1、坝基渗漏与帷幕灌浆摘 要 ： 本 文 讲 述 的 是 水 电 站 大 坝 坝 基 发 生 渗 漏 的 原 因 ， 帷 幕 灌 浆 的 作 用 机理 及 帷 幕 灌 浆 在 处 理 坝 基 防 渗 中 的 应 用 。 通 过 横泉水库坝基处理帷幕灌浆施工的案例了解帷幕灌浆施工方法及灌浆效果。关键词： 坝基渗漏 ； 帷幕灌浆 ； 横泉水库 ； 施工1 坝 基 的 渗 漏 原 理在 大 坝 上 下 游 水 位 差 作 用 下 ， 库 水 通 过 坝 基 岩 土 中 的 孔 隙 、 裂 隙 或 溶 洞等 通 道 向 下 游 渗 漏 。 沿 大 坝 两 侧 岸 坡 岩 土 中 的 渗 漏 称 为 绕 坝
2、 渗 漏 。 当 坝 基 渗漏 或 绕 坝 渗 漏 的 水 量 很 大 时 ,不 仅 会 造 成 库 水 的 流 失 ,而 且 对 坝 基 产 生 渗 透压 力 ,或 对 岩 土 中 的 微 细 颗 粒 产 生 冲 刷 ,或 对 岩 土 中 的 可 溶 部 分 产 生 化 学 溶 解等 不 良 作 用 。 为 此 ， 修 建 大 坝 时 要 对 坝 基 渗 流 进 行 控 制 ， 将 其 不 利 影 响 减 少到 规 定 的 安 全 范 围 内 。 控 制 坝 基 渗 漏 的 方 法 很 多 。 为 减 少 坝 基 渗 漏 量 ， 可 以 采 用 上 游 水 平 铺 盖 、垂 直 混 凝 土
3、防 渗 墙 、 帷 幕 灌 浆 及 堵 塞 溶 洞 等 措 施 ； 为 减 小 扬 压 力 或 渗 流 梯 度 ，通 常 采 用 排 水 孔 、 排 水 廊 道 、 减 压 井 等 工 程 措 施 。 根 据 坝 基 地 质 条 件 和 渗 漏量 情 况 选 取 上 述 方 法 中 的 一 种 或 几 种 ， 上 堵 下 排 ， 就 会 获 得 良 好 的 防 渗 效 果 。根 据 岩 土 透 水 性 质 的 不 同 ， 坝 基 渗 漏 可 分 为 三 种 主 要 类 型 。 孔 隙 性 渗 漏 :通 过 砂 砾 石 孔 隙 产 生 的 渗 漏 ,一 般 呈 均 匀 流 ， 渗 漏 量 的 大
4、 小 主 要 取 决 于 土 的粒 度 成 分 及 其 渗 透 系 数 。 裂 隙 性 渗 漏 ： 通 过 岩 石 中 节 理 裂 隙 产 生 的 渗 漏 。 当裂 隙 很 多 且 互 相 切 割 时 ,渗 流 近 似 均 匀 流 ;当 裂 隙 发 育 不 均 一 或 不 规 则 时 ， 渗流 常 呈 脉 状 流 。 管 道 式 渗 漏 ： 通 过 石 灰 岩 、 白 云 岩 等 可 溶 岩 中 的 溶 洞 产 生 的渗 漏 ， 渗 漏 量 的 大 小 取 决 于 溶 洞 的 大 小 和 多 少 。 这 三 种 类 型 在 坝 基 中 可 以 在不 同 部 位 同 时 存 在 ， 也 可 以
5、单 独 出 现 ， 主 要 取 决 于 坝 基 的 岩 土 分 布 和 地 质 结构 条 件 。 2 坝基渗漏的处理方式基岩内部防渗处理的主要设施是帷幕灌浆，用以提高其不透水性、强度和完整性，减小渗流坡降，减少渗漏损失。很多高坝出于安全考虑，利用廊道或平洞对全坝进行深孔帷幕灌浆。即将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的孔（裂）隙中，经过硬化胶结后，形成结石，以提高基岩的强度与整体性，改善基岩的抗渗性。基岩灌浆处理要在分析研究基岩地质条件、建筑物类型和级别、承受水头、地基应力和变位等因素后选择确定。帷幕灌浆：混 凝 土 坝 岩 基 帷 幕 灌 浆 都 在
6、两 岸 坝 肩 平 洞 和 坝 体 内 廊 道 中 进行 。 土 石 坝 岩 基 帷 幕 灌 浆 ， 有 的 先 在 岩 基 顶 面 进 行 ， 然 后 填 筑 坝 体 ； 有 的 在坝 体 内 或 坝 基 内 的 廊 道 中 进 行 ， 其 优 点 是 与 坝 体 填 筑 互 不 干 扰 ， 竣 工 后 可 监测 帷 幕 运 行 情 况 ， 并 可 对 帷 幕 补 灌 。 帷 幕 灌 浆 的 钻 孔 灌 浆 按 设 计 排 定 的 顺 序 ，逐 渐 加 密 。 两 排 孔 或 多 排 孔 帷 幕 ， 大 都 先 钻 灌 下 游 排 ， 再 钻 灌 上 游 排 ， 最 后钻 灌 中 间 排 。
7、 同 一 排 孔 多 按 3 个 次 序 钻 灌 。 灌 浆 方 法 均 采 用 全 孔 分 段 灌 浆法 。 灌 浆 压 力 是 指 装 在 孔 口 处 压 力 表 指 示 的 压 力 值 。 岩 石 帷 幕 灌 浆 压 力 ， 表层 不 宜 小 于 1 1.5 倍 水 头 ， 底 部 宜 为 2 3 倍 水 头 。 砂 砾 石 层 帷 幕 灌 浆 压 力尽 可 能 大 些 ， 以 不 引 起 地 面 抬 动 或 虽 有 抬 动 但 不 超 过 允 许 值 为 限 。 一 般 情 况 ，灌 浆 孔 下 部 比 上 部 的 压 力 大 ， 后 序 孔 比 前 序 孔 压 力 大 ,中 排 孔
8、比 边 排 孔 压 力大 ,以 保 证 幕 体 灌 注 密 实 。 灌 浆 开 始 后 ， 一 般 采 用 一 次 升 压 法 ， 即 将 压 力 尽 快升 到 设 计 压 力 值 。 当 地 基 透 水 性 较 大 ， 灌 入 浆 量 很 多 时 ， 为 限 制 浆 液 扩 散 范围 ， 可 采 用 由 低 到 高 的 分 级 升 压 法 。 在 幕 体 中 钻 设 检 查 孔 进 行 压 水 试 验 是 检 查 帷 幕 灌 浆 质 量 的 主 要 手 段 ， 质量 不 合 格 的 孔 段 要 进 行 补 灌 ， 直 至 达 到 设 计 的 防 渗 标 准 。3 工 程 案 例3.1 工程概
9、况横泉水库坝基基岩岩性主要为 Ar3c 混合片麻岩，风化程度高，透水性强，为减小基岩渗透性，设计要求对大坝防渗墙下基岩进行帷幕灌浆，下文重点对横泉水库左坝肩坝基防渗墙下基岩段帷幕灌浆的施工方法及灌浆效果进行了介绍。横泉水库工程处于山西省吕梁地区中部，坝址位于山西省吕梁地区三川河支流北川河干流上，方山县班庄与横泉两村之间。枢纽主要建筑物包括大坝、泄洪洞、供水发电洞、电站。坝址河谷地形平坦开阔，河谷宽度 650m，河床高程 1 1001 109m，左岸为黄土台地，右岸为基岩山区。在河流两岸发育有二级阶地。级阶地高出河床25m，阶面宽 150300m。级阶地高出河床 510m，阶面宽 100200m
10、。、级堆积阶地均呈条带状分布于两岸。坝址左岸黄土台地底部为一古河道，属掩埋古河道。坝址区出露的基岩地层有：1）上太古界吕梁山群赤坚岭组（Ar3c）混合斜长片麻岩、混合花岗片麻岩、混合花岗岩，有花岗岩和辉绿岩岩脉侵入，分布于坝基及右岸，为坝址主要涉及的基岩地层。2）下元古界野鸡山群青杨树湾组变质砾岩、石英片岩，分布于右岸。3.2 灌浆施工3.2.1 施工工艺流程该标段灌浆主要是左岸坝基帷幕灌浆（桩号 0-0700+230） ，钻孔进尺 13 314m（含检查孔） ，灌浆总进尺为 3 977m。岩性自上而下为 Q42pal、Q41pal 卵石混合土、混合土卵石、级配不良砾及砂层，厚度 1530m，
11、基岩岩性为 Ar3c混合片麻岩，强风化层厚 1530m，地下水位 1 1001 106m。根据设计要求，帷幕灌浆孔均按一排布置，孔间距均为 2m，钻孔为铅直孔，所有部位均按三序孔施工。本次施工拟对坝基基岩 10Lu 以上部分进行帷幕灌浆处理。施工过程中，分三序施工，先进行一序孔的施工，每单元内布置一先导孔，先导孔在一序孔中选择。每单元内孔均按以下工艺流程进行施工：先导孔质量检查孔。每个灌浆孔的施工工艺流程为：孔位放样钻机定位覆盖层造孔至基岩面套管护壁基岩钻进第一段钻孔冲冼下栓塞裂隙冲冼简易压水灌浆基岩钻进下一段 终孔段灌浆基岩段封孔起拔套管覆盖层封孔。3.2.2 钻孔及套管护壁覆盖层钻采用 3
12、00 型回转式地质钻机，钻孔过程中采用黏土护壁。坝基黏土段及砂砾石段边钻进边下套管，开孔钻头直径选用 89mm 硬质合金钻头，跟进至基岩面，基岩段钻进采用 75mm 金刚石钻头。先导孔基岩取芯、编号、照相、绘制柱状图。钻孔全过程采用 KXP-1 型测斜仪跟踪测斜，保证孔斜控制在设计和规范充许范围内，遇到偏斜，及时采取措施纠编。3.2.3 钻孔冲冼、裂隙冲冼及压水试验钻孔结束后，敞开孔口，将钻杆放入孔底并通入大水流，从孔底向孔外进行钻孔冲冼，直至回水澄清延续 10min 结束。钻孔冲冼完毕，将灌浆阻塞器在设计位置，进行裂隙冲冼，裂隙冲冼采用压力水脉动方式进行。冲冼压力为灌浆压力的 80%，并不大
13、于 1MPa，直至回水澄清并延续 10min 结束，并保证冲冼时间单孔不少于 30min。裂隙冲冼结束后采用“单点法”做简易压水试验，试验持续 20min，每5min 测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量；压水压力为灌浆压力的 80%，并不超过 1MPa，试验结束后计算出各孔段吕荣值，为后续的灌浆提供参考数据。3.2.4 灌浆灌浆施工中均采用 250/50 泥浆泵灌注，采用 GJY-型自动记录仪记录。灌浆材料选用 32.5R 普通硅酸盐水泥，要求水泥细度通过 80m 方孔筛余量不大于 5%。灌浆采用分段阻塞、分段灌注、孔内循环的方法进行。灌浆时，射浆管距孔底不大于 0.5m。灌浆段长上
14、段为 2m，下部为 5m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于 7m。 。灌浆管路应保证浆液流动畅通，并能承受 1.5 倍的最大灌浆压力。灌浆泵和孔口处安装压力表，所选压力表在使用前进行率定。压力表和管路之间设有隔浆装置。灌浆原始记录采用灌浆自动记录仪记录。施工中灌浆孔严格地按照分序逐渐加密的原则进行，即先灌先导孔和序孔，再灌序孔，后灌序孔。灌浆孔全孔灌浆结束后，将会同监理及时进行验收，灌浆孔验收合格后才能进行封孔。灌浆孔封孔采用“压力灌浆封孔法”封孔。覆盖层封孔采用水泥砂浆封孔，且边拔套管边填填料，每次填料高度小于 1m。3.3 质量检查效果分析帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主
15、，结合钻孔、检查孔取芯资料、灌浆记录和测试成果等评定其质量。帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束 14 天后进行。帷幕灌浆检查孔的数量为总灌浆孔的 10%，检查孔布置在防渗帷幕轴线上，钻孔采用回转钻机，岩芯保留，并编号、装箱、绘制柱状图。自上而下分段钻进，自上而下分段压水试验，压水试验采用五点法。检查孔基岩压水合格标准为透水率 q5Lu，大于 5Lu 的孔段进行灌浆处理。压水试验结果分析帷幕灌浆共布置了 17 个检查孔，钻孔总进尺 1 232.19m，压水 89 段，平均吕容值为 1.65Lu，最大 3.70Lu，最小 0.5Lu，均满足设计小于 5Lu 的要求。这表明帷幕灌浆的效果非常明
16、显，施工质量合格，满足设计的防渗要求。检查孔取芯情况分析帷幕灌浆共布置了 17 个检查孔，取芯钻总长 920.67m，部分检查孔在不同深度的岩石裂隙内可见水泥结石充填，结石厚度 13mm，部分水泥结石与岩石分离，分析原因主要是水泥结石强度与岩体强度存在较大差异，钻孔时机械磨损所致。单位注入量分析检查孔的平均注量为 12.44 kg/m，相当于灌浆孔平均值的 7 %，表明经过灌浆处理后，帷幕灌浆区域内的岩层灌浆效果显著。4 结语通过以上安全分析可以看出，该标段的坝基帷幕灌浆施工结果符合一般灌浆规律，灌浆效果显著，坝基岩层的防渗性能得到较大的提高，满足设计的防渗要求，施工方法及施工工艺得到了验证。帷幕灌浆一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段，对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。参考方献： 水利工程施工 袁光裕 胡志根土石坝坝基处理 摘自互动百科横泉水库坝基处理帷幕灌浆施工 王军兴横泉水库坝基渗漏分析与评价 李志成
