本文以册亨水库溢洪道防渗帷幕灌浆为例，介绍薄弱坝体缺陷(渗漏)部位处理的技术方法，阐述成功防渗处理的灌浆设计方案及主要施工工艺，对类似坝体的基础防渗帷幕灌浆处理有很好的借鉴作用。 Taken Ceheng reservoir spillway’s impervious curtain grouting as an example, this paper intro-duces weak dam defect (leakage) parts of the processing technology and methods, and expounds the successful anti-seepage grouting design scheme and main construction process. It provides a good reference to impervious curtain grouting treatment for similar dam foundation.
朱志勇，游志超，李伟
中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州
收稿日期：2016年8月24日；录用日期：2016年9月9日；发布日期：2016年9月12日
本文以册亨水库溢洪道防渗帷幕灌浆为例，介绍薄弱坝体缺陷(渗漏)部位处理的技术方法，阐述成功防渗处理的灌浆设计方案及主要施工工艺，对类似坝体的基础防渗帷幕灌浆处理有很好的借鉴作用。
关键词 :水库，防渗，帷幕灌浆
册亨水库工程位于贵州省黔西南州册亨县境内，由水源工程和供水灌溉工程等组成。水源工程位于册亨县城上游约9 km的北盘江一级支流者楼河中游河段，工程的开发任务是城镇供水、灌溉及农村人畜饮水等综合利用。水库总库容为1826万m3，正常蓄水位为736.0 m。
水源工程主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、岸边溢洪道、引水放空隧洞等，供水灌溉工程主要建筑物包括输水管道及附属设施，水库坝后设工程管理区。
溢洪道紧挨大坝布置在右岸，溢洪道轴线与坝轴线垂直，共布置2孔6 × 10 m (宽 × 高)溢流表孔，堰顶高程726.0 m，溢洪道由进口引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段和出水渠段等组成，平面总长305.01 m。
开挖浇筑后溢洪道引渠段、控制段地层自上而下依次为：混凝土盖板，厚3~ 4 米 ；强、弱风化细砂岩夹泥质粉砂岩。
强风化细砂岩夹泥质粉砂岩，厚3~ 16 米 ，褐灰色，成分主要为石英、长石、泥质，薄层~中厚层构造，岩芯呈碎块状及短柱状；弱风化细砂岩夹泥质粉砂岩，节理稍发育，岩芯呈长柱状。
溢洪道自右边墙至左边墙由于基础开挖原因，强风化细砂岩夹泥质粉砂岩渐厚。
溢洪道引渠段、控制段底板浇筑完毕并达到一定强度，对其下部基础进行固结灌浆后再进行帷幕灌浆。下图1为溢洪道帷幕灌浆平面布置图。
图1. 溢洪道帷幕灌浆平面布置图
设计排间距：1排；
设计孔间距：2.0 m；
设计孔深：16~46 m；
灌注方式：自上而下分段灌浆法；
灌浆压力：第一段0.5 MPa，第一段1.0 MPa，第三段及以下各段1.2 MPa；
水灰比：浆液水灰比采用3、2、1、0.8、0.5等五个比级(重量比)，起灌水灰比为3，封孔采用0.5:1新鲜浆液，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力。
灌浆次序：先灌注先导孔，然后灌注Ⅰ序孔，再灌注Ⅱ序孔，最后灌注Ⅲ序孔。
灌浆结束标准：帷幕灌浆在最大设计压力下，当注入率不大于1 L/min时，延续灌注30 min，可结束灌浆；当地质条件复杂、地下水流速大、注入量较大、灌浆压力较低时，持续灌注的时间应适当延长。
溢洪道帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆法，按三次序逐孔加密的原则进行施工。灌浆利用Ф42 mm钻杆作为灌浆管，灌浆管距孔底不大于50 cm；在灌浆过程中应经常转动和上下活动灌浆钻杆；回浆管宜有15 L/min以上的回浆量，以防灌浆管在孔内被水泥浆凝住。每段灌浆结束后一般不需等待凝结，但遇断层、破碎带等复杂地层根据实际情况等待凝结8~24 h。孔口封闭帷幕灌浆试验工艺流程如图2所示。
采用42.5普通硅酸盐水泥。灌浆浆液的浓度由稀到浓，遂级变换。水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1等五个比级，开灌水灰比3:1。
当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级的水灰比；当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。
灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。灌浆过程中应定时测记浆液密度，必要时应测记浆液温度 [
开始灌浆时压力应逐渐增大，注入率按时分级升压。一般应在30 min内增至设计压力，并一直维持到结束。灌浆不得破坏地层结构和抬动建筑物，初拟帷幕起始段灌浆压力如下表(表1)，然后根据吸浆情况以及地表有无冒浆或抬动变形情况，再做试验性的压力调整 [
压水压力为各段灌浆压力的80%。
帷幕灌浆孔的终孔段，当透水率或单位注浆量大于设计规定值时，钻孔应继续加深。
灌浆必须连续进行，若因故中断，采取下述补救措施：
① 及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆 [
② 恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少不多，则浆液应逐级加浓继续灌注。
③ 恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施 [
图2. 孔口封闭帷幕灌浆施工工艺流程
| 分段 部位 | 第1段(接触段) | 第2段 | 第3段及以下各段 |
|---|---|---|---|
| 帷幕灌浆压力(MPa) | 0.5 | 1.0 | 1.2 |
表1. 灌浆压力表(MPa)
注：表中灌浆压力系指安装在孔口回浆管上压力表所指示的压力值
溢洪道共布置3个帷幕灌浆先导孔，分别为ywk5、ywk17和ywk25，ywk5地层为：混凝土盖板(0~4.00 m)、强风化细砂岩夹泥质粉砂岩(4.00~5.00 m)、弱风化细砂岩夹泥质粉砂岩(5.00~20.20 m)；ywk17地层为：混凝土盖板(0~4.40 m)、强风化细砂岩夹泥质粉砂岩(4.40~16.80 m)、弱风化细砂岩夹泥质粉砂岩(16.80~19.10 m)。ywk5孔设计孔深为15.54 m，ywk17孔设计孔深为20.33 m。ywk5和ywk17孔灌浆成果如下表2和表3。
溢洪道左导墙、边墙左侧因坝体堆填，需将边坡表层全风化土清理掉。清理后导墙下钻孔离开挖后边坡距离3~6 m。由表3可知，灌浆时浆液从钻孔自地层裂隙流入至堆石坝。采用间歇灌浆的方法可以封堵住钻孔裂隙，但是由于浓浆的充填作用，大的裂隙可以堵住，小的裂隙浆液不能及远，不能较好的形成防渗帷幕。经与现场设计和监理人员沟通，调整帷幕线及孔深，导墙基础下帷幕线往右侧平移4.0 m。调整后的帷幕灌浆图如下图3。
经调整后，ywk8~ywk24孔灌浆成果统计如下表4所示。
平均透水率为qp= ∑qn/n。
由表4可知，各次序孔的单位水泥注入量和平均透水率递减规律较为明显，总体灌浆工作说明灌浆已取得了较好的效果。
调整后Ⅰ序孔平均单位水泥注入量57.8 kg/m，远远小于未调整前ywk17孔平均单位水泥注入量438.8 kg/m。
溢洪道防渗帷幕灌浆共布置检查孔3个，下表5为检查孔压水成果统计表。
图3. 调整后溢洪道帷幕灌浆平面布置图
| 段次 | 灌浆孔段(m) | 透水率(Lu) | 水灰比 | 灌浆 压力(Mpa) | 水泥用量 | 单位 注入量(kg/m) | 灌浆时间 | 备注 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 自 | 至 | 段长 | 开始 | 终止 | 注浆(L) | 注灰(kg) | 开始 | 终止 | ||||||
| 月–日 | 时：分 | 时：分 | ||||||||||||
| 1 | 4.0 | 6.0 | 2.0 | 3.750 | 3.0 | 3.0 | 0.5 | 16.2 | 4.8 | 2.4 | 7 月 12 日 | 10:21 | 12:01 | |
| 2 | 6.0 | 9.0 | 3.0 | 14.000 | 3.0 | 3.0 | 1.0 | 34.9 | 10.5 | 3.5 | 7 月 13 日 | 10:40 | 12:00 | |
| 3 | 8.7 | 14.8 | 6.1 | 1.341 | 3.0 | 0.5 | 1.2 | 993.0 | 617.7 | 101.3 | 7 月 15 日 | 11:41 | 14:02 | |
| 4 | 14.6 | 20.2 | 5.6 | 0.425 | 3.0 | 3.0 | 1.2 | 6.5 | 1.9 | 0.3 | 7 月 16 日 | 12:04 | 13:24 | |
| 封孔 | 0.0 | 20.2 | 20.2 | 0.5 | 0.5 | 1.2 | 63.0 | 76.0 | 3.8 | 7 月 16 日 | 13:27 | 14:32 | ||
| 合计 | 16.7 | 1050.6 | 634.9 | 38.0 | ||||||||||
表2. ywk5灌浆成果单孔统计表
| 段次 | 灌浆孔段(m) | 透水率(Lu) | 水灰比 | 灌浆压力(Mpa) | 水泥用量 | 单位 注入量(kg/m) | 灌浆时间 | 备注 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 自 | 至 | 段长 | 开始 | 终止 | 注浆(L) | 注灰(kg) | 开始 | 终止 | ||||||
| 月–日 | 时：分 | 时：分 | ||||||||||||
| 1 | 3.90 | 6.10 | 2.20 | 25.598 | 3.0 | 2.0 | 0.5 | 734.0 | 326.7 | 148.5 | 7 月 17 日 | 7:24 | 8:54 | |
| 2 | 5.80 | 9.20 | 3.40 | 5.784 | 3.0 | 0.5 | 1.0 | 1800.0 | 1582.8 | 465.5 | 7 月 18 日 | 13:08 | 14:33 | |
| 3 | 9.00 | 14.00 | 5.00 | 8.900 | 3.0 | 0.5 | 1.2 | 1175.0 | 767.7 | 153.5 | 7 月 19 日 | 9:59 | 11:39 | |
| 4 | 13.90 | 19.10 | 5.20 | 41.938 | 3.0 | 0.5 | 1.2 | 3934 .0 | 4148.9 | 797.8 | 7 月 20 日 | 18:47 | 20:17 | 停待 |
| 4 | 13.90 | 19.10 | 5.20 | 3.0 | 3.0 | 1.2 | 356.3 | 108.3 | 20.8 | 7 月 21 日 | 17:26 | 18:31 | ||
| 合计 | 15.80 | 7999.3 | 6934.4 | 438.8 | ||||||||||
表3. ywk17灌浆成果单孔统计表
| 孔序 | 孔数(个) | 段数 | 水泥注入量(kg/m) | 透水率(Lu) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cmax | Cmin | 平均 | qmax | qmin | 平均 | |||
| Ⅰ序孔 | 4 | 27 | 698.0 | 0 | 57.8 | 72.000 | 0 | 6.206 |
| Ⅱ序孔 | 4 | 31 | 26.5 | 1.2 | 13.6 | 5.729 | 1.535 | 3.077 |
| Ⅲ序孔 | 9 | 67 | 22.5 | 1.0 | 8.4 | 4.717 | 1.045 | 2.424 |
表4. 溢洪道各序孔灌浆成果分析统计表
| 孔号 | 孔深 | 压水段数 | 平均透水率(Lu) | qmax(Lu) | qmin(Lu) |
|---|---|---|---|---|---|
| WMJC-18 | 41.50 | 8 | 1.278 | 2.245 | 0.555 |
| WMJC-19 | 36.90 | 7 | 1.442 | 2.225 | 0.695 |
| WMJC-20 | 20.00 | 4 | 1.926 | 2.205 | 1.639 |
表5. 溢洪道帷幕灌浆检查孔压水成果统计表
由表5可知，溢洪道帷幕灌浆检查孔压水试验透水率均小于3 Lu，满足水库防渗要求。
册亨水库溢洪道由于边坡开挖，右侧上部开挖较多，因此基础基岩完整，透水率低，单位灌入水泥量少；左侧因为紧挨堆石坝，表层开挖少，开挖后灌浆孔距离边坡较近，地层裂隙发育，造成浆液沿裂隙渗漏到坝体内，单位灌入水泥量大。调整后的帷幕灌浆线大大减小了水泥的浪费，降低了施工难度，能达到设计防渗要求。
朱志勇,游志超,李 伟. 册亨水库溢洪道防渗帷幕灌浆经验总结Experience of Impervious Curtain Grouting at Ceheng Reservoir Spillway[J]. 土木工程, 2016, 05(05): 190-195. http://dx.doi.org/10.12677/HJCE.2016.55025