高壓旋噴灌漿與帷幕灌漿相結(jié)合在水庫大壩防滲加固中的施工應(yīng)用

賀建龍（湖南省德利建設(shè)工程有限責任公司 長沙市 410007）

高壓旋噴灌漿與帷幕灌漿相結(jié)合在水庫大壩防滲加固中的施工應(yīng)用

賀建龍
（湖南省德利建設(shè)工程有限責任公司 長沙市 410007）

我國存在大量建于20世紀60～70年代的中小型水庫，采用土壩、土石混合壩，因受當時技術(shù)和施工條件所限，基礎(chǔ)處理和壩體填筑質(zhì)量不符合規(guī)范要求，給水庫運行帶來很大的安全隱患，達不到設(shè)計的經(jīng)濟和社會效益。文章以大頭垅水庫主壩為例，闡述了壩基帷幕壩體高噴相結(jié)合施工在主壩防滲加固中的施工應(yīng)用，方法簡單、過程詳細，效果明顯。此法在同類型水庫除險加固中具有一定的借鑒作用。

高壓旋噴灌漿 帷幕灌漿 大頭垅水庫 大壩防滲加固

1 工程概況

大頭垅水庫位于郴州市蘇仙區(qū)太平鄉(xiāng)洞庭肖村龍形生產(chǎn)組附近、湘江水系耒水支流東江上，南距郴州市37 km，北距永興縣城12 km。大頭垅水庫壩址控制集雨面積6.25 km2，壩址以上干流長度3.7 km，干流平均坡降22‰。該水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖和供水等綜合效益的中型水利工程。主壩為土石混合壩，最大壩高32.8 m，壩頂高程144.50 m，壩頂寬4.0 m，壩頂軸長128.00 m。

大頭垅水庫于1965年秋正式動工，1967年主體工程基本竣工，1969年正式投入運行。運行30年多來，充分發(fā)揮了攔洪削峰蓄水灌溉作用，大大緩解了下游防洪壓力，保護下游0.3萬hm2耕地，10多萬人民群眾的生命財產(chǎn)的安全，并保護京廣鐵路、京珠高速公路、107國道和1813省道的安全暢通，經(jīng)濟效益及社會效益顯著。

樞紐工程主要由主壩、一座副壩、溢洪道、灌溉輸水隧洞，主壩壩下放空底涵等永久性建筑物組成。大壩設(shè)計洪水標準采用50年一遇，校核洪水標準為1 000年一遇；泄水建筑物消能防沖設(shè)計的洪水標準為30年一遇。工程等級為III級，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。水庫正常蓄水位140.20 m，正常庫容934萬m3；設(shè)計洪水位141.28 m，相應(yīng)庫容1 028萬m3；校核洪水位141.90 m，相應(yīng)總庫容1 090萬m3。

2 主壩在防滲方面存在的主要問題

（1）主壩壩基滲漏。據(jù)現(xiàn)場壓水試驗表明，壩基上部巖體約5 m的范圍內(nèi)，透水率一般在（5.25～17.45）Lu之間，屬弱透水～中等透水帶，壩基存在滲漏問題。

（2）主壩壩肩存在滲漏。由于筑壩時，只是稍加清理兩壩肩的雜草，就直接進行填筑，對節(jié)理裂隙及層面裂隙發(fā)育的巖體，未加清除，也未采取任何防滲措施。在右壩肩下游（125～130）m高程發(fā)現(xiàn)了2處明顯滲水點，滲漏量分別為0.10 L/s、0.16 L/s，可能會產(chǎn)生滲透破壞，同時，對壩肩巖體穩(wěn)定不利。

（3）主壩壩體與壩基接觸帶滲漏。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，大壩施工時壩基清基不徹底，局部殘留有第四系松散物質(zhì)，此次地質(zhì)勘探ZK4鉆孔揭露壩基表部有約1.2 m厚的砂礫石，透水性好；另一方面，壩基上部巖體發(fā)育2組裂隙，一組為近水平向，一組為順河向。因此，在壩體與壩基接觸帶附近，庫水會沿殘留的松散物質(zhì)及壩基上部的裂隙產(chǎn)生滲漏。

（4）主壩壩體填土為人工填土，主要為壤土、含少量礫的壤土、砂質(zhì)粘土，呈可塑狀態(tài)，施工運行報告反映，土壩體土的填筑施工存在質(zhì)量問題。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗，主壩壩體滲透系數(shù)平均值為2.69×10-4cm/s，不滿足規(guī)范的要求。

3 主壩防滲的設(shè)計方案

根據(jù)主壩存在的問題及初步設(shè)計復(fù)核意見，對主壩防滲方案進行了篩選，決定主壩壩體防滲設(shè)計采用高壓旋噴灌漿，壩基壩肩防滲采用帷幕灌漿方案，高噴和帷幕在同一軸線上。

在主壩上游坡140.2 m平臺對壩體作高壓旋噴灌漿一排，孔距0.8 m，從140.2 m平臺高噴墻左右兩端起，分別沿壩坡與山坡相交處設(shè)置水泥土截水槽，再沿該截水槽布置帷幕灌漿直至壩頂，并按大壩滲透剖面圖將帷幕線往壩頂左右端延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處，帷幕灌漿設(shè)置一排，孔距2.0 m，帷幕灌漿下限以10 Lu控制；上游140.2 m平臺至壩頂?shù)牟捎谜惩粱靥睿簧嫌胃叱?22.50 m至壩頂進行混凝土預(yù)制塊護坡；高壓旋噴灌漿應(yīng)抗?jié)B系數(shù)達到（10-6～10-7）cm/s。

4 主壩防滲體施工

根據(jù)設(shè)計和相關(guān)規(guī)范及結(jié)合施工現(xiàn)場情況，主壩防滲體采用先高噴后帷幕的施工方法。在主壩內(nèi)坡回填土至140.2 m高程后，先進行高噴灌漿施工，待高噴灌漿達到一定齡期后，再在同線位上進行帷幕灌漿施工。高噴灌漿采用二序施工，帷幕灌漿采用三序施工。

4.1 主壩高壓旋噴灌漿

主壩壩體防滲采用高壓旋噴灌漿，三管法，自下而上灌漿。施工完成主要工程量：鉆孔176孔3360.26 m；高壓旋噴灌漿176孔3 360.26 m。

4.1.1 現(xiàn)場高噴試驗確定高噴參數(shù)

在現(xiàn)場高壓旋噴作業(yè)開始前，按施工圖紙和監(jiān)理人指示，在壩體上選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，按室內(nèi)試驗選定的配合比進行高壓噴射注漿的工藝試驗，以確定噴射流量、壓力和提升速度等工藝參數(shù)。

主壩上游140.2 m高程平臺以下壩體采用 “三管法”高壓旋噴灌漿，設(shè)計孔距為0.8 m，孔深深入基巖1 m。經(jīng)現(xiàn)場高噴實驗，設(shè)計單位復(fù)核，最終確定的高噴孔距為0.7 m，孔徑0.13 m，孔深深入基巖1 m，水壓37 MPa，氣壓0.7 MPa，漿壓0.3 MPa。

試驗確定的噴射工藝參數(shù)見表1。

表1 噴射工藝參數(shù)

4.1.2 設(shè)備配置

施工須配置氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、漿系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、造孔系統(tǒng)及漿液回收系統(tǒng)等。其中水系統(tǒng)由高壓水泵、壓力表、高壓截止閥、高壓膠管等組成；氣系統(tǒng)包括空壓機、轉(zhuǎn)子流量計、氣閥、輸氣膠管等；漿系統(tǒng)包括攪灌機和輸漿膠管。操作系統(tǒng)包括操作平臺、啟閉架、定向裝置，擺動裝置、提升裝置，噴射管和噴頭。造孔系統(tǒng)采GY-150型地質(zhì)鉆機，其他設(shè)備同帷幕灌漿。

4.1.3 灌漿材料

高壓噴灌采用強度等級為32.5普通硅酸鹽水泥。漿液配比既要滿足板墻的抗?jié)B和強度要求，又要滿足施工的要求。當?shù)叵滤魉偌哟髸r，應(yīng)在漿液中加入一定比例的速凝劑。

4.1.4 高噴灌漿施工工藝流程

高噴灌漿施工采用三介質(zhì)噴射法灌漿，即水、氣、漿三管并列，至管底后，水、氣沿水平向同軸噴射，沖切摻攪地層，同時漿液從管底低壓壓出，受水、氣射流的卷吸作用，沿噴射方向被挾帶入沖切范圍。具體施工流程如圖1。

（1）施工準備。將施工場地進行平整，設(shè)置排漿溝和廢漿存放池。

（2）測量放樣。按設(shè)計圖紙和現(xiàn)場實際情況，放樣出孔位并進行標記。

圖1 高噴灌漿流程圖

（3）鉆孔施工。鉆機就位后，鉆頭中心對準鉆孔中心；并用水平及校準機座回角在同一平面上，用垂球校準立軸鉛直后即可開孔鉆進。成孔后采用泥漿護壁，鉆至設(shè)計深度后，自孔底輸入泥漿置換出孔內(nèi)殘渣，然后邊拔鉆桿邊補注泥漿，確?？椎壮猎淮笥?.10 m厚和高噴灌漿前不垮孔、不縮徑。鉆工施工認真填寫原始班報表，詳細記錄孔深、回水顏色、鉆速變化及孔內(nèi)變異情況。原始記錄在終孔驗收后2 h內(nèi)送交現(xiàn)場值班技術(shù)人員整理匯總。鉆孔鉆至終孔深度后，請現(xiàn)場值班技術(shù)人員確認孔深孔斜達到設(shè)計要求后即可終孔驗收。

（4）高噴灌漿施工。高噴臺車就位后，高噴管對準鉆孔中心，在地面上送水、送氣試噴，將水、氣的流量和壓力調(diào)節(jié)到設(shè)計規(guī)定的壓力和流量。下噴射管時為防止嘴堵塞，宜在下管同時低壓輸送水、氣、漿。噴射管下至設(shè)計孔深后，應(yīng)按規(guī)定壓力、流量值送水、氣、漿噴射（1～3）mm，待回漿冒出孔口時，再按設(shè)計規(guī)定的提升、旋轉(zhuǎn)速度格擺動速度，自下而上全孔連續(xù)作業(yè)。噴射漿液、回漿密度和回漿量應(yīng)每（20～30）min測量記錄一次。終止噴射時，應(yīng)停止送水、氣、漿，然后將噴射管提出進行沖洗，并利用噴射漿液或回漿進行靜壓回灌，直至漿面不下降為止。

4.2 主壩帷幕灌漿

待高噴灌漿達到一定齡期后，再在同線位上進行帷幕灌漿施工。帷幕灌漿采用三序施工孔距2 m，63個孔336.66 m，先Ⅰ序孔，孔距8 m，后Ⅱ序孔，孔距8 m，最后Ⅲ序孔，孔距4 m。

4.2.1 孔位測量放樣

把施工范圍樁界放在實地上，同時要將鉆孔軸線、孔距、孔深點測量到實地上，并用木樁和石灰線標識，測繪好鉆孔及灌漿斷面圖和平面圖，作為計算工程量和指導施工的依據(jù)。

4.2.2 鉆孔施工排水

帷幕灌漿鉆孔施工期間采用自行排水為主和強制排水相結(jié)合的排水方法，在施工區(qū)域內(nèi)用人工開挖好縱橫小型排水溝，從壩軸線中點向兩邊坡排水溝進行自行排水。

4.2.3 帷幕灌漿材料

每批采購的水泥、外加劑、摻和劑和化灌材料等，均符合有關(guān)的材料質(zhì)量標準，并附有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書。每批材料入庫前均按規(guī)定進行檢驗驗收，并及時將檢驗成果報送了監(jiān)理人。

4.2.4 帷幕灌漿設(shè)備

GY-150型地質(zhì)鉆機2臺，BW-160泥漿泵2臺，制漿機，灌漿泵，流量計、壓力表、壓力軟管、供水管及閥門等。

4.2.5 先導孔施工

主壩7個孔，先導孔自上而下分段進行壓水試驗，全孔壓水試驗完成后自下而上進行灌漿，先導孔施工完后，根據(jù)先導孔的壓水試驗成果確定帷幕灌漿鉆孔深度。見表2、表3。

表2 灌漿壓力值

表3 壩肩段壩基接觸面灌漿壓力

4.2.6 施工工藝流程

施工流程見圖2。

圖2 施工流程

4.2.6.1 造 孔

（1）采用GY-150型地質(zhì)鉆機鉆孔，鉆機安裝正、平、穩(wěn)固，調(diào)節(jié)立軸保持鉛直，開孔孔位與設(shè)計孔位偏差控制在10 cm以內(nèi)。

（2）土層中采用Φ110mm耙齒鉆頭吸漿循環(huán)鉆進，鉆至距基巖（1.0～1.5）m后，下入Φ110 mm套管，強擊之至基巖表面。然后換用Φ75 mm金剛鉆頭，鉆至設(shè)計孔深。

（3）鉆孔過程中嚴格控制孔底偏斜尺寸在規(guī)定值內(nèi)，對各孔段鉆孔情況進行了詳細記錄，遇到特殊情況時，技術(shù)人員會同監(jiān)理采取了有效措施處理。

（4）鉆孔深度不小于設(shè)計孔深。即：鉆孔深入壩基q≤10 lu線以下5.0 m。

4.2.6.2 鉆孔沖洗

（1）灌漿孔段在灌漿前用壓力水進行鉆孔沖洗，直至孔口回水澄清為止。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，壓力超過1 MPa時采用1 MPa。

（2）裂隙沖洗至回水澄清后10 min結(jié)束，單孔沖洗時間不少于30 min，回水達不到澄清的孔段繼續(xù)沖洗，直到孔內(nèi)殘存沉積物小于20 cm。

（3）沖洗后的孔馬上進行灌漿作業(yè)。

4.2.6.3 壓水試驗

灌漿前進行簡易壓水試驗，試驗壓力為灌漿壓力的80%，大于1 MPa時采用1 MPa。壓水20 min，每5 min測一次壓入流量，取最后次流量作為計算值，其成果用透水率表示。

4.2.6.4 制 漿

（1）制漿材料稱量 制漿材料必須稱量，稱量誤差應(yīng)小于5%。水泥等固相材料應(yīng)采用重量稱量法。

（2）漿液攪拌 各類漿液必須攪拌均勻，測定漿液密度和黏滯度等參數(shù)，并作好記錄。純水泥漿液的攪拌時間：使用普通攪拌機時，應(yīng)不少于3 min；使用高速攪拌機時，應(yīng)不少于30 s。漿液在使用前應(yīng)過篩，從開始制備至用完的時間宜小于4 h。拌制細水泥漿液和穩(wěn)定漿液，應(yīng)加入減水劑和采用高速攪拌機，高速攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速應(yīng)大于1 200 r/min，攪拌時間通過試驗確定。細水泥漿液的攪拌，從制備至用完的時間不大于2 h。

4.2.6.5 灌 漿

（1）方式：將栓塞拴在套管底部基巖5.0 m作一段施灌，灌漿方式采用雙管循環(huán)式，射漿管距孔段底不大于50 cm。

（2）灌漿段長：采用5 m。

（3）灌漿壓力：灌漿壓力通過先導孔壓水試驗確定，后在灌漿施工過程中根據(jù)實際情況進行了調(diào)整。壓力表安裝在孔口回漿管路上，壓力表讀數(shù)為指針擺動中值，灌漿要盡快達到設(shè)計壓力，注入率大時可分級升壓。

4.2.6.6 漿液濃度變換

（1）灌漿漿液濃度由稀到濃，逐級變換。灌漿水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、、0.5∶1六個等級，開灌水灰比一般為5∶1。

（2）當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或注入率不變，壓力逐漸升高，不得改變水灰比。當某一等級漿液注入量300 L以上或灌漿時間達1 h，而灌漿壓力和注入率均無效或改變不顯著時，改濃度等級，當注入率大于30 L/min時，根據(jù)具體情況越級變級。

4.2.6.7 結(jié)束標準

（1）在規(guī)定壓力下當注入率不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注30 min或不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注60 min，可以結(jié)束。

（2）帷幕灌漿發(fā)生串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，可以同時進行灌漿，一泵灌一孔，或者將串漿孔塞住，灌漿孔結(jié)束后，串漿孔再行掃孔沖洗，繼續(xù)鉆進施灌。

（3）灌漿段注入量大，灌漿難以結(jié)束時，用下列措施處理。低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；漿液中摻速凝劑；灌漿穩(wěn)定漿液或混合漿液；該段經(jīng)處理后仍應(yīng)掃孔，重新依照技術(shù)要求進行灌漿，直至結(jié)束。

4.2.6.8 基巖段封孔

封孔方法采用 “全孔灌漿封孔法”。

5 主壩防滲效果檢查

5.1 鉆孔取芯及壓水試驗（自檢）

大頭垅水庫主壩防滲處理高噴灌漿完成28 d后開始進行鉆孔取芯及靜水頭壓水試驗檢查，根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求，檢查孔按總孔數(shù)的10%選取，孔位取相鄰二孔中間位置，檢查孔布置在帷幕中心線上，壓水試驗5 m一段。共鉆檢查孔17孔327.10 m，靜水頭壓水試驗64段，其滲透系數(shù)試驗值（1.5～4.8）× 10-7cm/s，均滿足不大于1×10-6cm/s的設(shè)計要求。

帷幕灌漿完成15 d后開始進行鉆孔取芯及壓水試驗，根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求，檢查孔按總孔數(shù)的10%選取，孔位取相鄰二孔中間位置，壓水試驗5 m一段自上而下單點法。吸水量穩(wěn)定標準：壓力調(diào)到規(guī)定數(shù)值并保持穩(wěn)定后，每5 min測讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)，其最大值和最小值之差小于最終值的10%，或其最大值與最小值之差小于1 L/min，試驗結(jié)束，則最終數(shù)值為計算流量。

共鉆檢查孔7孔35.10 m，壓水試驗7段，其透水率（1～3）Lu之間，均滿足不大于10 Lu的設(shè)計要求。

5.2 壓水試驗（抽檢，第三方檢測）

在主壩高噴灌漿和帷幕灌漿自檢完成后，質(zhì)量監(jiān)督單位委托第三方檢測公司進行了抽檢，鉆孔位置現(xiàn)場隨機指定，高噴灌漿抽檢3孔，最大滲透系數(shù)4.4×10-7cm/s，帷幕灌漿抽檢1孔，最大透水率3.3 Lu，均滿足設(shè)計要求。

5.3 現(xiàn)場目測

經(jīng)現(xiàn)場查看，正常蓄水位140.2 m，大壩下游漏水、滲水等現(xiàn)象已經(jīng)消除，下游壩肩山體等沒有發(fā)現(xiàn)滲水漏水點，說明主壩防滲效果非常明顯。工程完工后，工程安全系數(shù)大為提高，抗御自然災(zāi)害的能力大為增強，保證了水庫下游0.11萬hm2的農(nóng)田灌溉。

6 經(jīng)驗總結(jié)

大頭垅水庫主壩防滲加固，從高噴鉆孔到帷幕施工，再到壓水試驗檢查，經(jīng)過近半年的施工，達到了預(yù)期效果。嚴格按照設(shè)計圖紙、施工規(guī)范及現(xiàn)場試驗確定的參數(shù)進行施工，是保證質(zhì)量的關(guān)鍵。高壓旋噴灌漿施工參數(shù)的選定非常重要，水壓的大小直接關(guān)系到成墻厚度及效果，是重中之重。帷幕灌漿中灌漿壓力的選定同樣相當重要，壓力過小達不到效果，壓力過大容易串孔甚至對壩體壩基產(chǎn)生破壞作用，各種參數(shù)的確定需要根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

[1]DL/T 5200-2004.水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DL/T 5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

2016-05-04）

賀建龍（1979-），男，大學本科，工程師，主要從事水利水電工程施工工作，手機：15873129875，E-mail:360080816@qq.com。