浅谈水库大坝帷幕灌浆试验施工

浅谈水库大坝帷幕灌浆试验施工

张彩厂

云南詟达工程有限公司云南昆明650100

摘要：水库大坝灌浆技术主要包括布置灌浆孔，灌浆材料的配置，灌浆压力的控制，灌浆完成的判定以及质量检查。为保证施工质量，在灌浆施工现场还需要进行试验，根据试验数据对设计灌浆参数进行调整。为避免水库坝体的渗漏，必需采取防渗加固处理技术。

关键词：水库大坝灌浆；施工技术；防渗加固；处理

水库工程运行的稳定性与安全性对我国经济发展、人们正常生活等具有十分重要的影响意义，而帷幕灌浆技术的应用能够在一定程度上解决水库运行中的安全问题，因而在水库除险加固工程中使用较多。另外，帷幕灌浆技术应用成本较低，安全性高，因此其经济效益、防洪效益以及其生态效益较高，同时也提高了水库坝基的渗透稳定性，对提高工程质量与水库运行安全系数等具有一定作用。灌浆试验却是验证设计的灌浆方案是否合理的重要环节。现以某中型水库帷幕灌浆为例，对灌浆试验进行阐述。

1试验目的

①论证坝基采用灌浆方法处理在技术上的可能性，效果上的可靠性和经济上的合理性。

②总结合理的施工程序，良好的施工工艺，合宜的灌浆材料和最优的浆液配和比。

③验证设计上的技术数据，如孔距、排距、灌浆压力等灌浆施工工艺参数。

2、试验布置：

正确地选择灌浆试验地段，对指导帷幕灌浆具有重要的意义。综合水库地质条件、地形条件等各方面的因素，根据施工图纸《《大坝帷幕灌浆布置图》，于大坝中部河床部位选取1个代表性地段进行灌浆试验。试验区域为双排孔布置，孔距为1.5m，排距1.5m，总计10孔，分别为：上游排I序孔的34＃、35＃、36＃，II序孔的35＃、36＃，下游排I序孔的8＃、9＃、10＃，II序孔的8＃、9＃。

3、试验深度：

根据设计图纸，试验区孔口高程1953.05~1953.15m，试验底界高程1904.228m，试验深度48.8～48.9m。钻孔深度根据设计终孔段灌前压水情况及灌浆情况确定：如终孔段灌前透水率q大于10Lu，则加深一段（3～5m）。

4、防渗标准

试验防渗标准为：k<10-4cm/s，q≤10Lu。

5、施工方法

5.1施工放线

1、根据《大坝帷幕灌浆布置图》,用全站仪定灌浆孔位并测定孔口高程。

2、根据设计的相应孔底高程，计算实际钻孔深度，并提交设计、监理复核认可。

5.2施工顺序

双排孔按照“先下游排、后上游排”的施工顺序，各排孔按照“先I序孔，后II序孔”的施工顺序，循序渐进，逐序加密施工。各孔按照“先基岩灌浆，后结合部及坝体灌浆”的顺序进行。

5.3施工方法

采用逐渐加密的原则，先灌I序孔，了解坝基地质情况和压水灌浆情况，施工过程中及时整理孔段成果资料，分析成果，总结合理的技术参数和施工措施，以验证灌浆设计和指导后序孔施工。

本工程采用灌浆方法根据设计要求，结合部及基岩采用“自上而下、分段造孔、自下而上分段纯压式灌浆”法，坝体采用“一次性造孔，自下而上、分段纯压式充填灌浆”法。

5.4施工钻进

5.4.1钻进过程控制

开钻前，钻机定位必须准确，必须用水平尺校平钻机，保证钻机平稳、牢固、立轴铅直，并定期校对，确保钻孔垂直。

钻机定位后，根据设计要求定开孔孔径，一般开孔直径为φ130~110mm，终孔直径不小于φ75mm。

根据设计孔深及孔内情况，钻孔须下护壁套管隔离非灌段或坝土，以防止孔壁坍塌或对坝体造成破坏，提高施工进度，实施施工控制和保证造孔安全。

套管管脚下至结合部，为防止钻进用水对坝土造成破坏及保证止浆效果，采用夯入法或水泥粘土泥球将管脚彻底封堵。

坝土部分采用合金钻头干法钻进，基岩优先采用硬质合金或金刚石钻头钻进。破碎带及夹泥层严格控制送水量，避免孔没壁坍塌填埋灌段，影响钻进速度和灌浆质量。

钻进过程中，开钻时，采用慢速低压钻进，随着钻进深度的增加，及时更换较长、较粗钻具，以保证钻孔铅直。

地下水位测量，在I序孔施工过程中，当钻孔钻到一定深度，停12小时进行地下水位测量。稳定标准：每5min测读一次孔内水位，当两次水位上升、下降速度均小于5cm/min时，认为稳定，以最后的观测值作为地下水位值。

对孔内岩层、岩性及孔内各种情况进行详细记录。灌浆孔岩芯，进行岩芯鉴定、描述记录；检查孔岩芯进行地质编录并拍照，并根据岩层顺序摆放正规的岩芯牌。

钻孔结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均应堵盖，妥善保护。

5.4.2钻孔偏斜控制

为保证灌浆孔铅直，防止钻孔偏斜，施工中采用如下方法控制。

1、灌浆孔的开孔孔位严格与施工图纸吻合，灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm。

2、钻机安装必须平整、牢固，立轴用水平尺校铅直。

3、开孔时宜低压慢速钻进，钻孔达到一定深度后应加长岩心管长度。

4、孔口管的埋置应保证铅直、稳固。

5、钻孔偏斜值不得大于规范规定，规范规定见下表。施工过程中应定期对立轴进行校正，发现偏斜应予及时纠正。终孔时必须测斜，记录于钻孔偏斜测量记录表中，最终计算整理成册，并绘制出钻孔偏斜平面投影图。

5.5钻孔冲洗及压水试验

原则上坝体及结合部不进行钻孔冲洗，坝体不作注水试验，结合部作注水试验，基岩进行压水试验，基岩段在灌浆前均采用单孔法、压力水冲洗，冲洗直至回水清净为止，且孔内沉积厚度不得超过20cm，总的冲洗时间不小于30min。冲洗压力为灌浆压力的80％，若该值大于1Mpa，采用1Mpa。

压水试验应在裂隙冲洗后进行，压水压力为灌浆压力的80%，该值如超过1.0Mpa，采用1.0Mpa。

压入流量的稳定标准：在稳定的压力下，每3min计读一次流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，试验即可结束，取最终值作为计算值。计算结果以透水率Lu表示。

I、II序孔灌浆前均应作压水试验，以了解基岩透水性，以便选择合理的起始水灰比或预测水泥用量和进行灌浆效果分析。

5.6灌浆

5.6.1灌浆材料

1、灌浆用水泥应符合国家有关的材料质量标准，并附有生产厂商的质量证明书或出厂化验报告。灌浆前进行送检检查，质量指标符合规范要求后方可使用。

2、坝体灌注水泥粘土混合浆（水泥掺量为15%），结合部灌注1:2水泥粘土混合浆，基岩灌注纯水泥浆。

3、水泥质量应符合国家最新标准，即GB175-1999《硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥》。水泥采用R42.5以上等级的普通硅酸盐水泥，试验所用水泥的细度要求通过80μm筛，其筛余量不大于5%。水泥的细度是否满足要求，通过灌浆试验确定。

4、灌浆用水抽取库水供给，水质符合拌制水工混凝土的要求，温度不超过40℃。

5、灌浆用粘土采用粘土料场粘土，灌浆前采样送检，质量指标符合规范要求后方可使用。

6、如灌浆过程中需采用掺和料，则各种掺和料质量应符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）的规定，其掺入量通过试验确定，并上报监理工程师批准执行。

5.6.2浆液浓度

坝体、结合部、基岩及冲洪积层各部位浆液比级见表1、表2、表3。

表1坝体水泥粘土混合浆液配制表

5.6.3浆液变换原则

浆液变换遵循以下原则：

1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

2）当某一比级浆液注入量已达300L(4桶)以上，或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无明显变化时，应变浓一级水灰比灌注。

3）当注入率大于30L/min时，根据具体情况，可越级变浓。

4）当越级变浓后，注入率突然减少，应立即变回原来比级的浆液浓度再继续灌注。

5）遇冒浆、吃浆量大等特殊情况时，可视施工具体情况，采用由稠到稀的变浆原则灌注，即采用较稠浆液堵住冒浆或大的裂隙通道后，再用稀浆正常灌至结束。

6）坝体及结合部尽量灌注较浓浆液。

5.6.4灌浆段长

灌浆段段长根据设计要求确定，坝体充填灌浆段长为5～10m，结合部段长为2m，基岩段长为5～6m，透水率小时，可适当加长，最长不超过8m。遇断层破碎带、软弱夹层等特殊地段时，基岩段长缩短为2～3m。

5.7灌浆压力

1.灌浆压力(孔口压力)的初步确定：

根据施工技术要求，灌浆压力初步确定如下：

⑴坝体灌浆压力采用0.1~0.3Mpa

⑵结合部施灌压力：0.4~0.6Mpa

⑶基岩及冲洪积层施灌压力：

PL＝P+rh/100（式1）

P=P0+mD

PL－基岩及冲洪积层使用的灌浆压力(Mpa)

P－表面地段允许灌浆压力值(Mpa)

P0－表面地段允许压力，可取0.1~0.15Mpa，Ⅰ序孔取0.1Mpa，Ⅱ序孔取0.15Mpa

r－坝体的容重（g/cm3）,取1.6

h－坝体的厚度(m)

m－灌浆顶板在岩石中每加深1m，所允许增加的压力值，取0.02~0.025Mpa/m，Ⅰ序孔取0.02Mpa，Ⅱ序孔取0.025Mpa

D－灌浆段顶距基岩表面深度（m）

2.灌浆压力的调整：

在灌浆过程中，对按初步选定的压力进行灌浆，然后根据岩层的吸浆情况，灌浆过程中压力变化情况，以及对地表进行观察，视有无冒浆或抬动变形情况，再做试验性的压力调整，最终确定合理的灌浆压力。

5.8灌浆结束标准

遵循设计要求规定：在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注30min或当注入率不大于1L/min，继续灌注60min，，灌浆即可结束。

5.9待凝

由于采用“自下而上分段灌浆法”，一般情况下，不进行待凝。

5.10封孔

1、坝体非灌段进行自流式封孔，即：把钻杆下至非灌段底部，泵入比重大于1.5的水泥粘土混合浆，对于≤3m的封孔余深，采用塑性粘土泥球捣实充填。

2、灌浆孔结束后，应及时进行封孔，每孔限三天内封好，并做好孔口标记。

6、灌浆质量的检查和成果分析

施工中，严格实行“单孔单段”验收制度。每一试验孔结束后，及时做好灌浆资料的整理工作，并作资料分析，确定合理的施工工艺。灌浆试验结束14d后，通过钻设检查孔，采取岩心，编录和照相，进行压水试验，根据单位吸水量的大小和岩心中浆液结石的充填情况等指标，综合全面评价灌浆质量，总结出合理的施工参数。

参考文献

[1]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-94)

[2]《土坝坝体灌浆规范》（SD266-88）

[3]《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL25-92）

[4]《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）

[5]《水利水电施工地质规程》

[6]其他现行的国家标准、技术规范