水利枢纽土坝帷幕灌浆设计研究

摘要：帷幕灌浆是一门发展较早的技术，施工工艺成熟，施工质量可控性好，普遍应用于土坝的坝基防渗加固处理，文中介绍了帷幕灌浆设计及灌浆施工过程中出现异常情况的处理。
关键词：坝基；灌浆设计；灌浆压力
　　1、韩江水利枢纽土坝防渗体系布置
　　在坝轴线上游1.92m处全河道断面布置防渗线，形成完整的全河床防渗体系。坝基冲积层主要是含卵石砾质粗砂，含卵石10%～50%，特别在河床中部卵石含量明显增多变大，卵石含量达到50%甚至更大，常见粒径大于12cm的卵石和漂石。为取得较好的防渗效果，本工程防渗处理采用厚0.40m混凝土防渗墙，混凝土防渗墙底部伸入河床及河床两岸全风化粉质粘土层1m，拦河水闸、船闸上闸首下部的防渗墙顶通过止水与上部水工建筑物柔性连接，两岸连接土坝段防渗墙顶部插入坝体粘土中2m。电站进水口、船闸与左、右岸接土坝之间设置钢筋砼刺墙截水，刺墙长度5m。土坝及两岸山体如遇局部断层破碎带，采用帷幕灌浆防渗处理。本文结合韩江东山（禾埕岗）水利枢纽土坝帷幕灌浆布置设计进行了探讨。
　　2、帷幕灌浆设计及施工
　　帷幕灌浆设计要求：与土石坝的土质防渗体共同组成大坝的防渗帷幕，具有连续、完整、渗透性低。帷幕灌浆的施工主要工序：钻孔一钻孔冲洗一预埋灌浆管一压水试验—灌浆一封孔一检查孔压水试验一数据分析。
　　2.1 帷幕灌浆布置设计
　　灌浆孔通常为1排～3排，按梅花形分布，孔排距1 m～3 m，采用分序灌浆，第一序较稀，再逐渐加密，压力也逐渐加大。如果是在已建成的坝体上对坝基进行灌浆，为了便于机械设备的架设，帷幕线一般首选在坝顶。帷幕深度一般要求伸人不透水岩层3 m～5 m，《碾压式土石坝设计规范》规定：1级，2级坝及高坝灌浆后基岩的透水率宜为3Lu～5Lu，3级及其以下的坝透水率为5Lu～l0Lu。如相对不透水层埋藏太深可按渗流控制，一般采用l／3H～2／3H(H为上下游水头差)控制。帷幕向两岸伸入相对不透水层或以库水位与建库前的地下水位交接处，以形成封闭的防渗线。帷幕的厚度由上下游水头差及幕体的允许渗透比降确定。由于各工程的实际情况不同，幕厚不仅取决于孔距和排距，还与裂隙大小、分布、裂隙中是否有充填物与其透水性、灌浆压力及灌浆材料有密切关系。
　　2.2 灌浆材料
　　灌浆材料主要有水泥浆、粘土浆、水泥粘土浆、水泥砂浆、水泥粘土砂浆或加入其他掺合料、外加剂，根据需要也可采用化学材料。岩石裂隙大于0.15 mm～0.25 mm，且地下水流速小于600 m／d，可采用水泥灌浆，如裂隙小于0.15 mm，可采用化学灌浆或超细水泥灌浆。如地下水流速大于600 m／d，可在浆液中加入速凝剂或采用化学灌浆。
　　2.3 灌浆压力
　　灌浆压力是影响灌浆效果的一个重要因素，压力越大，浆液在一定裂隙里的运行距离就会越远，可以达到减少钻孔数的目的，因此，近年来越来越多的人主张采用尽可能高一些的压力。然而，高压力使岩体产生的变形很难控制在弹性范围之内，易使完好的岩石产生破裂，或在较宽裂隙的岩石中促成大量的吸浆量，使浆液流串到不需要的地方，造成不必要的浪费。所以，要为灌浆选择一定适宜的压力，灌浆压力一般以不抬动上覆岩石为原则，我国多采用公式P=P0+mh先定一初始值，如果是在已建成的土石坝上灌浆，地基面上的覆盖重，灌浆压力可在公式的基础上，还可以加上盖重后用稀浆在孔内不同的深度进行分段灌浆试验，以便找出临界灌浆压力。
　　2.4 灌浆方法
　　灌浆方法有纯压式和循环式两种，应当指出的是，纯压式灌浆法在压力表1000以下的进浆管如被意外堵塞，将会误认为已拒绝吃浆，导致灌浆提前结束，所以在使用时要注意检查。在我国的《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中明确指出：应优先采用循环式。当灌浆段长度小于6 m时，可采用全孔一次灌浆法，大于6 m或包含有较大裂隙及特殊要求时，可采用分段灌浆法。分段灌浆方法主要有四种：自上而下分段阻塞孔内循环法，自上而下分段、孔口封闭孔内循环法和自下而上分段阻塞孔内循环法。
　　2.5 终孔及封堵方法
　　终孔的标准可按规范规定的吸浆率来控制，将灌浆孔封填密实，具有重要意义：①防止渗水对帷幕冲刷破坏；②防止深层水上窜冲刷坝体或抬高浸润线。此外，在封堵时间上也要有所考虑，一般来说，在吃浆量较大、又容易串孔的地方，应在灌浆结束后尽早封堵；而在吃浆量普遍较小的地区，为了便于排气、排水，可在附近孔都灌浆完后再封堵。如果是在已建成土坝的基础上灌浆，灌浆孔较深，所以不能采用人工捣振式封孔，而采用自下而上分段灌浆或自上而下分段段顶堵塞法做“封孔灌浆”。
　　3、灌浆过程中出现异常情况的处理
　　3.1串孔处理
　　对于发生意外串孔现象，应争取将互相串通的孔一同灌浆，以并联法做群孔灌浆，如受条件控制，可暂时将串孔塞住，待灌浆孔灌完后再将被串孔内的浆液清理出来进行补灌。由于在串孔灌浆时，浆液流串远，受荷面积大，易引起地面抬升，因此要适当降低压力或加强监测。
　　3.2冒浆及大漏量孔段的灌注
　　这类孔段灌浆时，可见到孔体侧壁有冒浆现象，或尽管地表未见冒浆，但推断分析有外漏，对此主要采取降压、表面封堵、限流、加促凝剂等措施处理。对于地表大面积的冒浆情况，可浇筑混凝土盖板。
　　3.3“吸水不吸浆”孔段的灌注
　　有部分孔段压水漏量大，但灌浆时漏量却很小，不足漏水率的1／2，个别孔段甚至不吸浆。造成这种现象的原因有：①岩基微细裂缝发育致使灌浆段“吸水不吸浆”。②自上而下分段钻孔、压水，全孔终后再采用自下而上分段灌浆法，也是导致漏水量与漏浆量出现异常的原因之一，大部分先导孔有这类反常现象。对于第一种起因可采用湿磨机将水泥浆液湿磨2遍～3遍后再灌注或直接采用超细水泥灌注。
　　3.4特大吃浆量的处理
　　对于具有一般性裂隙的岩层中灌浆，大都可在1 h-3 h内结束，吃浆量一般不超过200 kg／m，当遇上大量吃浆不止的情况，其原因大多是地层的特殊结构使浆液从某一固定通道流失。对此可采取降压、加促凝剂、采用更稠的水泥砂浆等措施处理。对于这种特殊情况的灌浆，灌浆结束时不一定非要达到设计压力不可，可在较低的压力下结束，但在凝结一段时间后，应将孔扫开再复灌一次，复灌中力求达到设计压力。对于特大渗漏通道，①对于无水流作用且倾角较缓的，在用最稠浆液、掺砂浆液或间歇灌浆后仍无成效时，可改采用定量“牙膏状粘稠浆液”。②对于有水流作用且倾角较陡的，可用稠水泥浆冲灌粗砂砾石，如无效，可直接用清水冲灌级配粒料，灌满后再灌水泥浆或水泥砂浆。
　　4、灌浆效果和质量分析
　　灌浆结束后应进行灌浆质量检查，首先要分析灌浆过程中的数据资料，包括灌浆压力是否达到设计值、单位注入量大小、注入量是否符合随孔序的增加而减小的递减规律、灌浆过程是否有异常情况及处理效果等。最终主要检查手段为打检查孔，检查孔应在灌浆结束14 d后进行，数量及位置应按规范规定布设。灌浆质量在检查孔的主要反应为：①检查孔的岩芯、钻取岩芯后观察岩石裂隙的填充情况。②检查孔的压水试验成果是否满足设计要求。最后应根据DL/T5113.1-2005水利水电基本建设工程单元工程质量评定标准(一)对帷幕灌浆施工工序质量进行评定。
　　5、结语
　　根据工程实际情况，选择用帷幕灌浆的这一常规策略处理水库大坝坝基渗漏是可行的，帷幕灌浆技术在坝基防渗处理中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛的运用。可以达到防渗加固的目的。