钻孔，充分利用灌浆有效范围原则。结合坝体体形及坝体砌筑特点，坝体灌浆采用坝顶灌浆方案。坝顶灌浆沿大坝中轴线布置单排灌浆孔，灌浆范围为整个大坝坝段，以及向大坝右岸外侧延伸8m，向大坝左岸外侧延伸4m，灌浆桩号为0-008-0+034，补强灌浆钻孔至坝基以下8m(相对隔水层位于坝基以下5m)位置，将补强灌浆和坝基帷幕有效地结合，以增强坝基的防渗和坝体与坝基接触面的防渗。灌浆孔距2.0m，最大孔深26m。坝体补强灌浆共布孔22个，总进尺436m。灌浆工序采用先检查后灌浆的方式对坝体进行补强灌浆，分3序对坝体进行钻孔、压水试验。第1序孔每隔8m钻1孔，进行压水试验，若透水率<5Lu，对该孔进行封堵，不进行后序孔的操作；若透水率>5Lu则对该孔进行补强灌浆，并进行第2序孔的工作。第2序孔是在透水率>5Lu的第1序孔左右两侧4m处进行钻孔及压水试验，若透水率<5Lu，对该孔进行封堵，不进行后序孔的操作；若试验结果透水率>5Lu，则对该孔进行补强灌浆，并进行第3序孔的施工。第3序孔是在透水率>5Lu的第2序孔左右两侧2m处进行钻孔及压水试验，若试验结果透水率>5Lu，则对该孔进行补强灌浆；若透水率<5Lu，则对该孔进行封堵。

3.2 灌浆施工流程

施工顺序是钻孔——冲洗——压水试验——灌浆——质检。

1)钻孔:本工程中灌浆采用150型钻机，钻孔施工要确保孔深、孔向、孔位符合设计要求，力求孔径上下均一、孔壁平顺。钻孔开位位置与设计要求位置的偏差应控制在10cm以内，孔深的允许偏差在25cm以内。补强灌浆分3序对坝体进行钻孔、压水试验。第1序孔每隔8m钻1孔，进行压水试验，若透水率<5Lu，对该孔进行封堵，不进行后序孔的操作；若透水率>5Lu则对该孔进行补强灌浆，并进行第2序孔的工作。第2序孔是在透水率>5Lu的第1序孔左右两侧4m处进行钻孔及压水试验，若透水率<5Lu，对该孔进行封堵，不进行后序孔的操作；若试验结果透水率>5Lu，则对该孔进行补强灌浆，并进行第3序孔的施工。第3序孔是在透水率>5Lu的第2序孔左右两侧2m处进行钻孔及压水试验，若试验结果透水率>5Lu，则对该孔进行补强灌浆；若透水率<5Lu，则对该孔进行封堵。对钻孔中发现的各种情况如混凝土厚度、失水、卡钻、塌孔、断裂结构等做详细记录，作为分析灌浆质量的基本资料。

2)冲洗：钻孔完成后必须将孔内岩粉冲洗干净，通过冲洗管用压力水进行钻孔冲洗。钻孔冲洗可在钻孔结束后，将钻杆下到孔底，从钻杆通入压力水进行冲洗，冲洗待回水澄清10min后结束。冲洗水压力可采用同段灌浆压力的70%-80%，高压压水冲洗结束的标准可通过冲洗试验确定。

3)压水试验：为进一步确定大坝的渗透特性，提供灌浆必要的技术参数，钻孔时进行压注水试验。使用压力为同段灌浆压力的70%-80%，在预定压力下，每隔一定时间记录一次流量读数，流量稳定30-60min后，停止试验，并计算单位吸水量。压水试验应自下而上分段进行，每段长度为5m。

4)灌浆：坝顶垂直灌浆分三序孔逐渐加密施工，第一序孔距8m, 第二序孔距4m, 第三序孔距2m，采用循环式灌浆方法进行分段灌浆。

灌浆材料主要以水泥为主，本工程采用的是42.5普通硅酸盐水泥，水泥的细度为通过80μm方孔筛的筛余量不>5%。浆液起始水灰比采用5∶1，以后采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。结束灌浆标准：在现场确定的灌浆压力下，灌浆段已停止吸浆或吸浆量<0.4L/min，并持续30min以上时；在规定的压力下，吸浆量徘徊在1.0L/min的时间达1h以上。

坝体补强灌浆孔全孔灌浆结束以后立即进行封孔，大坝补强灌浆孔采用“全孔灌浆封孔法”封孔。封孔时,利用原灌浆管灌注水灰比为0.5∶1的新鲜浓浆，将孔内余浆置换成浓浆，直至孔口返出0.5∶1的浓浆，上提灌浆管，并不断灌入0.5∶1的浓浆。再将阻塞器阻塞在孔口，进行灌浆封孔，灌浆封孔压力采用该孔的最大灌浆压力，灌浆持续时间≥2h。

5)质检：详细做好灌浆施工记录，严格灌浆施工工艺控制，灌浆结束后进行专门的质量检查，在坝体轴线上随机指定布置3个检查孔，并对检查孔进行压水试验，坝体透水率均≤5.0Lu；芯样进行抗压强度及渗透系数检测，芯样渗透系数检测结果均满足要求。

表3 坝体钻孔压水试验成果表

表4 补强灌浆芯样抗压强度、渗透系数检测

3.3 补强灌浆施工技术要求

1)钻孔：钻孔采用150型钻孔。钻孔冲洗：钻孔达到设计深度后，应采用清水冲洗钻孔，直至回水澄清无砂和岩粉为止。

2)灌浆压力及浆液变换：灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，一般建议取0.2-0.4Mpa。浆液起始水灰比采用5：1，以后采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1。

3)稠度变换的原则是：当某一比级浆液的灌入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。

4)结束灌浆标准：在现场确定的灌浆压力下，灌浆段已停止吸浆或吸浆量<0.4L/min，并持续30min以上时；在规定的压力下，吸浆量徘徊在1.0L/min的时间达1h以上。

5)灌浆材料：灌浆材料主要以水泥为主，灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。

6)局部透水率高的部位根据需要加密灌浆孔。

3.4 特殊情况处理

灌浆过程中，发现冒浆、漏浆时，根据具体情况可采用嵌缝、表面封堵、限压、浓浆、限流、限量灌注等方法处理。

钻灌过程中发现串通时，先查明串通部位和串通量，如与混凝土构造分缝、混凝土孔隙等串通时，立即停灌并进行封堵。如与其它灌浆孔串通，具备条件时尽量将串通孔和被串通孔同时灌注，被串通孔不具备灌浆条件时，在其串通部位上方0.5m-1m处将串通孔阻塞住，灌浆孔灌浆结束并待凝24h后，再进行串通孔的扫孔、冲洗、钻进及灌浆。

石门水库坝体补强灌浆过程中背水坡存在多个点位冒浆现象，对冒浆不是很严重的坝段，采用的是表面封堵方案来处理。对漏冒严重、耗浆量较大的坝段，采用了降低灌浆压力、增浓浆液、表面封堵、待凝、间歇灌浆等一整套综合处理措施。

4结 论

石门水库砌石拱坝坝体渗漏防渗处理于2020年 9月开始施工，11月施工结束，2021年4月蓄水， 经过几个月运行并观测，水库大坝漏水现象得到了有效控制。从现场看大坝背水坡在加固前存在大面积湿坡的现象，现已消失，由此可见，此方法防渗效果较好，而且施工方法较简单、造价低，特别适合山区，偏远地区，尤其是交通极不方便的小型水库的防渗处理。