水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工方法与质量控制

梅艺宾

(台山市塘田水库管理所，广东 台山 529200)

0 引 言

帷幕灌浆技术近年来得到了很好发展与应用，运用于水利工程建设中，能发挥多方面的优势功能，能提高坝堤防渗水平，同时达到加固的目标[1]。帷幕灌浆技术的显著优势为：安全性较高，成本较低，方便操作，要想确保灌浆质量达到规定的水平和标准，则要注意掌握施工工序，确保工程施工质量。

1 工程概况

台山市四九镇蛮陂头水库位于台山市四九镇，坝址距离四九镇大概12km,水库所处河流为五十水，水库坝址上方控制集雨面积：19.86km2，总库容量330万m3,是一座具有防洪、灌溉、发电多重功能的小型水库。水库主体建筑物中有土坝一座，大坝为均质土坝，坝高：41.64m,坝顶长150m,坝顶宽5m，调查发现此坝存在上游护坡冲刷受损严重的问题，大坝渗流出现高溢出现象，且坝体填筑土渗透系数为中等透水性，无法达到目前的规范，大坝与左坝肩接触处出现了渗漏通道，对此要采用帷幕灌浆施工工艺来确保施工质量。

2 工程地质条件

2.1 蛮陂头水库地层岩性

根据1∶25万国家《地质图》(F49-C-002004江门市幅)，区域内出露的地层有第四系地层(Q4)、晚侏罗世(J31bηγ)及早白垩系(K12bηγ)侵入岩地层。

区内第四系地层分布广泛，空间分布较复杂。自上而下，按地质成因划分，依次是：

1)全新统人工堆积层(Q4s)：填筑土、混凝土、浆砌石等，沿坝体、进库路均有分布，厚度起伏变化大，质量差别大，局部夹碎石等，土体不均匀。

2)全新统冲积层(Q4al)：主要包括粉质黏土、黏土、粉细砂、粗砂、砾砂、砾卵石层等，工程区局部有分布。

3)全新统残积层(Q4el)：以花岗岩、二长花岗岩等岩性的残积土为主，为(含砂)砂质黏土、粉质黏土、黏土等，局部含砂、砾量较大，主要分布在山体表面、山坡及基岩上部，揭露层厚较大。

4)区域内发育晚侏罗世(J31bηγ)侵入岩，岩性主要为中粒斑状黑云母二长花岗岩。

早白垩系(K12bηγ)侵入岩，岩性主要为细粒、中细粒斑状黑云母二长花岗岩。

2.2 大坝地层岩性及岩土特征

根据本次勘探钻孔资料，坝址的地层自上而下依次为：

1)填筑土(Q4s)：揭露厚度11.8-36.0m，层顶高程166.88-145.35m，层底高程155.08-128.35m，黄褐色、黄色，大多数为硬塑-坚硬状态，稍湿，主要由花岗岩残积的砾石黏性土夹含风化碎砾土填筑而成，富含粗砾砂粒，成份不均。

2)强风化二长花岗岩(J31bηγ)：坝基浅部均有揭露，顶面埋深11.8-36.0m，层顶高程155.08-128.35m，层厚>3.0-5.2m，未钻穿。肉红色、褐红色，稍湿，中粒斑状结构，块状构造，主要矿物有石英、长石、黑云母等,结构基本破坏，风化节理裂隙发育，岩芯散碎-呈碎砾状，敲击声哑。

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3 水库大坝帷幕灌浆施工工艺特点

3.1 实用性强

水利工程规模在持续扩大，这些水利工程势必会对四周的环境空间带来一定的优化，也能对区域内的行业发展、生产运营等提供支持和带动作用。所以，水利工程建设必须持续地完善自身的管理模式，提高工程施工标准，从而从整体上确保工程建设质量。帷幕灌浆技术作为一种成熟的工艺和技术，能妥善地提高水利工程建设施工质量，使得很多水利工程部门也在采用这一技术，确保其提高工程建设质量。

3.2 安全性强

任何水利工程都需要长久、长期使用，对此就必须确保工程建设施工质量，为了达到这一目标就要做好四周环境的勘测，充分地掌握工程建设环境，形成科学的施工方案，其中帷幕灌浆技术则相对先进、发达，可以将其应用于特定部位的施工，以此来确保工程施工质量[2]。也要依赖于科学的施工方案来强化施工组织与管理，正确定位帷幕灌浆的部位，以此来控制灌浆压力，从整体上确保工程施工质量。

3.3 经济性好

整体来看，帷幕灌浆施工技术应用于水利工程加固施工中具有理想的经济效应，能妥善提高工程建设质量。利用此技术之前必须科学地选准钻探部位，而且要控制灌浆压力，整个过程中无需过多的资金投入，能从整体上控制工程建设施工成本。而且此技术的应用能让混凝土凝固与四周打造成一个牢固的整体，利用小成本打造出高质量的建筑工程，属于高度实用、经济的水利工程施工技术。

4 水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工

4.1 标准调配纯水泥浆

在利用帷幕灌浆技术前，必须做好纯水泥浆的调配，水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥标号≥42.5#，水泥细度要求达到5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等7个比级。开灌水灰比可采用5∶1。整个施工阶段必须科学、严谨，确保各项操作达到合格质量标准[3]。

4.2 帷幕灌浆布置

结合本坝堤特点，将帷幕灌浆设定于大坝左坝肩与坝基处，而且要将其延伸到水库常规蓄水位和左坝肩交接位置，帷幕灌浆的轴线长132m,左坝肩28m，坝基104m,统一布设成一排，布设轴线和混凝土防渗墙要共线，帷幕灌浆孔距为1.6m，灌浆孔要渗入到相对不透水层下方5.0m，施工过程中应先开展坝体塑性混凝土防渗墙的施工，再开始坝基帷幕灌浆施工。灌浆要分成三序孔来逐步施灌，其中一序孔和二序孔之间距离为6.4m,三序孔之间的距离为3.2m。其中一序孔可以充当先导孔，从中明确灌浆深度，再开始灌浆，二、三序孔深度要和一序孔保持一致，灌浆孔深入相对不透水层下方5m，单孔灌溉的长度应在8.7-26.3m。

4.3 灌浆基本参数的确定

4.3.1 灌浆段的长度

根据已有经验，结合工程当前的实际情况，控制灌浆段长度在5-6.0m范围内，基岩条件很好的灌段要取最大值，相反，对于裂缝发育、岩石受损较为严重的灌浆段则应选择最小值，坝体和基岩的接触面长度选择2.0m，操作中发现问题要及时整顿、修改，射浆管和孔底之间的距离要在50cm以下，灌浆塞要处于前一注浆端上方50cm的地方，控制漏灌问题。不同的灌浆段在灌浆开始前都需要选择压力水对裂缝进行冲洗，直到清洗干净。孔内部的沉积厚度要控制在20cm以下，冲洗压力要达到灌浆压力的80%，不能超过1MPa。

参照此工程的实况，灌浆最小压力要达到水头的1.5-2.0倍，河床内部的帷幕表层端达到0.40Mpa，底孔段：0.6MPa，河床的最大压力值可参照表1所示。

表1 帷幕灌浆最大压力参考数值

参照我国土坝灌浆技术的相关规程和规范，接触灌浆可以选择低压充填模式，其压力要控制于0.05MPa范围内。

4.3.3 浆液黏稠度

浆液黏度一般跟随基岩单位吸水量逐渐发生变化，初始的水灰比5∶1，之后则逐渐逐渐降低，具体的变换原则为：维持灌浆压力的恒定，当持续地降低注入率时，以及注入率维持恒定，压力持续上升时，依然维持水灰比不变，浆液注入量如果超过300L，以及灌浆时长为30min时，灌浆压力、注入率都未发生改变，以及变化不明显时，则要提升水灰比浓度，当注入率超出30L/min时，则可以参照实际情况来越级地调整浓度。

4.4 灌浆施工关键点

4.4.1 灌浆材料准备

根据水利工程建造的规范与标准，除险加固中优选达到特定规格的水泥材料，要保证其达到合格的抗腐蚀性、耐冲刷性，严控水泥标准与规格，要想达到帷幕灌浆技术的标准，选择水泥标号时，必须对水泥材料加以测试，从中分析出水泥工程中所达到的最大承载力，而且要对选中的水泥材料提前开展试验，明确其承载力极限值，再通过添加材料等来提升水泥的承载效果，凭借对比相关参数，确保水泥的运输、调配等操作中可以应用成熟的技术，从中筛除低质水泥材料。而且灌浆材料尽量优选普通硅酸盐水泥，强度等级要达到42.5以上，清理掉受潮水泥。

4.4.2 灌浆施工顺序

可以分成三序孔来施灌，坝基、坝肩帷幕灌浆孔距要达到1.6m,其中一序孔和二序孔之间距离为6.4m,三序孔之间的距离为3.2m。帷幕灌浆前，必须做好坝体和坝基接触面的浇灌，钻机钻到基岩面时，可以选择回转钻来逐渐钻入，也可以选择干钻法，当进入基岩0.3-0.5m时，提钻，并掺入一些麻绒的干黏土球，并下放套管，从而堵住孔隙，随之则要采用清水钻进，深入岩层深度2m，将其充当接触灌浆段，选择0.05MPa低压填充式灌浆模式，灌浆的栓塞要在基岩以上半米套管内，接触灌浆过后，则要等待凝固24h，由此开启帷幕灌浆工序，帷幕灌浆可自上而下施工。

4.4.3 结束灌浆与封孔

从上到下逐段灌浆，灌浆段要在最大设计压力下，其注入率也要确保<1L/min ,持续灌注60min，再结束灌浆，全孔关键过后，则要从下到上来逐段地封孔，每段长度在20m,灌注水灰比在0.5的浓浆来封孔。

5 水库除险加固工程大坝帷幕灌浆质量控制

5.1 串浆问题控制

各个部位的孔洞灌浆施工都要达到规定的标准，若采取若干孔洞同步灌浆，则可能出现串浆问题，要想控制这一问题，从整体确保工程质量，则要尊新科学的流程、顺序来灌浆，以此来控制串浆现象，或者将串浆孔堵住，而且各个工序的施工结束后必须积极地清理穿孔，以此来控制后续施工问题的出现。

5.2 裂缝问题的控制

参照已有的施工经验，帷幕灌浆施工中难免出现裂缝，特别是灌浆过程中的喷浆、冒浆现象，也可能会因为压力调控不当发生裂缝问题，影响工程整体质量的安全。所以，帷幕灌浆施工中，要保证施工人员达到规定的专业水平与能力，特别是当发生冒浆时，施工人员则要调节水泥浆深度，以此来控制内部压力，防止发生更多的冒浆问题，当看到严重的裂缝现象时，必须再次拟定施工方案，而且要深入检查施工流程是否合理，检查过后及时更改。

5.3 灌浆质量检查

帷幕灌浆后要通过孔压水试验法来检查灌浆质量，而且要参照竣工材料与测试结果来分析，帷幕灌浆检查孔的数量要达到灌浆孔总量的百分之十，灌浆后两周，要从上到下逐段卡塞开展压水试验。

6 结 语

灌浆技术作为整个坝堤加固工程的重要施工工艺及关键点，灌浆质量关系到水库除险加固工程的质量安全与安全性，对此就要优选科学的灌浆工艺，而且要注重灌浆参数和工序的调控，提高灌浆质量，维持日后水库大坝工程平稳运行。