帷幕灌漿在水庫大壩基礎防滲處理中的應用

胡俊影 劉明慧 河南省繁盛水利水電工程有限公司

一、帷幕灌漿的概述

作為水工建筑物地基防滲處理的重要方式，帷幕灌漿在保證水工建筑物運行安全方面發揮著至關重要的作用。帷幕灌漿是指向巖體或土層裂隙、孔隙內灌入適量漿液，從而構成一個連續的阻水帷幕，實現降低滲流量和減小滲透壓力的目的。在閘壩巖石或砂礫石地基中可采用帷幕灌漿法，按照防滲帷幕灌漿孔排數進行劃分，一般可分為2類，即兩排孔帷幕、多排孔帷幕。當工程所在地質較為復雜，同時具有較高水頭的情況下，可采用3排以上的多排孔帷幕。相比其他技術，灌漿技術規模小、施工靈活、工期短、適用性強、經濟效益顯著。其作用主要在于四點，其一，通過凝結土體顆粒和填充巖體孔隙的方式，來進一步增強地層強度，達到穩固水工建筑物的效果。其二，補強地基，降低不均勻沉降發生可能性；其三，封堵裂隙、孔隙，減少滲透；其四，保護斜孔鉆進，加大保護力度，保證工程正常進行。經大量實踐證明，在防滲堵漏、增強巖土抗壓強度等方面，帷幕灌漿技術應用效果顯著。

二、工程概況

某水庫大壩工程為中壩，53.2m為最大壩高，屬于3級建筑物。經觀測可知，壩基和兩岸巖石表部破碎，地下水位較低，具有較強滲透性。通過綜合考慮，由于該水庫來水量偏小，基礎防滲至關重要，按自上而下分段灌漿法進行帷幕灌漿。原設計為按照透水率≤3Lu控制河床基礎巖石灌漿帷幕范圍，按透水率≤5Lu控制左右兩岸壩肩防滲帷幕范圍。根據大壩防滲軸線滲透剖面圖統計分析，若按照原設計標準進行灌漿階段控制，壩基帷幕灌漿范圍內將會有90%孔段無法滿足透水率≤3Lu的設計標準，兩岸壩肩帷幕灌漿范圍內70%孔段無法滿足透水率≤5Lu的設計標準，與此同時，壩基和兩岸將新增5100m2灌漿面積。根據實際情況，決定采用“以堵漏為主、堵灌結合”的補灌方案。即采用透水率為10Lu的設計標準，以1m孔距進行灌漿帷幕，同時有針對性地對灌漿孔局部進行加排、加密處理。

三、帷幕灌漿施工技術要點

（一）造孔

根據本工程實際情況，鉆進工藝可采用兩種形式，即金剛石和潛孔錘，其中主要鉆進形式為潛孔錘工藝，從而大幅提升鉆進效率，在穿過破碎地層時，可避免鉆進工藝沖刷破壞孔壁的程度，有助于順利成孔。按照設計要求，需在1.5%以下控制施工孔斜率，做好偏斜值和偏斜方位的準確記錄。

（二）裂隙沖洗

灌漿前，施工中多數鉆孔灌注孔段均采用了大泵量清水沖洗鉆孔裂隙，直到回水清凈。本段灌注壓力為沖洗壓力的80%左右，且控制在1MPa以下。在壓水試驗前，完成裂隙沖洗和壓實試驗。

（三）鉆孔壓水試驗

灌漿前，每一個灌漿孔段均可進行簡易壓水，據上述分析，本段灌漿壓力為沖洗壓力的80%，且在1MPa以下。根據現場實際情況，可在20min控制壓水時間，每隔5min進行一次壓入流量測讀，最終以最后流量值作為計算流量。當壓水進行到10min時，若存在一些鉆孔無法返水現象，可直接進行壓入流量記錄。

（四）灌漿控制

按照工程實際情況和設計要求，采用孔口封閉灌漿法、孔內栓塞的純壓式灌漿法，按照自上而下分段灌漿施工，分段長度為2～6m，當孔壁較為完整時，可適當加長該灌漿段長度。當孔段具有較為嚴重的滲漏情況，需采用可控灌漿工藝進行堵漏灌漿處理。本文以孔口封閉灌漿法為主，孔內注漿管可采用鋁塑管、PVC管，從而節約施工時間，達到鉆機造孔和鉆孔灌漿分離的效果，大幅提升施工效率。采用孔內栓塞灌漿施工，優點在于壓力大、密封效果良好，可確保灌漿質量和效率。

（1）灌漿材料與配合比。水泥、砂礫、速凝劑為主要灌漿材料，本工程采用32.5MPa普通硅酸鹽水泥，速凝劑以水玻璃等無污染材料為主。根據設計要求，水灰比可設定為2：1。

（2）雙管可控灌漿工藝。對于局部孔段具有較大吸漿量，堵漏時采用水泥砂漿仍無法達到有效防滲效果的情況下，可采用雙管可控灌漿工藝，灌漿材料為速凝水泥漿，也可灌注速凝水泥砂漿。

（3）灌漿壓力。根據現場施工地質情況和灌漿試驗結果，可確定灌漿壓力。第一段、第二段、第三段灌漿壓力均可制在0.2～1.0MPa、0.5～1.0 Mpa、1～2Mpa， 第 四段以下灌漿壓力則均控制在2～4MPa范圍。若孔段地層破碎嚴重，則灌漿壓力取小值，若孔段地層完好，則灌漿壓力取高值。

本工程采用純壓式灌漿，在孔口注漿管路上安裝壓力表。循環式灌漿過程中，在孔口回漿管路上安裝壓力表，壓力值讀取壓力表指針擺動的中值，相比灌漿壓力，指針擺動范圍需需少20%。

（五）灌漿結束標準及封孔

在最大設計壓力條件下，循環式灌漿注入率不低于2L/min。當純壓式灌漿注入率在10L/min以下時，再進行5～10min灌注之后，便可結束灌漿。

根據工程實際情況，本文采用全孔灌注封孔法進行灌漿孔封孔，待完成全孔灌漿之后，下入注漿管，直至孔底0.5m，隨后孔口采用孔口封閉器進行封堵。

四、帷幕灌漿防滲效果檢測分析

本文以大壩帷幕灌漿前后滲水情況進行對比分析，為觀測壩后滲水量和庫內水位間的關系，提前將一個矩形堰設于大壩下游距下游壩腳42m處。大壩防滲處理前，經觀測數據可知，在4495.02m最高蓄水位時，觀測滲水量為34.81L/s。經帷幕灌漿施工后，工后2年觀測，當最高蓄水位為4500.99m時，觀測滲水量為38.53L/s，工后3年觀測，在最高蓄水位為4503.69m時，觀測滲水量為30.52L/s。由此可見，隨水庫水位變化趨勢，壩下滲水量較為穩定，每年滲水量在逐漸減少。相比灌漿前，庫水位相同的情況下，滲水量降低幅度較大。說明采用帷幕灌漿法用于水庫大壩基礎防滲施工具有良好的效果，可有效控制滲漏問題，提高施工效率。

五、結束語

綜上所述，改革開放40多年來，隨著社會經濟的迅速發展，我國水利工程建設規模持續擴大。大壩基礎是水庫建設的重點工程，在大壩基礎部位極易出現滲漏水問題，若不及時處理，勢必會影響工程的安全性和使用壽命，甚至會發生更為嚴重的損失。如何解決這一難題，國內外進行了大量深入研究，帷幕灌漿作為一種防滲效果顯著的施工方法，可增強地層強度，減少滲漏，降低不均勻沉降，在水庫大壩基礎防滲處理中得到了廣泛應用。