粘土心墙坝体渗漏分析及充填灌浆的应用

粘土心墙坝体渗漏分析及充填灌浆的应用

邹晨

云南建投第一水利水电建设有限公司云南昆明650217

摘要：充填式灌浆施工是利用泥浆的自重压力，将泥浆注入土坝坝体内充填已有裂缝、洞穴等坝体隐患，以达到加固堤坝目的的一种施工方法。为了提高灌浆效率和效果，也可以在注浆孔口施加一定的泵压力。通过工程实例，介绍了充填灌浆在水库坝体处理中的施工设计方法和施工工艺，指出该项技术具有良好的处理效果。

关键词：坝土段泥浆充填灌浆；防漏处理

1工程概况及地质条件

水库建成蓄水后，量水堰渗漏量随库水位的升高而增大，当库内水位蓄到1547.80m（水头低于正常蓄水位14.8m）时，量水堰渗漏量达32.51L/S，远大于水库正常渗漏量，经计算年渗漏量达到库容的37%，必须进行妥善处理。

2、坝土渗漏原因检查情况分析

2.1勘探钻孔检查

为查清水库现状渗流量过大的原因，经参建各方共同研究决定勘察方案。勘探工作以地质钻探和压（注）水试验为主。钻探共布置6个钻孔，在坝址区布置5个钻孔，钻孔位于坝轴线上。通过对勘查孔资料分析，坝址区展布前震旦系砂岩，岩体透水率为0.41～173.09Lu，其中q≥100Lu强透水的有一段，占2.9%，100＞q≥10Lu的有18段，占52.9%，岩体透水率q＜10Lu的有13段，占44.2%，存在盖板与坝基接触带渗漏；从勘察孔坝土部分进行注水试验的成果可以看出大部分孔段的k值在1×10－3～1×10－4cm/s之间，属中等透水，根据检查结果需进一步进行勘查分析。

2.2浸润线观测

从近期实际观测的多组测压管水位高程数据中，选出1组与当前库水位相近的数据作为分析比较，以大坝标准横剖面将坝体内各区域设计参数代入理正岩土5.6版，用渗透分析有限元法绘制当前库水位（1547.77m）时对应的浸润线，与测压管内实测水位进行比较，心墙区域内测压管CYK1，测压管CYK2内实测水位较计算浸润线偏高，其余水位线高程与计算浸润线相近。

2.3日常库前水位对应的坝后渗流量观测

通过对三角堰日常观察，库前水位在1547m时，坝后三角堰水位基本稳定在22.5cm，相应的渗流量约33.6L/s。

2.4综述分析及结论

综合上述对坝土钻孔注水试验、各孔段地下水位线观测、浸润线观测及日常库前水位对应的坝后渗流量等方面初步分析，可以确定，坝体的主要渗水处集中于盖板与基岩接触部位第一二段及坝体粘土体心墙部分区域。

3、确定处理方案及施工方法

对坝基盖板下第一二段进行水泥灌浆，坝土段进行充填灌浆，选取几个K值较大区域钻孔进行充填灌浆，根据观测坝后渗流量变化情况，再进一步拟定充填灌浆各个参数。

4、施工技术要点

4.1技术要求

灌浆试验严格按施工设计图纸《水利水电工程钻探规程》（SL291-2003）、《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）、《土坝灌浆技术规范》（DL/T5238-2010）及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL63-1994）的相关要求执行。

采用从上至下灌注土坝坝体，初步拟定坝土单位注入量Ⅰ序孔1000kg/m，Ⅱ序孔800kg/m，Ⅲ序孔600kg/m，平均800kg/m。

灌浆前对坝土作注水试验，注水试验水头提高至与孔口齐平，注水试验注水20min，每5min，测读1次注入量，连续4次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%时，或最大值与最小值之差小于1L/min时即结束试验，取最后的流量作为计算值。

4.2钻孔

按设计要求布孔，分序造孔，灌完第一序孔后视情况再造第二、三序孔，造孔应保证铅直，偏斜不得大于孔深的2%。应用干法造孔，不得用清水循环钻进。

4.3灌浆材料

①水泥：采用P.O425普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量＜5%，具有较高的早期强度和较短的初凝时间。

②粘土：采用规范要求的土料场粘土，采土前清除其上部腐植质根系后取用土料。

4.4制浆

①浆液配比：坝体采用水泥与粘土比1：5的水泥粘土混合浆灌注。

②制浆：粘土用湿法制成比重1.4/cm3，以上浓浆，经36孔/cm2筛网过滤后储于浆池中备用，使用时将浓浆输入搅拌桶中测定比重，然后按设计配合比和浆液浓度要求，再加入水泥和水进行混合搅拌，搅拌均匀后供后灌浆机对灌浆段进行灌浆。

③水泥库房设防潮垫层，防止水泥受潮结块，水泥在使用前进行检测鉴定，符合质量标准的才能使用。

④浆液从制备至用完小于4h，输送浆液流速为1.4~2m/s。

4.5灌浆压力

利用浆液自重将浆液注入坝体，注浆管上端孔口压力应小于0.05MPa。

4.6坝体灌浆

采用分段灌浆方法，由上至下，下套管分段灌注，射浆管距灌段底部不超过50cm，灌段段长不得超过7m。

4.7坝土灌浆次数

根据《土坝灌浆技术规范》（DL/T5238-2010）相关规定，结合该坝坝体的特点，试验孔考虑每段灌浆次数原则上不少于3次，出现特殊情况，按特殊情况处理，需要复灌的尽量增加复灌次数，不需要的就以灌注量和灌浆压力达到设计要求作为结束条件。

4.8待凝时间

根据《土坝灌浆技术规范》（DL/T5238-2010）相关规定，当灌入干料单注量达不到要求时，需要全孔再复灌，则待凝时间不少于1天。

4.9灌浆结束条件

①当灌浆压力达到设计最大压力，且灌注量达到设计要求即可结束灌浆；

②经过分段多次复灌浆液已灌注至孔口，且连续复灌3次不再吸浆即可终止灌浆。

4.10防渗标准

设计防渗标准坝土按K≤10-5cm/s执行。

4.11坝土灌浆配浆表

浆液的配比按水泥：粘土＝1：5进行拌制。

4.12质量检查

注水试验成果用渗透系数K值表示，按下列公式计算：

当试段位于地下水位以下时，应采用下式计算试验土层的渗透系数：

式中K－试验土层的渗透系数，cm/s；

Q－注入流量，L/min；

H－试验水头，cm；等于试验水位与地下水位之差；

A－形状系数，cm；按规范附录B选用。

当试段位于地下水位以上，可采用下式计算试验土层的渗透系数：

式中r－钻孔内半径，cm；

L－试段长度，cm；

5、充填灌浆效果

从坝土注入粘土水泥混合浆的灌注量（0.3m3的粘土可以拌制150L的粘土浆），对几个孔段内重复灌注粘土水泥浆液后，从作业后对坝后三角堰流量观测见，渗流量明显较施工前减小，注入坝土中的粘土小泥混合浆形成的泥墙，由于粘土具有亲水性、分散性，稳定性，可塑性、粘着性等性质，所需要的凝固时间较长，泥墙随着时间推移防渗效果日益显现。

6结束语

灌浆工程属于隐蔽工程，通过对水库工程项目勘察孔具体钻探，各试验段注水试验应注意的事项、施工过程中得出计算参数的准确性控制、计算公式的选用、各孔钻进时各段的工作水位、稳定水位的观测等对初步分析坝土段渗流量大的区域很有帮助，本工程采用充填灌浆，采用“少灌多复”的原则，首先在施工过程中严格控制好灌浆压力，避免产生坝体劈裂造成新的裂缝。其次浆液的稠度控制关系到裂缝的充填密实以及单孔单段灌液的扩散范围，对形成防渗泥墙很关键。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.SL291-2003水利水电工程钻探规程[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2]孙钊大坝基岩灌浆[M]北京：中国水利水电出版社，2004.