高壓灌漿防水帷幕技術在水庫壩體堵漏上的應用

郁萬里 梁進偉

中國核工業華興建設有限公司

摘要：某水庫位于深圳市大亞灣核電基地內，屬電站專用供水水庫。水庫大壩為均質土壩，自1997年4月開始投入使用以來，壩體發現多處滲漏，同時壩頂部出現了多道橫向裂縫，嚴重影響水庫庫體的整體穩定性和耐久性，以及危及蓄水功能，決定采用高壓水泥灌漿技術對水庫壩體進行堵漏加固，以保證水庫的正常蓄水供水功能。

關鍵詞：灌漿施工；壩體堵漏及加固

1.工程概述

某水庫是電站專用供水水庫，其壩頂長度500m，壩頂寬度為7.5m，壩頂高程為85.50m。該大壩為碾壓式均質土壩，壩體填料為泥盆紀正長石石英質全風化坡積土。壩體填筑于1996年1月15日開工，1997年4月竣工，1996年9月中旬開始蓄水。投入使用以來，壩體現場發現多處滲漏，同時壩頂部出現了多道橫向裂縫，壩體現場探測后，決定對所發現的滲漏進行灌漿堵漏以及對壩體進行加固處理，以保證水庫的正常蓄水供水功能。

2.水泥灌漿設備和材料

2.1主要施工機械設備清單如下表：

表一 主要機械設備表

序號 設備名稱 規 格 單位 需用量 備 注

1 地質鉆機 XY-1A回轉式 臺 6

2 灌漿泵 BW-150 臺 2

3 泥漿比重計 套 2

4 自動灌漿記錄儀 臺 1

2.2漿液制備與供應

灌漿用水泥采用標號不低于425#的普通硅酸鹽水泥。為便于水泥運輸，兼顧各工作面的灌漿施工，以及保護工作環境，避免施工人員與有害的水泥粉塵直接接觸，在帷幕灌漿時，所灌水泥漿液將采取集中攪制，設置一個集中制漿系統，負責對工程灌漿施工用漿的供應。用BW--150型泥漿泵通過Φ32mm輸漿管路輸送至各鉆孔灌漿使用。

灌漿漿液濃度：灌漿用水泥采用標號不低于425#的普通硅酸鹽水泥，灌漿漿液應由稀到濃，逐級變換，水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個級別。

3 主要工藝與施工要求

3.1 鉆孔施工

3.1.1 鉆機的安裝

（1）灌漿鉆孔采用XY-1A型回轉式地質鉆機；

（2）鉆機安裝必須穩固，精心調平，鉆塔底座要用木樁楔牢固定，各部固定螺栓要擰緊，傳動系統要相應對線，確保施工過程中不發生傾斜移位；

（3）鉆機安裝定位后，對于垂直鉆孔，鉆機的立軸中心線，天車前緣切點與抽芯孔中心點必須在同一鉛垂線上；對于斜孔，鉆機的立軸中心線按照規定的傾斜角度調整；

表二 鉆孔深度偏差值

（4）水池應離鉆機塔座1米以外，避免循環水沖濕場地，造成鉆機傾斜移位；

（5）鉆孔位置測量定位與設計位置的偏差不大于5cm。

3.1.2 定位開孔

（1）定孔位后，先鑿一直徑略大于鉆頭外徑的平底淺眼；

（2）用鉆頭緩慢地接觸混凝土表面，待鉆頭入槽后，下入孔口管，保證其垂直牢固，并要重新校正鉆機立軸中心、天車前緣切點與孔口管中心在同一鉛垂線上；

（3）開孔鉆進要輕壓慢鉆，密切注意鉆機有無移位。

（4）洗孔：灌漿孔段鉆進時禁止使用循環水，在灌漿前應進行孔內沉積物沖洗和裂隙沖洗，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，最大壓力不小于1MPa。沖洗要求至回水清凈、孔內沉積厚度不超過20cm。

3.2 灌漿施工

3.2.1 灌漿設備安裝

本工程灌漿區域有四個，分布在0+168～0+400范圍內，將制漿站設置在0+280附近，位于四個灌漿區域的中部，恰好也是灌漿加固區域二的地段。灌漿泵和灌漿記錄儀安設在0+280附近，水泥漿液通過輸漿管輸送到灌漿孔，輸漿管采用鍍鋅管。孔口管和護孔管采用直徑為91mm的鋼管，在成孔后下入孔內，深度達到灌漿段頂面，管外側跟隨電纜（直徑為5mm），每間隔2m用細鍍鋅鐵絲將電纜綁扎在PVC管上。

3.2.2 灌漿施工

采用孔口封閉式全孔灌漿法，以鉆桿作為灌漿射漿管下入距孔底不得大于0.5m，自上而下灌漿。灌漿漿液濃度：灌漿用水泥采用標號不低于425#的普通硅酸鹽水泥，灌漿漿液應由稀到濃，逐級變換，水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個級別。

按下列情況變換：

⑴當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；

⑵當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，就改濃一級；

⑶當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃。

灌漿壓力：控制在1.5～2.5MPa，表層取小值，孔底取大值，灌漿壓力可根據實際情況調整；灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應立即查明原因，采取相應措施處理。當各孔段達到設計灌漿壓力后，注入率不大于1L/min時，繼續灌注30min。

各孔灌漿完成后用濃水泥漿封孔，封孔方法采用“全孔一次封孔法”，即在全孔灌漿結束后，自下而上灌注水灰比為0.5：1的濃漿，灌注壓力與該段的灌漿壓力相同。

圖一 鉆孔注漿示意圖

4.關鍵技術與實施特點

4.1 灌漿加固方案

（1）加固區域一：0+425附近

根據《水庫滲漏通道探測報告》，在K0+425孔附近存在著較強的滲漏通道，該滲漏通道位于壩基的接觸帶上，強滲漏通道的高程在25～35m，寬度大約20～30m，是由于基礎風化帶沒有處理好所造成的，因此此段加固范圍為0+399.5～0+429.5，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為70m，其中灌漿段深度為45m～70m；

（2）加固區域二：0+280附近

在K0+275～K0+285孔之間存在一條強滲漏帶，根據地質勘察資料，推測是斷層F17。資料顯示，在水庫修建以前在F17周圍曾經存在很多泉水出露，泉眼在目前水庫位置的上下游都有分布。根據綜合示蹤測試的數據，表明該斷裂帶仍然是一條強的滲漏通道，強滲漏部位與壩軸線相交部位為5～15m高程之間。根據《水庫滲漏通道探測報告》關于此滲漏區域的描述，壩頂開孔范圍0+275.8～0+296.9，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為90m，其中灌漿段深度為55m～90m。由于F17斷層具有一定的傾斜度，因此鉆孔及灌漿孔設計為斜孔，孔斜為5o。

（3）加固區域三：0+325附近

在K0+325孔附近10～15m高程存在滲漏，滲漏范圍大約10～20m之間，滲漏發生在破碎帶。設計此段的加固范圍為0+318.25～0+331.75，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為80m，其中灌漿段深度為65m～80m；

（4）加固區域四：0+175附近

在K0+175孔附近15～25m高程處存在滲漏，滲漏寬度約20～30m，滲漏部位主要是破碎帶。設計此段的加固范圍為0+168.25～0+181.75，每隔1.5m布置一個鉆孔，鉆孔深度為75m，其中灌漿段深度為55m～75m。

加固區域分布詳見灌漿孔剖面分布圖，匯總表如下：

表3加固區域及灌漿段匯總表

加固

區域 位置 范圍 設計孔深 鉆孔間距 設計

灌漿段 孔斜

一 0+425附近 0+399.5～0+429.5 70m 1.5m 45m～70m 垂直

二 0+280附近 0+275.8～0+296.9 90m 1.5m 55m～90m 5o

三 0+325附近 0+318.25～0+331.75 80m 1.5m 65m～80m 垂直

四 0+175附近 0+168.25～0+181.75 75m 1.5m 55m～75m 垂直

4.2 灌漿要求：

圖二：注漿防水帷幕注漿示意圖

由于在灌漿過程中采用邊灌漿邊探測的方法，對灌漿順序有一定要求。即對于一排灌漿孔，不采用順序灌漿的方法，而是間隔若干孔進行灌漿，在成孔后，探測滲漏所偏向的位置，在靠近通道的位置處再進行開孔灌漿，直到達到堵住滲漏通道的目的。灌漿順序可如下圖。在下圖中，圓面代表計劃的灌漿孔，數字代表灌漿的順序。在灌漿孔成孔前，通道的具體位置是未知的，因此每隔幾個孔距先鉆幾個灌漿孔（序號1），在孔內進行溫度場探測，根據溫度場的探測結果判斷通道更加精確的位置，并進行灌漿處理（如圖中首先灌漿區域），在灌漿完成后探測灌漿效果，如果仍有滲漏，則以通道位置為中心，向兩側加大灌漿范圍（序號3）。

5.質量控制措施

5.1 施工時相關技術要求

（1）嚴格按設計及規范要求施工。

（2）嚴格執行規定的灌漿壓力、漿液配比、灌漿時間和終灌標準等施工技術參數。

（3）詳細做好鉆孔及灌漿記錄，并及時整理成果資料。

（4）對灌漿不正常和灌漿過程中出現事故的部位及時查明原因，及時處理。

（5）原材料：純水泥漿灌漿采用不低于42.5﹟級普通硅酸鹽水泥，合格證、驗收證件齊全，過期水泥不得使用。水泥首次出庫使用前，必須進行全面質量鑒定，該批水泥使用期間，應進行不定期質量抽查，符合質量標準都方可使用。水泥檢驗按《永久水工建筑物混凝土施工技術要求》JAQ·SG/BG05-2006及 GB175標準規定執行。

（6）灌漿用水應符合JGJ63的規定，拌制漿液用水的溫度不超過20℃，若水溫超過20℃時應采取降溫措施。

5.2 施工記錄與資料整理

灌漿原始資料和成果資料包括如下內容：

⑴鉆孔、鉆孔沖洗、壓水試驗、灌漿原始記錄等；

⑵單孔灌漿綜合成果表；

⑶灌漿孔平面位置圖；

⑷灌漿綜合剖面圖；

⑸灌漿孔巖芯柱狀圖；；

⑻灌漿材料出廠、檢驗資料；

⑼工程照片和巖芯實物；

⑽灌漿竣工報告以及設計、監理文件、檢測文件等。

6.結束語

高壓水泥注漿防水帷幕是漿水泥漿，通過壓漿泵、成排的灌漿管均勻地注入土體中，以填充、滲透和擠密等方式，驅走巖石裂隙中或土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，硬化后將巖土膠結成一個整體，形成一個強度大、壓縮性低、抗滲性高和穩定性良好的新的巖土體，從而使地基得到加固，可防止或減少滲透和不均勻的沉降，已達到加固壩體和防滲的效果。

參考文獻：

[1]《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL/T5148；

[2]《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》SL251；

[3]《水電水利巖土工程施工及巖體測試造孔規范》DL/T5125；

[4]《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175；

[5]《水電水利工程物探規程》DL5010-2005；

[6]《混凝土拌和用水標準》JGJ63；

[7]《嶺澳水庫土壩孔隙水壓力觀測分析》 馬秀媛 白永年等；

[8]《土壩灌漿技術規范》SD 266-88；