帷幕灌漿和高噴灌漿在后灣水庫防滲中的應用

李國勝

（山西鐵龍水利水電工程有限公司，山西 太原 030045）

1 工程概況

后灣水庫屬海河流域，是濁漳西源的控制性工程，是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉和水產養殖的多年調節水庫。1958年水庫建成蓄水后，臺地下游邊緣和臺地壩坡腳處出現滲水。1982年在壩后臺地邊緣開挖排水減壓井后，滲水現象消失，形成了集中滲流。壩后集中滲流主要為壩基基巖和左壩肩臺地基巖較大裂隙形成滲漏通道所致，部分為壩基粗粒土、左壩肩砂層導致的壩體滲流水。

2 工程設計

根據后灣水庫地質勘查資料，結合除險加固前的土壩防滲加固措施，設計采用壩基及左岸臺地進行帷幕灌漿處理，對壩體與壩基接觸部分采用高壓定噴灌漿處理，并在壩下游坡腳處增設反濾層的設計方案。對壩基進行帷幕灌漿處理，主要解決壩基及黃土臺地滲漏問題；對壩體與壩基接觸部分采取高壓定噴灌漿處理，主要解決黏土質砂、卵石混合土造成的接觸沖刷問題。

帷幕灌漿和高噴灌漿處于同一軸線，帷幕灌漿為兩排布置，排距、孔距均為2 m。

3 施工工藝

3.1 帷幕灌漿施工工藝

鉆孔采用回轉式地質鉆機。在進行大壩壩體土鉆進時，采用鋼片鉆頭，并向孔內注入少量1.3 g/cm3黏土漿再鉆進，壩體鉆孔結束后應下護壁套管。在進行基巖鉆進時，使用金剛石或硬質合金鉆頭鉆進，孔徑94 mm，用泥漿泵的脈沖壓力對孔壁及地層中的裂隙同時進行沖洗，并將鉆孔產生的巖粉不間斷地用循環水攜帶出孔口；灌漿孔（段）在灌漿前采用壓力水進行裂隙沖洗，直到回水潔凈為止；裂隙沖洗完成后自上而下分段進行壓水試驗，壓力值為灌漿段所用壓力的80%，且不大于1 MPa。

灌漿是施工中最關鍵的技術，具體操作如下：

第一，壩基帷幕灌漿按分序加密的原則進行。先灌下游排，再灌上游排，排內分3序施工，先鉆灌Ⅰ序孔，再鉆灌Ⅱ序孔，最后鉆灌Ⅲ序孔，單孔采用自上而下式分段灌漿法。

第二，泥漿泵的技術性能與所灌注的漿液類型、濃度相適應。額定工作壓力應大于灌漿壓力1.5倍，壓力波動范圍宜小于灌漿壓力的20%，排漿量能滿足灌漿最大注入率的要求。

第三，灌漿采用循環式自上而下分段灌漿，第一段長3 m，以下段長5 m，最大不超過8 m，初始灌漿壓力應為0.3 MPa，以下各段按設計壓力進行。

第四，各段灌漿時灌漿管必須深入灌漿端底部，且管口距離孔底不得大于50 cm。

第五，帷幕灌漿孔各灌漿段均應按技術要求進行，對特殊地層灌漿段應采取相應的施工技術措施。

第六，灌漿應盡快達到設計壓力，但對于注入率較大或易于抬動的部位應分級升壓。

第七，灌漿漿液應由稀至濃逐級變換。帷幕灌漿漿液水灰比可采用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1七個比級。

第八，灌漿段在最大設計壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注60 min；當注入率不大于1 L/min時，繼續灌注90 min，可結束灌漿。

每個帷幕灌漿孔全孔灌漿結束后會同監理部門及時進行驗收，驗收合格的灌漿孔方能進行封孔。封孔時采用分段灌漿封孔法；未進行灌漿的孔段也應進行封孔處理，土體中封孔可用黏土球分層夯填密實。

帷幕灌漿工程質量以檢查孔壓水試驗成果為主，結合施工記錄、成果資料和檢驗測試資料，進行綜合評定。依據后灣水庫除險加固工程帷幕灌漿的透水率分析，灌漿前簡易壓水各孔段平均透水率為5.7 Lu，帷幕灌漿質量檢查孔壓水試驗各孔段平均透水率為1.3 Lu，本次帷幕灌漿施工達到了防滲設計標準。

3.2 高噴灌漿施工方法

3.2.1 高噴防滲墻施工

高壓噴射注漿是利用鉆機引孔把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以高壓設備使漿液或水成為20~40 MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定的速度逐漸向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成固結體。本工程采用設計的高壓定噴施工方法，高噴灌漿漿液為純水泥漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥。

3.2.2 鉆進

第一，高噴防滲帷幕墻施工。首先在設計的孔位上造孔，分2序次進行，第Ⅰ序孔初凝后（達到3 d以上），才可進行第Ⅱ序孔的施工。

第二，高噴帷幕墻鉆孔采用直徑127 mm合金鉆頭鉆進，開孔口徑130 mm。

第三，采用1.3 g/cm3泥漿沖洗液護壁鉆進，泥漿材料選擇當地黏土，并摻合堿粉鉆進，當地黏土不合格即采用膨潤土制成泥漿鉆進。

第四，鉆進施工中采用高噴形成防滲帷幕板墻最適合的地層為土層、砂層、礫石層及卵石層，但對于直徑200 mm以上的漂石、塊石，會影響其防滲質量。少量的漂石、塊石在高噴中依據位移袱裹的原理進行處理，但存在大量塊石的地段應及時處理。

此外，鉆進過程中要確保鉆孔鉛直，孔斜小于1.0%。為確保鉆孔孔斜在規定范圍內，鉆孔沿軸線偏差在10 cm以內，左右偏差不得大于2 cm。

3.2.3 噴漿成墻

臺車就位時，首先要保證高噴臺車下噴射管口和鉆孔同一軸心，且必須經水平儀整平。臺車就位后，檢查水、氣、漿管路，然后試噴，各項指標正常后，開始下噴射管。

下噴射管前要在地面上進行低壓射水試驗，檢查噴嘴是否暢通。下管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，應用膠布保護水和氣嘴。

靜壓噴漿結束后，由于漿液沉淀作用，須向孔內注入漿液，將其回填飽滿。在黏土或淤泥層內噴射時，不得將冒漿進行回灌。

3.2.4 施工完成后的質量檢驗

高噴灌漿的質量檢驗可采取開挖檢查、鉆去巖芯、貫入試驗、載荷試驗以及注水試驗等方法進行，根據本工程的實際情況，采用圍井注水試驗。

經圍井檢查，高噴防滲墻第一分部透水率為7.29×10-7cm/s，第二分部透水率為 3.09×10-7cm/s，滿足設計防滲要求。

4 大壩防滲處理效果

經過大壩防滲處理，取得了明顯的效果：

根據2004年的滲流量實測資料，下游壩腳年平均滲流量為0.004 3 m3/s，排水減壓井年平均滲流量為0.006 8 m3/s，合計年平均滲流量0.011 1 m3/s（平均庫水位918.43 m）。

2004—2008年的平均滲流量為0.008 7 m3/s（最高庫水位919.59 m，最低庫水位916.73 m）。

2009年7月24日大壩防滲灌漿完工，同年10月16日觀測滲流量為0.003 4 m3/s（庫水位916.25 m）。

2009年10月25日，將大壩下游離原排水減壓井10 m的魚池回填，經過12月11日和18日兩次人工測量，以及12月21日的自動測報系統觀測，滲流量均為0.002 2 m3/s（庫水位916.15 m）。

如不考慮庫水位和魚池補給等因素，把2004年的年平均滲流量與灌漿后的較小滲流量比較，灌漿后的滲流量減少80%，比2004—2008年的平均值減少61%，說明大壩防滲效果明顯，滲流量減小值約為61%~80%。

防滲處理之前，大壩下游壩坡腳排水棱體樁號0＋233處有一集中滲流點，現已消失。

5 結語

經過帷幕灌漿及高噴灌漿，后灣水庫大壩下游壩腳滲流量減少了61%~80%，說明這種通過帷幕灌漿處理大壩基巖，高噴灌漿處理土壩壩體與基巖接觸帶的病險水庫滲漏處理方案是可行的，而且取得了很好的效果。