帷幕灌浆工程在太平水库坝基防渗处理的实践成果

孙晓亮

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概况

太平水库位于山西省临县湫水河中游太平沟沟口，城庄镇太平村上游。太平沟发源于紫金山南麓，全长13.2 km，坝址以上控制流域面积40 km2，坝址上游4 km处有数十处涌泉，全年清水流量约64万m3，水库总库容536万m3，是以防洪为主，兼顾农业灌溉的小（1）型水库。太平水库坝基卵石混合土和表层基岩均属强透水层，且存在顺河向的裂缝，给坝基渗漏留下了隐患。为了解决坝基渗漏问题，设计采用帷幕灌浆进行防渗处理，帷幕灌浆设计为双排三序灌浆孔，梅花型布置，排距2.40 m，孔距2.50 m，与相对不透水层结合，设计起始压力0.20 MPa，设计标准透水率不大于5Lu。

2 施工参数

帷幕灌浆施工前，需通过现场灌浆试验以确定所采用的施工方法、施工参数在技术上的可行性、效果上的可靠性和经济上的合理性，推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比，并选定合理的灌浆压力。太平水库坝基防渗选定在帷幕轴线桩号0+204.75～0+216.00段之间进行了双排三序孔帷幕灌浆试验，通过灌浆试验确定的施工方法及参数见表1。

表1 灌浆施工方法及参数

3 施工方法

帷幕灌浆的施工工艺流程为：钻孔定位→钻孔→洗孔→压水→制浆→灌浆→封孔→检查。

3.1 钻孔定位

施工前，首先由测量人员根据设计图纸在帷幕灌浆轴线上进行孔位放样，并做好标记，孔位布置如图1所示。

图1 帷幕灌浆孔孔位布置图

3.2 钻孔

钻孔设备采用XY-2型回旋式地质钻机。根据地层的不同，所采用的钻头也不同，土层和砂砾石层钻头采用合金钻头；基岩钻进采用金钢石钻头。

钻孔顺序严格按照分序加密的原则进行，即先钻进下游排，后钻进上游排，各排内先钻Ⅰ序孔，再钻Ⅱ序孔，最后钻Ⅲ序孔。每个单元布置一个先导孔，在该单元I序孔中选取，先导孔应钻取岩芯，统一编号，填牌装箱，并对岩芯情况进行简要描述。

钻孔过程中，为保证钻孔质量，减少钻孔事故的发生，对以下几方面采取保证措施，具体如下。

（1）钻机安放：钻机安放必须牢固平稳，竖机垂直；钻孔前埋设孔口套管，防止孔口坍塌。

（2）孔序：先钻下游排，后钻上游排，排内先钻I序孔，再钻II序孔，最后钻III序孔。

（3）孔位：钻孔就位后，孔位偏差不得大于10 cm，因故变更孔位时，应征得设计者同意。

（4）孔深：孔深应不小于设计孔深，达到相对不透水层。

（5）孔斜：孔斜控制在整个灌浆工程里至关重要，开孔前对钻机竖机进行垂直度检查，保证钻杆顺直，钻孔过程中孔深在灌浆段以上测斜一次，灌浆段（即岩层）每段测斜一次。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编。

3.3 裂隙冲洗

钻孔结束后，利用钻杆注入大流量的水，由孔底向孔口反水的方法进行钻孔冲洗；然后向孔内下射浆管，射浆管底部距孔口50 cm，各孔段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直到回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1 MPa。

3.4 压水试验

灌浆孔（段）在灌浆前先进行压水试验，通过压水试验结果判断该灌浆孔（段）的渗流量。

各灌浆孔（段）在灌浆前进行简易压水。简易压水也可结合裂隙冲洗进行，当回水清净时即可进行简易压水，压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，待流量达到稳定后开始压水，压水时间为20 min，每5 min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕荣（Lu），计算公式如下：

式中：q—透水率，Lu；

Q—压入流量，L/min；

P—作用于试段的全压力，MPa；

L—试段长度，m。

3.5 灌浆

3.5.1 浆液搅拌

①各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度，并作好记录。

②纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，不少于3 min；使用高速搅拌机时，不少于30 s。本工程帷幕灌浆采用了普通双层搅拌机，搅拌时间均不小于3 min，且浆液在使用前过筛，从开始制备至用完时间均小于4 h。

3.5.2 灌浆

施工中采用250/50灌浆泵进行灌注，灌浆孔严格按照分序逐渐加密的原则进行，先灌下游排，后灌上游排。排内先灌先导孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。

3.5.3 帷幕灌浆浆液变换

灌浆过程中应严格按照规范规定标准进行浆液变换，具体变换原则如下：

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。

②当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h，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。

③当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

3.5.4 帷幕灌浆结束标准

在达到设计压力的情况下，当注入率不大于1 L/min时继续灌注60 min即可结束灌浆。

3.5.5 封孔

灌浆孔封孔采用“全孔压力灌浆封孔法”封孔，即把孔内浆液置换成水灰比0.5:1的稠水泥浆液，封孔压力采用最后一段灌浆压力，注入率不大于0.4 L/min延续60 min后结束。

4 灌浆质量检查

帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、检查孔取芯资料、灌浆记录和测试成果等评定其质量。检查孔的数量为总灌浆孔的10%，一个坝段或一个单元工程内至少应布置一个检查孔。

太平水库帷幕灌浆工程共分为11个单元，每个单元布置一个检查孔，共完成检查孔11个，压水试验45段，透水率最大4.40 Lu，最小1.20 Lu，满足设计规定的不大于5Lu防渗标准要求，表明试验施工参数下的帷幕灌浆满足设计要求。帷幕检查孔取出的岩芯充填密实，强度较高，且多处可见水泥结石。在检查孔压水完毕后的灌浆中，总共灌入水泥1094.75 kg，单位注灰5.25 kg/m，充分证明灌浆效果良好。

5 帷幕灌浆质量评价

5.1 透水率的分析

上、下游排各序孔的透水率分布情况见表1。

表1 透水率频率分布表

由表1中可知，下游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50以及50～100两个区间，占Ⅰ序孔压水段数的94%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的95%，其中10～50区间内占86%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的100%，其中10～50区间内占82%。

上游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50区间内，占Ⅰ序孔压水段数的78%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的96%，其中10～50区间内占65%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的90%，其中5～10区间内占77%。

由各区间分布可以看出，下游排在10～50区间内的Ⅰ、Ⅱ序孔透水率变化不明显，由此可以说明岩石的裂隙发育程度较大，岩石的可灌性较好。而从总的区间分布来看，在5～10及10～50区间内，随着区间的加大，Ⅰ、Ⅱ序孔所占比例逐渐加大，而Ⅲ序孔所占比例则逐渐减小。由表1中也可以看出，下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为 29.85 Lu，20.85 Lu ，16.92 Lu；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为 21.09 Lu，16.50 Lu，8.40 Lu。透水率随排序、孔序的逐渐加密而减小，符合灌浆的正常规律，也可以说明灌浆效果明显。

5.2 单位注入量的分析

各孔的单位注入量见表2。

表2 单位注入量频率分布表

由表2中可知，下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在100～1000区间内，说明岩石的可灌性较好，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内且分布较均匀，占灌浆段数的92%；上游排Ⅰ序孔主要集中在50～100以及100～1000区间内，占灌浆段数的98%，Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内，占灌浆段数的100%，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50区间内，占灌浆段数的91%；下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率在区间100～1000内变化不明显，与压水频率变化相符，也说明岩石的可灌性较好。除此之外，单位注入量频率在各区间内所占比例随灌浆孔序加密而变化明显，说明灌浆效果明显。

下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为180.31 kg/m，107.51 kg/m，61.36 kg/m；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为105.17 kg/m，48.06 kg/m，19.68 kg/m。单位注入量随排序、孔序的加密逐渐减小且变化明显，符合灌浆的一般规律。

6 结论

通过对太平水库坝基帷幕灌浆工程质量评价与检查分析，说明本次灌浆选用的排距、孔距、灌浆段长、灌浆压力、浆液配比等施工参数以及施工方法在技术上可行、效果上可靠，经济上合理，防渗效果满足设计要求。