高水位运行下土石坝的充填灌浆施工实践

　　摘要： 2011年姚安县排砂河小(一)型水库土坝防渗中采用充填灌浆技术，保证土坝在高水位运行情况下进行充填灌浆施工，并取得了成功，为今后在高水位运行情况下土坝防渗加固提供了实践经验。

　　关键词：高水位  土坝  充填灌浆  姚安县  排砂河水库

　　Abstract: The year 2011 YaoAnXian row sand river small (a) seepage control modes in the reservoir type filling grouting technology, guarantee the high water level operation modes of filling grouting construction, and success, high water level for the future operation modes under reinforcement provide practical experience.

　　Keywords: high water filling grouting YaoAnXian row main river sand reservoir

　　中图分类号：TV62    文献标识码：A     文章编号：

　　目前，我国土坝坝体灌浆一般都按中华人民共和国行业标准SD266-88《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行。该规范的1.0.2条和1.0.6条指出："本规范适用于坝高50m以下的均质土坝和宽心墙坝"及"土坝坝体灌浆一般应在水库低水位期进行，以加速泥浆固结，保证土坝安全"。

　　姚安县排砂河水库是楚雄州2010年度重点除险加固的小（一）型水库工程。水库为均质土坝，最大坝高28.4m，正常蓄水位 2242.64m，死水位 2227.60m，工程于2010年10月开工程建设,2011年4月完工。水库灌浆防渗处理单项工程于11月开工，该库灌浆防渗处理时库水位为2237.64m，次年3月成功地完成了大坝充填灌浆、坝基帷幕灌浆施工。

　　一、工程概况和存在的主要病险情况

　　排砂河水库1965年动工，后经3次扩建，1983年5月竣工。水库水库径流面积10.2Km2，为年调节水库。是一座以灌溉防洪为主，结合城镇供水和养殖的综合利用工程。

　　该库正常蓄水位2242.64m，相应库容为113.0万m3；校核洪水位2246.64m，总库容154.00万m3；死水位2227.60m，相应库容18.00万m3。坝顶高程2247.64m，最大坝高28.4m，坝顶长129m，坝顶宽4m。

　　该库是在坝址地质情况尚未作全面了解时，就急着兴建的"三边工程"，加之施工过程中，存在清基不彻底、土料选择不严格和坝体填筑不密实等问题，致使大坝在建成蓄水至正常蓄水位时，大坝散浸潮湿浸水面积112.6m2。经坝基经压水试验，坝基岩石透水率：最大36.6～48.7Lu、一般23.5～38.1Lu、最小16.9～17.4Lu，岩体透水性不均，存在坝基渗漏。

　　根据该工程地质勘察孔及物探报告分析，坝基座落高峰寺组砂岩夹页粉质泥岩层上，质地较软，全强风化层厚度约为7m。左、右岸岩层节理裂隙较发育，岩层破碎较严重，分别有2条小断裂带通过，基岩表层5-15m为中等透水带，漏水率为18-47lu。

　　原填筑的坝体钻探取样试验证实，填土主要是由粉砂岩、页岩风化土填筑，土中含页岩、砂岩碎块石10-30%，坝体下部细粒土较多，坝体碾压松密不均，总的不够紧密，坝体透水性不均，钻孔注水试验，其渗透系数为2.23×10-3cm/S～1.28×10-4cm/S，下游两戗台钻孔水位只低于地表0.6-0.8m，地表已形成沼池地，表土稀软，已威胁大坝安全。

　　结合现场实际渗漏情况分析，各有关业务管理部门和专家一致认为：管涌和集中渗漏主要是由2条断层切割造成强透水破碎引起；右坝头渗漏是坝体填土与岩层接触面清基不彻底及坝基断层挤压破碎带渗漏所引起；坝后坡大面积湿润是坝体填土不密实和坝址地基断层所形成的强透水破碎带所致。

　　水库运行48年以来，一直控制蓄水，因而水库无法正常运用和发挥应有的综合效益。为保大坝安全，2010年决定对坝体进行充填灌浆、对坝基及左右两坝端破碎带采用坝基帷幕灌浆处理的综合灌浆方法。

　　二、灌浆设计

　　1、布孔与孔深

　　河床段在坝顶上游侧距坝轴线上沿程布置钻孔，河床灌浆段长度85m，共布钻孔34个，孔深入坝基5-10m；共布孔34个，先灌第一序孔，再灌第二序孔，最后灌第三序孔，即Ⅰ序孔距10m，Ⅱ序孔距5m，Ⅲ序孔距2.5m。

　　对左右坝头岸坡段及两坝端与坝体部分，仍在同一轴线上布上钻灌，孔距为2.5m。先钻灌第一序孔，再灌第二序孔，后最灌第三序孔，共33孔，由河床段往左（或往右）岸坡段及坝端逐孔钻灌。其完成大坝帷幕钻孔67孔，完成钻孔进尺2192.6m，帷幕灌浆进尺1812.2m，最深孔深30m，最浅孔深15m，平均孔深22.5m。

　　2、灌浆施工顺序原则

　　先进行河床段两条破碎带的坝基帷幕灌浆（由下而上分段灌注，段长5m），再分别进行两坝头破碎带的坝基帷幕灌浆和坝体充填灌浆，后进行坝两边岸坡段和两坝头充填帷幕灌浆。当进行坝基帷幕灌浆时，第1次造孔深入至强风化层5m，注浆管落至离孔底0.5m处，按7个比级灌注纯水泥浆，待凝8h后再往下钻至设计孔深，并按造孔、洗孔、装浆和回浆管及胶栓塞、灌浆、终灌的顺序进行。

　　3、灌浆主要技术要求

　　（1）选择合适的浆材，是保证灌浆技术实施的重要条件。通过试验，选择当地重粉质粘土做灌浆材料，其物理性能指标为：塑性指数17.7和25.1，砂粒含量46%和42%；粉粒含量18%和19.5%，粘粒含量36%和38.5%。坝体填土层部分采用重质粉粘土灌注，坝基接触带及两岸坝头采用粘土水泥（32.5号普通硅酸盐水泥）混合浆灌注，水泥掺量15%。坝基及岸坡的挤压破碎带采用纯水泥浆灌注。泥浆密度1.3-1.5g/cm3；水土比为1:0.8-1:1.3。为加快泥浆的流动性和析水固结，在拌浆时掺附加剂（Na2SiO3）约1%。

　　（2）设计灌浆孔口压力

　　灌浆压力是保证灌浆质量的重要指标，一般采用经验公式计算，并结合现场灌浆试验后修正确定。对坝体充填灌浆则根据不同孔深相应控制不同的灌浆孔口压力，一般为0.2-0.35MPa；对坝基断层挤压破碎带帷幕灌浆的回浆压力采用0.35-0.55Mpa。现场试验结果与设计值相接近。

　　（3）坝体充填灌浆方法

　　采用孔底注浆全孔灌注纯压式，每孔复灌次数不能少于7次，每次复灌间隔时间5d以上，实际施工中每孔复灌次数8-13次，每次灌浆量的控制依次为1.0、0.7、0.5m3/m，第4次以后为0.4m3/m。

　　（4）两坝端帷幕灌浆

　　采用孔口封闭、孔底注浆、全孔灌注纯压式实施，每孔复灌次数不能小于5次，每次复灌间隔5d以上。

　　（5）对坝基断层破碎带灌注水泥浆

　　采用循环式方法施灌，并由下而上分段灌注实施。无论初灌或复灌一律采用先稀后浓的方法灌注，灌粘土浆和混合浆时，稀浆粘度25-30s，待灌15min或孔口压力明显降低时，再改灌40-60s的浓浆，灌纯水泥浆时，水灰比为8:1、5:1、3:1、2:1、1.5:1、1:1、0.8:1等7个比级，每个比级量600L。

　　（6）造孔要求

　　钻孔时要保持垂直，孔偏斜率不能大于1度，孔位偏差不能大于10cm，每个灌孔的注浆管必须落至离孔底（或相应段次孔底）0.5m处。

　　（7）终灌标准及封孔

　　坝基帷幕灌浆终灌标准：达到设计孔口回浆压力30min内单位吸浆率小于1L/min。

　　坝体及两岸坡段灌浆终灌标准：（a）开灌20-30min坝面连续两次纵向裂逢冒浆；（b）孔口压力连续两次达设计压力，并能稳定在20min以上；（c）逐孔复灌次数达7次以上，灌孔基本不吃浆。只要满足上述3点要求，即可结束某孔终灌。

　　封孔：采用最稠的粘土水泥混合浆以机械封孔，待孔内浆液下沉后，次日再灌1次，3d后再用粘土封填夯实。

　　（8）设立坝体沉陷位移观测

　　分别在坝顶下游，坝肩上游及背水坡高程2246.00m处各设1排观测点（共3排），点间距离为30m。灌浆期间每5-10d观测1次，每次坝体位移量不得大于20mm；每次灌浆控制坝顶纵向裂缝宽度不能超过30mm，坝顶纵向裂缝长度控制在50m内，达到上述控制值时即暂停灌浆，可作一次灌浆，如发现横向裂缝时立即停灌，待查清原因并处理后再灌。

　　灌浆期间沉陷位移观测共18次，最大位移量6mm（在坝项靠下游坝肩测线第3-4桩号）；最大沉陷量累计48mm（在坝顶靠下游坝肩测线第4桩号）。停灌后据2011年5月28日观测，其水平位移已有回复趋势。

　　三、施工和效果检查

　　该库土坝灌浆工程自2010年11月25日开工至次年3月20日完工，历时250天。总计完成造孔67个，累计造孔进尺2192.6m，耗用水泥486t和粘土450m3。形成防渗帷幕总面积10746m2。

　　工程施工顺序为：先进行河床段两条断层破碎带的坝基纯水泥帷幕灌浆；再进行两坝头基础断层破碎带纯水泥帷幕灌浆；然后进行河床段坝体充填灌注粘土浆；最后进行左、右坝段（包括溢洪道底板）和两坝头的混合浆液充填帷幕灌浆。

　　造孔采用4台中XJ-150型地质钻机钻进。制浆机采用GD5000型泥浆搅拌机，灌浆机采用BW-250/50型三缸泥浆泵同时作业钻灌。

　　大坝灌浆施工后，库水位达正常蓄水位以上，经检查，外坝坡散浸已全部消失，说明通过全坝的灌浆防渗处理，达到了预期的效果。

　　为检查灌浆质量，施工结束后对大坝的防渗效果进行了探槽、渗漏及渗流量现场检测。

　　探槽检测：灌浆结束15d后，在河床段上开挖了3个长2.0m、深3.5-6.0m的探井，发现所灌浆液均已沿坝轴线形成了连续的粘土防渗帷幕，主浆脉厚3-10cm，多条副浆脉形成树枝状，厚1.2-2.5cm，浆脉宽度随探槽深度增加而增厚，在浆脉两侧的范围内，坝体内部有浆液渗入，并形成充填密实的防渗板墙。

　　渗漏检测：在左、右坝段及溢洪道底板下共设5个试验孔，压水试验表明：灌浆后的单位吸水量都降至0.02Lmin·m·m，仅为灌浆前的1/4-1/10。从坝体15个测压管测量所得数据可知，灌浆前、后，在同级库水位2242.64m，坝体浸润线明显下降。

　　渗流量测量：通过对坝脚三角量水堰，测得灌浆前、后大致相同的水位下的渗流量数据表明,灌浆后渗流量为0；

　　四、实践体会

　　排砂河水库土坝充填灌浆是在水库水位持续较高（即坝前水深在16-18m）的情况下进行的，对大坝安全存在较大的风险，为了坝体安全和确保灌浆质量，施工中相应采取了较严密的监测控制措施，同时，由于钻孔较易偏斜，要使其准确地形成连续防渗帷幕，施工难度很大。施工实践主要体会是：

　　1、布孔位置准

　　为了保证充填灌浆防渗帷幕按设计要求准确形成，必须使钻孔准确落在轴线上。为此，布孔采用经纬仪，控制钻孔后，套管中心轴线上下游方向偏差不超过10cm；否则当事故处理，予以返工。

　　2、钻孔严格垂直

　　为保证坝底部灌浆帷幕的连续对接，要求孔中心偏斜不大于孔深的0.5%。为此，引进XJ-150型造孔机，干法造孔，在孔深20-30m情况下，偏斜都控制在20-25cm以内。

　　3、严密监视

　　在灌浆施工过程中，严密监视充填灌浆过程中坝体位移和裂缝开展，以确保大坝安全，大坝灌浆期间，在坝顶前沿边线（防浪墙侧）及外坝坡戗台2246.00m，每隔30m布设1个变形观测点（混凝土桩），共布设了10个观测点，分别进行横向水平位移和竖向沉降位移的观测。在灌浆期要求每班测量1次，非灌浆期，每5d测量1次。对大坝原已装的15个测压管，施工期间每个班观测2次。测压管观测和左右岩坡及坝脚下的3处量水堰观测结合进行，以监视大坝渗流变化情况。此外，并对灌浆出现裂缝和冒浆的现场进行监视。对裂缝发展太快的部位要加位监视，若发现余向或横向裂缝，立即停灌。

　　参照规范要求，结合该工程实践，灌浆期间，每次坝体横向水平位移不得超过20mm，缝长不得超过50m，达到上述控制值即暂停灌注，可作1次灌浆。

　　4、严格采取"少灌多复"的原则

　　具体是限量灌注（每次灌浆量依次限制为10.7、0.5、0.4m3/m），复灌次数不能少于7次，每次间歇时间应5d。应主要在"少灌多复"上做文章。如：河床段19号孔（即钻孔最深30m处）施工时曾冒浆3次，复灌8次，合计注浆88.0m3，都在正常作业之中。然而在灌主13号孔时，孔深28.5m，结果冒浆4次，复灌达15次，该孔总计注浆量达到50.60m3。对这类吃浆量异常大的孔，施工中应作特殊处理。一是降低灌浆孔口压力（控制在0.4Mpa以内），注浆速度不超过2L/min，促使快凝；二是在浆液中适量加速凝剂（Na2SiO3），用最浓浆液灌注；三是掺砂、掺砂量（占水泥份量比）按10%、20%、30%、50%逐步增加，砂粒由粉砂至细砂逐步加粗，灌注更浓浆液；四是若还不解决问题就暂停2-3h，每次只灌200-300L，灌灌停停，让其静静固结，对于大吃浆量孔位，每次复灌这前，都须重新钻进、扫孔到底再复灌。

　　参考文献：

　　1、张景秀，坝基防渗与加固技术，北京：水利电力出版社，1992

　　2、《防渗技术》编辑部，渠库防治论文集.陕西：三秦出版社，1994