帷幕灌浆在小型水库除险加固中的应用

帷幕灌浆在小型水库除险加固中的应用

叶邓豪

东莞市水濂山水库管理所广东东莞523000

摘要：目前，帷幕灌浆技术广泛应用于各种坝基，在小型水库的除险加固中发挥着重要的作用。本文就对帷幕灌浆技术在小型水库除险加固中的应用进行探讨，通过结合工程实例，阐述了水库除险加固措施，对帷幕灌浆这一技术进行详细的分析与介绍，以提高坝基灌浆施工工艺，保证工程的施工质量。

关键词：小型水库；除险加固；帷幕灌浆；主要特点

引言

水库作为一种水利工程建筑物，具有防洪、供水、发电、养鱼、生态等多种功能。但随着水库使用年限的增长，小型水库易出现各种病险现象，所以对水库进行除险加固处理就成为了水利事业的发展重点。而帷幕灌浆技术作为一种较新颖的技术，在小型水库的除险加固中应用较为广泛。但由于帷幕灌浆技术施工工艺存在着不规范现象，使得小型水库除险加固处理并没有获得良好应用效果，给水库的正常运行带来了较大麻烦。因此，要重视帷幕灌浆技术施工工艺，坚持执行相应的技术规范，对保证小型水库除险加固工作起着重要的影响。

1小型水库概况

某水库大坝为均质黏土坝，治理前大坝上游坝坡凸凹不平，局部塌陷形成陡坎，无护坡，无防浪层；大坝下游坝坡极不规整，局部隆起变形；坝体中部高程1045.5m处集中渗漏量达0.5L/s；坝脚排水棱体底部有集中渗水，渗水量约为0.4L/s，渗漏量随库水位的上升而加大，分析认为坝基渗漏。溢洪道位于大坝左侧，堰型为开敞式宽顶堰，溢洪道泄槽尾部消力池边墙被洪水冲毁。放水设施为闸门涵管式，位于大坝中部，放水闸门陈旧老化，止水不严；放水涵洞为砌石箱涵，放水设施渗漏严重，观测渗漏量约2.0L/s。

鉴于此，对水库枢纽工程存在的问题及隐患，需要确定除险加固措施。针对坝体填土疏松，并且存在的渗漏对大坝安全构成威胁，需沿轴线开展灌浆防渗处理。

2水库除险加固措施

2.1坝坡整治

1）坝顶增设1.00m的防浪墙，上游坝面死水位1046.0m处设C20砼齿墙，在死水位1046.0m至1050.0m之间采用厚30cm块石护坡，1050.0m以上坝坡采用10cm的C10砼板护坡，砼板下垫10cm碎石垫层。

2）下游坝坡进行整形、铲除草皮及腐殖土。对k0+000～k0+022段坝坡整形为1：3的坝坡后，采用C10砼框格内植草皮护坡；对k0+022后段坝坡整形培厚为1：2坝坡，整形培厚坝体采用渣料回填，整形后采用C10砼框格内植草皮护坡。在下游坝坡两坝肩设置排水沟，在排水棱体的外侧修建渗漏排水沟，将坝体渗水由渗漏排水沟排至下游。

2.2防渗处理

根据大坝工程实际，由于大坝坝体、坝肩及坝基渗漏严重，水库死水位较高，库水不能放空，不能进行土工膜防渗，故采取对坝基和坝肩帷幕灌浆，对坝体充填灌浆。

2.3溢洪道除险加固

原溢洪道两侧挡土墙多处裂缝，堰顶多处开裂，消能部分冲刷淘空，消力池冲毁，运行存在较大安全隐患。加固方法为拆除原溢洪道两侧挡土墙、堰顶及下游消能措施，重建溢洪道进口段，维修加固泄水段，提高抗冲能力，加固两侧挡土墙，新建消力池，末端设置防冲槽，并对堰顶交通桥进行加固。

2.4放水涵洞除险加固

该水库东西两座放水涵均有泄水、灌溉双重功用，均存在涵身断裂，漏水较为严重，进出口损坏严重，出口无消能设施，无检修闸门，启闭机螺杆弯曲，无法正常运行等隐患，严重影响大坝安全。对两座放水涵进行拆除重建，重建的放水涵采用钢筋混凝土箱涵结构，主要由控制段、洞身、防渗排水设施、消能防冲设施和两岸连接建筑物组成。重新更换铸铁闸门和螺杆式启闭机。

3坝基帷幕灌浆

3.1参数确定

3.1.1主要灌浆层与段长

通过压水试验得知，坝基中存在的强、弱风化层的实际透水率有着很大的波动范围，这取决于围岩的破碎程度与裂隙的实际大小，通常保持在5～50Lu范围之内，在破碎程度较为严重的位置可以达到200Lu，这也是实施帷幕灌浆的主要点，其段长需根据具体的情况确定，一般不会超过5～6m范围。然而，由于岩性所具有的特殊性，使各个岩层之间的裂隙宽度出现了很大的差异变化，如果将各种岩石同时处在相同的段中，则那些宽度较小的裂隙将很难吸收到浆液，在完成灌浆之后那些存在较多细缝的岩体依然存在较大的剩余渗透性，无法满足设计要求。为此，在对灌浆段进行层次划分时，应尽量不穿过多种岩层，并且试验段需要和灌浆段的划分保持一致。

3.1.2灌浆下限的选定

土坝底部的宽度通常都很大，渗径也较为细长，如果仅对大坝的安全性进行分析，则相应的防渗指标就会降低，在坝基的实际透水率低于10Lu时，就会满足大坝的防水需求。按照土石坝设计规范的要求，在对相对不透水层进行标准确定时，可充分按照基础吸水率，对于III级或以下的土石坝，其透水率不得高于5～10Lu。帷幕中岩石的实际透水性需按照不高于10Lu的标准进行控制，微风化岩的平均透水率通常维持在10Lu以内，可将其当作相对不透水层。由此可见，灌浆下限应确定在微风化岩深3.0m处。若库水具有相对较高的使用价值，在参数设定过程中可适当调高防渗标准，即加深帷幕的实际深度。

3.1.3灌浆压力

现行规范中明确指出，在对土坝坝基实施帷幕灌浆过程中，灌浆的压力应根据相关试验得出，也可以根据公式计算结果与经验进行预先设定，然后在施工的过程中进行调整。由于此次灌浆过程中的下限较为薄浅，岩体几乎都处于风化区域内，所以岩体不具有很好的黏结性，其所对应的灌浆压力应根据上层实际压重进行确定。由此可知，帷幕灌浆的最大压力应适当低于临界值，在设计初期可以先按照70%的临界值得出预测范围，然后再通过吸浆率等参数进行适当的调整。此外，还可通过相应的试验得出结果。

3.2帷幕灌浆的主要特点

3.2.1成孔与底孔的封闭

实施灌浆过程中，坝体与基岩的覆盖层均属于空孔段，这是土坝坝基所独有的特点之一，也是与常规坝基最大的区别，土坝坝基帷幕灌浆见图1。空孔段在成孔时极有可能产生偏斜或塌孔等问题，在灌浆时还会出现串浆等情况。为有效避免这些问题的发生，需要对成孔与孔底的实际封闭质量给予足够的重视，其封闭质量是决定整体工程成败的主要因素。

针对成孔与孔底的封闭处理，通过对典型案例的剖析，建议采取以下施工方法：

（1）成孔之后立即埋设长度在2～3m范围内的钢制护筒，以起到预防塌落的作用效果。

（2）在对坝体与覆盖层实施钻进时，采取泥浆护壁法，除了需要在钻进的同时对钻机保持的实际垂直度进行校正，还要在钻杆上设置扶正器。在深度达到10m时，及时开展测斜作业，如果发现孔洞的倾斜量较大，则需立即进行纠偏。如果孔斜现象严重，且未得到有效的处理，不仅会对帷幕造成直接影响，还会使钢套管无法到达指定位置，酿成安全事故。为此，必须在钻进的同时对垂直度进行有效的控制。

（3）钻进过程在到达强风化深500mm处时立即停止钻进，在空孔中放入钢套管，并使用低压灌浆完成封闭，在12h后且其已完全凝固时再进行钻进。

（4）为有效避免裂隙堵塞，基岩的位置应采取清水循环法。

3.2.2灌浆过程中可能发生的特殊情况及解决措施

（1）钢套管周围产生冒浆。在对第一孔段进行灌浆时，发现局部孔口的钢套管周围产生冒浆。究其原因得知，主要是因为在成孔过程中，产生了较为严重的缩孔现象，需运用相对较大的孔径才可将预制套管进行埋设，这样一来就有可能使套管和孔壁无法完全接触，导致大部分浆液沿孔深与周边的间隙向上串流，进而产生冒浆现象。在出现冒浆以后，应立即中断灌浆，缓慢降低灌浆的压力，控制流量，并使用较浓的浆液对漏点进行封堵，反复操作2～3次。如果运用此法可以完全堵住漏点，方可继续灌浆，但仍需对压力和流量进行控制，防止冒浆再次放生。如果运用此法无法堵住漏点，则需立即中断灌浆，保证其完全凝固后，进行重新扫孔，然后按照相应的要求再次进行灌浆。

（2）坝体内产生冒浆。其原因：①套管未能到达指定埋设位置，浆液对土体造成劈裂，进而产生冒浆；②套管下方与孔壁没有完全衔接，且在坝体的中段又出现了严重的缩孔现象，浆液会沿着套管和孔洞之间的间隙向上串流，进而产生冒浆。

压力较大，使得砂层造成破坏，在浆液的流量达到一定限度后其压力迅速下滑，并且流量也大幅增加。坝体的底部存在孔洞，使其上层压力不够，当灌浆压力快速提高时就会造成冒浆。

坝体内产生冒浆时孔口处不会发生冒浆，但孔内冒浆较难发现，所以在具体施工中应格外注意。若确认冒浆切实存在，应当立即中断灌浆，在24h以后其已经完全凝固之后进行扫孔，然后按照相应的要求再次进行灌浆。

3.2.3注入量过大导致无法满足结束要求

产生这一问题的原因为：在对含黏土中砂层以及全风化层进行灌浆的过程中，主要采取纵向劈裂的方法，这样使得帷幕灌浆被动的成为劈裂灌浆。在运用孔口封闭分层灌浆法时，所有钻孔均处在复灌的状态，其压力会比主应力稍大，进而造成劈裂。处理该问题的有效方法为：①根据实际情况，适当减小灌浆的压力、流量；②在容易产生该问题的位置（主要指风化层底部）设置封孔器；③将覆盖层的灌浆方式更改成劈裂形式，并在完成灌浆之后同主坝体进行施工；④若在灌浆过程中遇见破碎带，则需使用早强水泥与含砂率相对较高的浆液原材料，并在灌浆的过程中使用低压力、浓浆液以及间歇灌浆的方法实施整体操控，以收获良好的灌浆效果。

4结语

综上所述，水库除险加固应用中帷幕灌浆技术作为处理坝基以及坝肩渗漏的主要措施，应在使用过程中，根据工程实际情况选取一个合理的灌浆压力及控制参数，采用合理、科学的灌浆工艺，严格控制施工工序，才能有效防止坝基渗漏、降低渗透水对坝基的压力，保证了坝基以及坝肩的渗透稳定，收获了良好的灌浆效果。

参考文献：

[1]包罗福.帷幕灌浆技术在水库除险加固工程中的运用实例[J].黑龙江水利科技.2014

[2]韦宏奎.帷幕灌浆技术在小型水库除险加固中的应用[J].技术与市场.2015

[3]谢鹏.帷幕灌浆在小型病险水库除险加固工程中的应用[J].湖南水利水电.2014