浅析帷幕灌浆施工方法及效果（水利）

                                  赵英

                 （湖南华纬水电工程公司，湖南常德415000）

【摘要】  帷幕灌浆技术是土石坝渗漏最常见的处理措施之一，在病险水库除险加固过程中得到广泛应用。本文结合工程应用实例，阐述了病险水库除险加固中帷幕灌浆的施工方法和技术要领，分析了帷幕灌浆的应用效果。随着帷幕灌浆设备的不断完善和更新，帷幕灌浆技术将会有更为广阔的应用空间。

【关键词】  帷幕灌浆；施工方法；效果分析

中图分类号：TV543   文章编号：1005-4774( 2016) 06-0014-04

    目前，中国土石坝水库大部分修建于20世纪50~70年代，长期以来坝体渗漏是影响土石坝安全运行的主要病险原因。渗漏问题如果不及时处理，土石坝会出现贯穿性渗水通道，乃至管涌，导致大坝决口、垮坝，危及当地人民群众生命和财产安全。

    在解决土石坝渗漏问题技术方案中，帷幕灌浆是最为常见的工程措施之一。作为科学高效的防渗漏技术，在近几年病险水库除险中得到了有效、广泛的应用，保障水库发挥了较好的经济效益和社会效益。

1帷幕灌浆基本原理

    帷幕灌浆是在坝体及岩石或砂砾石地基中，采用高压灌浆技术封堵渗漏缝隙和通道，建成防渗帷幕的一种施工工艺，即将水泥浆或其他化学浆液的混合物灌入岩体或土层的裂隙、孔隙等所要修补和加固的部位，使挡水建筑物内部形成连续的防渗帷幕。一般情况下，防渗帷幕顶部与大坝防浪墙底板连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，形成无缝搭接、相对封闭的整体防渗体，达到减小坝体渗流量、降低渗透压力的目的。多年来，帷幕灌浆防渗处理施工技术，对保证水工建筑物的安全运行起到了重要作用。

2  帷幕灌浆前准备工作

2．1  确定帷幕灌浆范围

    设计人员通过大坝地质勘查，结合水库水位情况，确定帷幕灌浆的深度、宽度等。

  帷幕灌浆按灌浆孔底部是否深入相对不透水岩层，划分为两种情况：一种是封闭式帷幕，指将浆液注入到不透水层下部3~5m左右，彻底将渗流通道断开，形成板式截水墙，这种帷幕防渗效果最好；另一种是悬挂式帷幕，针对透水层情况较为复杂且防渗要求不高的坝体，或者部分透水层较厚、灌浆深度达不到，以及渗径较长、渗流量小等情况。悬挂式帷幕在施工中要注意将悬挂式灌浆法与其他防渗法相结合，弥补缺失，达到防渗效果最佳化。具体方案的选择，宜根据地质钻孔压水试验结果进行。

2.2帷幕定位

    帷幕灌浆工作开始前，工程技术人员根据测量数据，结合设计指标与以往施工经验，对灌浆孔进行定位放样。合理的定位布孔是灌浆帷幕工程取得良好效果的前提条件，因此，技术人员必须认真进行实际勘测，确定合适的打孔轴线部位及孔距。

    灌浆孔的位置由地质条件与水头决定，一般情况下，帷幕灌浆孔距是2~3m，而孔排间距多为孔距的0.7倍。如一些砂石料材质和岩层走向较差的大坝基础，由于地质条件差，必须适度增加灌浆孔的排数。

2.3  钻孔

    确定钻孔位置后，施工人员开始用回旋式钻机或冲击式钻机进行钻孔。回旋式钻机是一种高效便捷的钻孔设备，具有扭矩大、破切力强、钻孔深的特点，在高坝施工时可优选这种设备。

    在钻孔时，施工人员要严格执行设计图纸上的标准和参数，确保钻孔位置和方向准确。在遇到不可避免的特殊地质情况时，最大限度地将孔位偏差、孔斜率控制在允许的设计指标范围内，确保钻孔深度符合设计要求。

2.4洗孔

    洗孔是采用清水冲洗孔内、孔底及裂缝中的填充物，疏通孔道，方便浆液流到预定部位，保证灌浆通道畅通。常用清洗方法有钻孔冲洗法和裂隙冲洗法。清水冲洗时间一般不低于30min，冲洗之后回清水10min以上，冲洗标准是孔道内杂物厚度不能超过10cm。

    裂隙冲洗是指利用水的压力冲洗掉裂缝中的各种杂物，其所需压力标准是1MPa，通常为灌浆压力的80%。

2.5  确定灌浆顺序

    帷幕，按防渗帷幕的灌浆孔排数分为两排孔帷幕和多排孔帷幕。地质条件复杂且水头较高时，多采用三排以上的多排孔帷幕。在灌浆次序上，按照下、上、中次序进行灌浆，先灌最下面一排，再灌最上面一排，最后灌中间的孔排。灌浆工作必须严格按照顺序进行，不得前后颠倒。

2.6选择灌浆材料

    灌浆材料主要有三类：⑧水玻璃类；⑥纯水泥浆、黏土浆、水泥黏土浆；⑥有机高分子复合化学材料。由于各种材料都有其独有的特性，施工人员需根据实际情况，对每种灌浆材料进行压水试验，实际灌浆需根据试验结果选用灌浆材料。正常情况下，灌浆材料多采用纯水泥浆和水泥、水玻璃混合浆，它具有凝结速度快、成本低和工艺简单等特点。

3  帷幕灌浆施工方法

    帷幕灌浆施工常采用的方法有两种：全孔一次灌浆和分段灌浆。在一些地质条件好的地段，常采用全孔一次性灌浆，而分段灌浆法则可分为上下分段、综合分段等几种灌浆法。

3.1  自上而下分段灌浆法

    自上而下分段灌浆法，多用于岩层质地差、裂缝多、渗漏较严重的地质条件。施工时先从上至下，逐段进行打孔、灌浆。

    此种方法具有3个优点：⑧用料准确不会产生废料，有利于资源的合理有效配置；⑥灌浆塞安装在底部，浆液不会从孔洞溢出，能够有效地将裂隙填补密实，增大防渗强度；⑥这种灌注方式可以循序渐进的增大压力，保证浆液能够注入到预计部位，孔洞内压力均匀不会产生坍塌。

    此种方法的缺点：④工序繁杂，经常需要交叉作业，钻1个孔灌1次浆，每个孔作业完毕后才能进行下个钻孔灌浆作业，费时耗力；⑥作业周期长，每次灌浆作业后都必须停下等待浆液凝固后才能进行下个灌浆作业，而且这种孔的斜度很难控制。

3.2  自下而上分段灌浆法

    自下而上分段灌浆法，适用在岩石质地较好，裂缝较少的地层。灌浆作业的方式是按照设计要求，将孔打到设计深度，然后从下往上逐段进行灌浆。

    该方法的优点：作业周期短、不用停工等待浆液凝结，钻孔与灌浆之间不需要交叉作业，高效便捷。

    该方法的缺点：易受裂缝的影响，浆液注入不到位，灌浆压力不好控制；孔洞里的情况不易查明，部分孔洞堵塞而不易察觉，导致返浆情况较多，严重影响灌浆质量。

3.3综合分段灌浆法

    地质条件较为复杂附施工段可采用综合分段灌浆法。综合分段灌浆法是将自上而下灌浆法和自下而上灌浆法结合起来的一种方法。对部分透水性不稳定、岩层结构复杂的灌浆孔，多采用综合分段灌浆法，可达到最佳的灌浆效果。

3.4孔口封闭自上而下灌浆法

    孔口封闭自上而下灌浆法（见下图），是将灌浆口封闭，然后从上往下逐段进行灌浆，不需要停工等待浆液凝固。此种方法有5个优点：⑧施工操作简单；⑥灌浆作业周期短，施工作业过程不需等待，能有效提高工作效率；@可以用大压力进行灌浆，浆液注入效果好；③钻孔小，效率高；⑥可重复灌浆，能保证工程质量。

4帷幕灌浆在官亭水库除险加固中的应用分析

4，1工程概况

    官亭水库位于澧阳平原首端、澧水支流——澹水中下游山区与平原的交界处，坝址位于湖南省临澧县官亭乡（现刻木山乡）彭市村。官亭水库由大坝、溢洪道、输水隧洞、防护堤及电站等建筑物组成，大坝为均质土坝，坝顶高程81.50m，最大坝高28.5m，坝轴线长547m，坝顶宽6m。水库集雨面积101 km²，水库正常蓄水位76.50m，相应正常库容5650万m³；设计洪水位77.84m，相应设计库容6826.12万m³。官亭水库是一座以灌溉、防洪为主，兼顾发电、养殖等综合效益的中型水利工程。1958年10月，官亭水库动工兴建。1959年3月，工程竣工并投入蓄水运行。

水库运行过程中，发现坝体填筑质量较差，坝体防渗达不到规范要求，大坝的左坝肩存在绕坝渗漏或接触面渗漏，高水位时，左岸下游坝坡存在明显的散浸现象。针对这些问题，在该水库除险加固时，设计单位制订了大坝左肩帷幕灌浆施工方案，帷幕灌浆施工总进尺1592. 3m。

4.2实施措施

    根据施工方案，将作业平台设置在大坝左岸内坡一级平台上，按照分序加密原则，将灌浆孔划分为三排进行布孔。钻孔采用回旋钻机和冲击钻机两种钻孔方式，钻孔作业按照设计图纸分序进行，孔位偏差控制在10cm之内。施工过程中每隔2~5m对钻机进行一次校核，做好记录，确保灌浆质量（其施工设备见下表）。

    帷幕灌浆开始施工前，对孔洞进行孔壁和裂隙冲洗，回水澄清10min后停止。同时，保证单个灌浆孔冲洗总时间不低于30min，串孔不低于2h，回水不清的孔洞全部重新冲洗。灌浆孔冲洗完毕后，采用单点法进行压水实验，先导孔为4~7号、19~ 23号、41~46号，实验后立即进行灌浆作业，如果间隔时间超过24h，则对孔洞全部重新清洗。

    针对官亭水库大坝工程地质实际情况，帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法，具体工艺流程：施工准备定位钻孔冲洗压水试验灌浆检查。

4.3质量检验

    灌浆结束后，按规范规定，检测单位对孔、岩芯等部位进行钻孔检查，按1个施工单元布设1个检查孔的原则布设检查孔，检查孔总数不少于钻孔数的5%。钻孔检查岩芯时对其进行编录、保存。区段灌浆14d后，再进行打孔压水试验，共进行压水试验54段，试验数据满足设计要求。

    2015年3月中旬，该帷幕灌浆防渗工程完工，通过对帷幕灌浆实体质量查验及汛期水库高水位运行，结果显示：原坝基散浸现象全部消失，帷幕灌浆效果良好。

5结语

    帷幕灌浆施工技术是土石坝渗漏问题最为常见的处理措施之一，在病险水库除险加固中得到广泛应用，且已应用到矿井作业、房建和市政基础等各个领域。在中国建筑业飞速发展的今天，随着帷幕灌浆设备的不断完善和更新，帷幕灌浆技术将会有更为广阔的应用空间。