苍村水库大坝防渗灌浆加固工艺与质量检测评价

邓县芳

(韶关市水利水电工程技术中心，广东 韶关 512000)

1 项目简介

韶关市曲江区苍村水库大坝防渗灌浆工程位于曲江区马坝镇转溪村苍村水库北江一级支流马坝河支流苍村水中游，坝址位于树家山上游约1km的沙罗湾河谷。年供水5450万m3，解决下游1720hm2农田灌溉用水，下游城区的防洪标准可由10a一遇提高到50a一遇，并减轻京广铁路、京珠高速公路、106国道等交通主干道的洪水威胁，捍卫人口3.6万人，捍卫耕地面积353余hm2；此外，苍村水库利用本身优越的自然地理条件，对本区环境具有积极的保护作用。是一宗以供水为主，兼有防洪、灌溉、环保等综合利用的工程。

水库坝址以上集雨面积93.9km2，河长25.5km，河床平均坡降17.4%，多年平均降雨量1609mm，年径流深980mm，水库总库容7036万m3，正常库容6100万m3，属于中型水利枢纽工程，工程等别为Ⅲ等。设计正常高水位141.00m；设计洪水标准：50a一遇，设计泄洪流量170.6m3/s，设计洪水位143.42m；校核洪水标准：2000a一遇，校核泄洪流量713.8m3/s，校核洪水位144.34m；溢洪道消能设计洪水标准：30a一遇。枢纽工程主要包括：土坝、溢洪道、输水隧洞(兼作施工导流洞)、马坝供水隧洞及水库附属建筑物等。工程建设任务主要为坝体劈裂钻孔、灌浆；坝基帷幕钻孔、灌浆，工程总布置图见图1。

图1 工程总体布置图

项目完成后可实现年供水5450万m3，解决下游1720hm2农田灌溉用水，下游城区的防洪标准可由10a一遇提高到50a一遇，并可减轻京广铁路、京珠高速公路、106国道等交通主干道的洪水威胁，捍卫人口3.6万人，捍卫耕地面积353余hm2；此外，苍村水库利用本身优越的自然地理条件，对本区环境具有积极的保护作用。

2 防渗方案的确定

通过对汛期间水库水位的观测统计，苍村水库于2007年6月完成蓄水验收，2008年8月上旬水库水位为137.05m，坝后靠右侧排水棱体以上1m坡面和右岸坝肩在第三排马道上部约6m处排水沟附近两个部位出现渗水点，其中坝后靠右侧排水棱体以上1m坡面处渗水点由管理处自行采用土工布、片石、碎石和沙子分层覆盖处理。至今苍村水库仍按第二期蓄水限制水位高程137.0m运行。为满足水库第三段蓄水运行阶段的要求，尽早让水库投入正常运行，更好地发挥水库防洪、供水等功能，本次设计方案为：

1)土坝劈裂灌浆工程：坝体劈裂钻孔、灌浆；

2)坝基帷幕灌浆工程：坝基帷幕钻孔、灌浆。

主要工程量见表1。

表1 工程量统计表

3 水库大坝防渗灌浆具体工艺

水库大坝加固要以安全加固解除病险为主，突出解决防洪标准不能达到规范标准的要求，基于苍村水库实际情况，拟采取以下灌浆措施[1-2]。

3.1 劈裂灌浆

3.1.1 设计方案

坝体劈裂灌浆孔沿坝顶轴线布置。总长 190m，共设一排孔，从坝基开始直至坝顶，采用水泥黏土浆自下而上灌注。岸坡段灌浆孔距 3.0m，不分序，河床段灌浆孔距5m，分两序施工，劈裂灌浆平面布置图见图2。

图2 劈裂灌浆平面布置图

3.1.2 技术要求

灌浆正式施工前应进行先导孔的灌浆试验，并将试验结果及有关参数、灌浆效果等反馈设计方，用以调整灌浆深度及参数[3-5]。

1)钻孔：①根据测量放样就位，和设计位置误差≤10cm，孔底偏斜率≤孔深的2%；②孔径设计范围为45-76mm，和注浆管匹配。若孔深≤30m，选取干法进行成孔；若孔深≥30m且坝体内含砂砾石时，钻进时宜采用泥浆护壁；③钻孔完成后，应及时下注浆管，其与孔壁应结合封闭，以防浆液冒出。

2)灌浆：①先灌河床段再灌岸坡段，河床段分两序进行，岸坡段不分序；②灌浆采用纯压式灌浆方式进行，注浆管下到孔底以上0.5-1.0m处，自下而上分段进行灌浆。孔底段灌注3次，当灌浆量满足要求时，向上将注浆管提高0.5m；孔底段以上每段灌注1-2次，当灌浆量满足要求时，将注浆管提高5m。当灌浆管出浆口距坝顶10m结束提升；③本工程灌浆期间，库水位较高，为缩短复灌间隔，加快浆液固结，在黏土浆中掺入干土重15%的水泥。每次开灌采用1.2-1.4t/m3稀浆经过3-5min的灌浆，坝体劈裂后(灌浆压力突然下降)，改为1.4-1.5 t/m3稠浆；④采用少灌多复，每孔每次平均灌注量宜控制在每米孔深0.5-1.0 m3；河床段每孔灌浆次数在10次以上，岸坡段根据实际孔深每孔灌浆次数控制在10次以内;地下水位以下复灌间隔≥5d，地下水位以上复灌间隔≥3d。

3)灌浆综合控制：①灌浆压力控制：注浆管深度60m，灌浆控制压力设置为360kPa，注浆管深度每下降5m，灌浆控制压力减小30kPa，正式施工前应通过灌浆试验孔确定；②裂缝控制：应尽量推迟和限制坝顶出现裂缝，裂缝限制宽度控制在3cm以内，停灌后能基本闭合；③横向水平位移控制：坝顶上下游横向水平位移控制在3cm以内，停灌后能基本复原；④注浆量控制：每米孔深每次吸浆量控制在0.5-1.0m3为宜。

4)终灌标准及封孔：当浆液升至孔口，灌浆孔的灌浆量或灌浆孔口压力满足要求即可终止灌浆。封孔要先拔出注浆管，注满容重> 1.5t/m3的稠浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。

5)灌浆材料：本项灌浆工作所需的灌浆材料有土料、水泥。水泥采用425#普通硅酸盐水泥；土料需满足黏粒含量20-45%，粉粒30-70%，砂粒0-30%，塑性指数10-25，有机质含量<2%，可溶盐<3%。制浆时在黏土浆中掺入干土重15%的水泥，加快浆液凝固。

6)特殊情况处理：①冒浆处理：坝顶冒浆即刻停灌，并将冒浆出口开挖，并夯实回填黏土；钻孔冒浆进行压砂处理；坝坡冒浆使用稠浆间歇灌注；②裂缝处理：若坝面有纵向裂缝，若为湿陷缝则可以灌浆。若为劈裂缝，到控制宽度时，应停灌；坝面有横向裂缝时，应停灌检查。对于浅缝，可进行开挖，以黏土回填夯实；对于深缝，用稠浆灌注裂缝；③窜浆处理：加强检测，若邻孔窜浆对坝体无影响，采取窜浆与灌浆孔同时灌注；④其它：塌坑可挖出泥浆用黏土回填夯实，坝坡隆起，应停灌分析，如确认坝坡稳定，待停灌5-10d继续灌浆[6]。

7)灌浆监测：①坝身变形监测：利用大坝已有的监测标点，对坝身的横向水平位移和竖向位移进行观测。在非灌浆期间，每5d观测一次，在灌浆期间，每天观测一次；②渗流监测：对临近灌浆孔的测压管间隔一刀两小时监测一次，结束灌浆的30d后可正常监测；③裂缝和冒浆监测：安排专人时常对坝坡、坝顶进行裂缝和冒浆监测。

8)灌浆效果检查：灌浆效果检查孔应视具体灌浆情况布置，对于吸浆量大的地段，应重点检查。计划在坝体两侧和中间各布置一个检查孔。检查孔主要是在以下4个方面对灌浆效果进行检查分析：①钻进取芯检查；②取原状土样试验检查；③灌注量检查；④注水试验渗透系数检查[7]。

劈裂灌浆效果检查增加试坑(探坑)检查，查看泥墙(浆脉)厚度、形成情况，在河床段和右坝段各布置一个试坑。

3.2 帷幕灌浆

3.2.1 设计方案

右坝肩帷幕灌浆轴线从原防渗帷幕转折点开始至右坝肩附近(转折点1)然后转向气象观测装置下游侧(转折点2)再转向溢洪道闸室左侧边墙(转折点3)，最后平行溢洪道边墙往上游直至与原灌浆帷幕形成封闭。总长128.1m，共设一排孔，采用水泥浆液自上而下灌注，从正常蓄水位141m高程至相对不透水层以下5m。灌浆孔距2.5m，分三序施工，平面布置图见图3。

图3 帷幕灌浆平面布置图

3.2.2 技术要求

灌浆正式施工前应进行先导孔的灌浆试验，并将试验结果及有关参数、灌浆效果等反馈设计方，用以调整灌浆深度及参数。

1)钻孔：①宜采用回转式钻机和金刚石或硬质合金钻头钻进；②根据测量放样就位，与设计位置偏差≤10cm，孔深≥设计孔深，实际孔位、孔深应有记录，孔底偏斜率≤孔深的2%；③灌浆孔以较小直径为宜，但终孔孔径≥中56mm；④灌浆孔或灌浆段及其他各类钻孔(段)钻进结束后，应及时进行钻孔冲洗，钻孔冲洗一般采用大流量水流冲洗。冲洗后，孔(段)底残留物厚度≤20cm。遇页岩、黏土岩等遇水易软化的岩石时，可视情况采用压缩宿空气或泥浆进行钻孔冲洗。

2)裂隙冲洗和压水试验：①首先使用不超过1MPa的压力水冲洗裂隙，冲洗压力是灌浆压力的4/5，时间≤20min；②在灌浆前各灌浆段采取结合裂隙冲洗的方式进行压水试验。

3)灌浆方式：①帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆，孔口封闭，孔底射浆，孔内循环的灌浆方式，射浆管孔径宜为中56-76mm，应下至距孔底≤50cm，灌浆段长为5m；②孔口管下至帷幕灌浆设计起始深度，孔口管底部下灌浆塞隔离。

4)灌浆压力：孔深100m，灌浆控制压力为1500kPa，孔深每下降10m，灌浆控制压力降低150kPa。正式施工前应结合地质条件、坝高并通过灌浆试验孔等确定。

5)灌浆浆液的浓度：采用水泥浆液灌浆，其浓度分为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1共6个级比，起灌水灰比5∶1，某一级比注入量达到300L或灌注时间至半小时，注入率和灌浆压力不发生变化，加浓一级；若注入率超过30L/min，可越级变浓。

6)终灌标准及封孔：①在最大设计灌浆压力下，注入率≤1L/min时，灌注半小时结束该段灌浆，每段灌浆完成后待凝24h；②全孔灌浆结束后，用0.5∶1的新鲜普通水泥浆液置换掉孔内积水。

7)灌浆材料：本项灌浆工作所需的灌浆材料有水泥及速凝剂，水泥采用 425#普通硅酸盐水泥。

8)灌浆效果检查：灌浆效果检查孔应视具体灌浆情况布置，对于吸浆量大的地段，应重点检查。检查孔的数量为灌浆孔数的10%。检查孔主要是在以下几个方面对灌浆效果进行检查分析：①钻进取芯检查；②压水试验透水率检查；③灌浆耗灰量检查。

4 施工质量检测与评价

苍山水库大坝灌浆加固质量检测与评定任务，旨在检验大坝灌浆防渗处理的应用效果，决定着大坝的质量和安全问题，是人民财产安全的重要保障[8]。

4.1 工程质量检测情况

各单元工程的评定情况及工程材料、中间产品试验质量检验情况如下：

4.1.1 原材料质量检测

1)自检：

本单位共检测：水泥4组，砂1组，碎石1组，土工检测(黏土)1组，C20混凝土配合比1组，C25混凝土配合比1组，检测结果均合格。

2)对比检测：

本单位共检测：水泥2组，砂1组，碎石1组，检测结果均合格。

4.1.2 中间产品检测

土坝劈裂灌浆分部工程：

1)自检：

本分部工程无中间产品质量检测。

2)对比检测：

第三方检测单位对该分部工程劈裂检查孔进行注水试验，检测结果合格。

坝基帷幕灌浆分部工程无中间产品质量检测。

4.2 质量评定情况

采用渗透系数对大坝防渗体及基岩风化层的渗透性进行分析评价[9]。结合钻孔取芯资料、灌浆记录、测试成果等综合评定其质量。通过进行不同段的注水实验，防渗体及基岩风化层实测渗透系数的变化范围在1.3×10-6-7.3×10-6cm/s之间，即防渗体及基岩风化层的渗透性极小，微乎其微，这也说明此次苍村水库土坝充填劈裂灌浆与坝基帷幕灌浆质量效果良好，基本形成了连续完整的充填防渗体，坝体的防渗性有明显的改善。

5 结 论

大坝防渗灌浆技术的施工水准决定了整个土坝基底的稳定与完整程度。此外，灌浆防渗加固工艺流程较为繁琐，任何一个流程都要满足其工艺条件，达到质量评价合格标准。通过对苍山水库大坝与坝基的防渗加固工艺设计，对土坝进行了劈裂灌浆防渗加固，坝基进行帷幕灌浆防渗加固，灌浆处理效果达到质量评定标准，为相关工程施工提供了宝贵经验，也对大坝防渗体质量的控制，确保大坝使用的长久性与效率性提供了借鉴。