多方法联合灌浆技术在浆砌石大坝除险加固中的应用

叶李胜

（清远市水利水电勘测设计院有限公司，广东 清远 511518）

摘 要：针对浆砌石大坝存在的坝基渗漏和绕坝渗漏问题，采用多方法联合灌浆技术处理，取得了良好的效果。文章介绍了多方法联合灌浆技术的设计要点、技术要求、施工技术控制、质量检查等，可为类似工程提供一定的参考借鉴。

关键词：联合灌浆；浆砌石大坝；除险加固；防渗处理

由于历史原因，受制于建坝时的施工条件和技术水平，我国上世纪下半叶修筑的水库大都存在不同程度的缺陷[1]。最常见的是坝基清基不彻底，库水绕坝和坝下渗漏严重，水库大坝存在严重的安全隐患，对这些病险水库的除险加固刻不容缓。

多年来，我国学者及工程师们进行了大量的水库大坝建设及病险水库除险加固的工程实践，在水库的除险加固方面积累了大量的经验，开发了一系列先进的病险水库除险加固实用技术。针对水库渗漏问题，目前主要的处理方法有混凝土防渗墙、灌浆法、土工膜防渗等[2]，其中灌浆法在水库除险加固中最为常见。灌浆法包括帷幕灌浆、固结灌浆、充填灌浆、高压喷射灌浆、劈裂灌浆等。前人对水库的防渗处理多采用较为单一的灌浆方法，这种处理方案对土坝往往能取得较好的效果，但是对于浆砌石重力坝，单一的灌浆方法往往效果不佳。多方法联合灌浆技术，就是针对浆砌石大坝各部位地质条件的差异，充分利用各种灌浆方法的优点，因势为制，分区处理的一种方法。实践证明，多方法联合灌浆技术在浆砌石大坝的防渗处理中能取得较好的防渗处理效果。

1 工程概况

下坑水库位于广东省清远市清新区石潭镇蒲坑村，是一座以城乡供水、灌溉为主，兼有防洪、发电等综合效益的小（1）型水利工程。大坝于70年代初建成，控制集雨面积12.75km2，总库容229.4万m3，正常库容178.57万m3。该水库大坝为浆砌石砼心墙重力坝，坝高34.90m，坝顶轴长91.64m，坝顶宽度6.0m，枢纽工程由大坝、溢流堰、输水涵管等组成。

大坝工程建成后，已投入使用40多年。由于建坝时的施工条件和技术限制，加上大坝多年的运行，近年来水库大坝发现诸多问题，存在较严重的安全隐患。大坝坝体、坝肩和坝基存在多处渗水，最大渗漏流量达27L/s。另外，水库溢洪道老化严重，局部发现裂隙并有钙质析出。钻孔取芯表明，浆砌石坝体砌筑砂浆已严重老化。2015年经有关部门鉴定，下坑水库属三类坝。大坝原防渗体系为混凝土心墙加黏土水平铺盖，由于铺盖短，质量差，筑坝时清基不彻底，混凝土心墙老化开裂，原防渗体系已失去应有的防渗作用。经多方考察论证，经过经济技术比较，考虑到对下坑水库进行除险加固刻不容缓，决定采用多方法联合灌浆方案进行防渗处理。

2 坝区及坝址地质条件

坝区位于华南准地台湘桂赣粤褶皱带中的粤中坳褶皱束之北端，粤北山字型前弧构造的西翼，地史上历经了加里东构造、华力西—印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动等多次构造旋回发育阶段，其中以燕山运动最为强烈，对区域构造格局的形成影响较为深远。区域上地质构造较为复杂，主要有清远～高要“S”型褶皱（本区域为清远向斜）、吴川～四会深断裂、佛冈～丰良深断裂等。

在本坝区及其附近，主要受吴川～四会深断裂构造作用的影响，通过对场区附近露头的观测，总体表现为岩体破碎，岩层的产状紊乱，倾角较陡，且部分观测点可见岩石揉皱、硅化和变质等迹象。

现场勘查及钻探取芯表明，坝址及坝区范围内下伏基岩为泥盆系上统（）地层，岩性以石英砂岩、砂质页岩及砂砾岩为主。坝址下游区域出露的地层为石炭系下统岩关阶（C1y）基岩，岩性以灰岩为主，岩层产状在182°∠43°～224°∠67°（见图1）。

图1 坝区工程地质平面图

3 大坝防渗除险加固设计

根据地质勘察报告，两岸坝肩坝基岩性多为强风化～弱风化砂岩，岩石风化破碎严重，透水率9.264～15.238Lu，属弱～中等透水层，工程地质条件较差。中间河床段坝基岩性为微风化砂岩，岩体完整，块状构造，硅质胶结，岩质较坚硬，岩芯多成柱状～短柱状，部分大块状，透水率3.919～6.981Lu，属弱透水层，工程地质条件相对较好。坝体为浆砌石砌体，砌体块石为灰岩，局部夹有少量风

化岩块，岩石较新鲜，岩质较硬；砂浆和砼的强度低，胶结性差，多见气孔和蜂窝状空隙，局部存在浆料不饱满的情况，透水率7.086～15.613Lu，具有弱～中等透水性，坝体整体质量较差。综合考虑上述地质条件，决定采用以下防渗加固方案：针对两岸坝肩岩性风化破碎较严重，采用固结灌浆方式；由于坝体砌体风化严重、质量差，采用全坝段充填灌浆方式；为保证形成新的防渗体系，对坝顶设置帷幕灌浆方式，形成一道完整的防渗体系。

3.1 灌浆孔布置

在大坝原防渗墙后布置两排帷幕灌浆孔，其中坝身段双排布置，孔距2.0m，排距1.0m，梅花形布孔。由于两岸坝肩山体坡度较陡，施工难度大，上游排灌浆轴线适当向库内倾斜延伸15～20m，孔距2.0m。上游排距防渗面板边线2.0m。上游排帷幕灌浆轴线长124.5m，下游排帷幕灌浆轴线长88.5m。对坝体进行全坝段充填灌浆处理，对两岸坝肩进行固结灌浆处理。固结灌浆孔与坝身充填灌浆孔同孔，孔距和排距均为3.0m，方格型布置（见图2）。

图2 灌浆平面图

帷幕灌浆钻孔深度深入透水率q＜5Lu线以下3m。坝基帷幕灌浆深度记为d（岩石段），上游排深度为d，下游排深度为2/3d。由于河床段坝基岩体完整性较好，不作固结灌浆处理，两岸坝肩固结灌浆深度为入岩8.0m。

3.2 设计技术要求

（1）灌浆方法和灌浆方式。为保证坝体的灌浆质量和坝体安全，结合灌浆施工的特点，先进行坝体充填灌浆和坝基固结灌浆，最后进行帷幕灌浆[3]。帷幕灌浆分三次序进行施工，固结灌浆可按两次序进行施工，按分序加密的原则进行。采用自上而下分段灌浆法，循环式灌浆。帷幕灌浆应先施工下游排，再施工上游排。灌浆施工工作必须在降低库水位后进行。

各种灌浆段长度为5.0m，岩石破碎、孔壁不稳时灌浆段长度应缩短。坝体和基岩的接触段应先行单独灌浆并应待凝，待凝时间不宜少于24h，接触段在岩石中的长度为1～3m。

（2）灌浆压力。坝身帷幕灌浆压力取0.2～0.4MPa，坝基岩帷幕灌浆压力取0.6～0.8MPa。充填灌浆压力取0.05～0.2MPa，固结灌浆压力取0.2～0.4MPa。

（3）钻孔要求。开孔孔位与设计孔位的偏差应不大于10cm，孔向垂直，孔深应不小于设计孔深。灌浆孔以较小直径为宜，但终孔孔径不宜小于Φ56mm[3]。灌浆孔或灌浆段钻进结束后，应进行钻孔冲洗，孔底沉积厚度应不大于20cm。冲洗压力可为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，冲洗时间至回水澄清时止或不大于20min。

（4）压水试验。冲洗后灌浆前应进行压水试验，以指导灌浆施工。各次序孔的各灌浆段可作单点简易压水试验，压水试验孔数不少于各序孔的5%。简易压水试验的压力为灌浆压力的80%。

（5）灌浆材料和浆液变换。浆液采用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥制备，细度要求通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。浆液的水灰比可采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.7：1、0.5：1六级。开灌浓度可用5：1，浆液浓度由稀至浓逐级变换。

4 施工技术控制

为保证灌浆施工质量，施工前按要求编制施工组织设计。正式施工前，进行现场灌浆试验，提出符合设计要求的施工方法和具体灌浆参数，以指导正式施工。

由于坝体和基岩接触段是易产生渗漏通道的脆弱部位，施工时对坝体和基岩接触段先行单独灌浆并待凝，确保接触段的灌浆质量。对两岸坝肩强风化砂岩，由于岩石风化强烈，岩芯呈土夹碎块状，其裂隙发育，贯通性好，透水率大，浸水易软化，抗变形和抗冲刷能力差。针对此类软弱层，施工时采取低压慢灌、反复施灌处理，取得良好效果。针对两岸坝肩破碎带吸浆量大的问题，采取低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆措施进行处理。其他各种灌浆施工时，严格按照灌浆设计说明及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62-2014）执行。

5 工程质量检查

灌浆工作结束后，由质检单位及监理单位共同确定检查孔位置。帷幕灌浆布置检查孔10个，其中左右坝肩及延伸段各布置4个，中间河床段布置2个，孔位布置在主排帷幕两个灌浆孔中间，深度与基本孔相同。固结灌浆检查孔6个，充填灌浆检查孔17个。质量检查以检查孔压水试验成果和钻灌资料为主，结合钻孔取芯资料综合评定。

根据质检结果，压水试验测得各检查孔的透水率在0.2～2.3Lu，其中帷幕灌浆检查孔透水率均小于0.8Lu，符合设计要求的防渗标准。另外，钻孔取芯表明，浆液结石充填饱满密实，处理效果良好。水库蓄水后，坝后渗水点渗水量极少，坝后坡干燥，说明经多方法联合灌浆技术处理后，取得了良好的效果。

6 结束语

下坑水库存在坝体、坝基渗漏以及绕坝渗漏问题，针对不同的工程地质和水文地质条件，采用充填、固结、帷幕联合灌浆技术，取得了良好的效果。多方法联合灌浆充分利用各种灌浆技术的优势和特点，根据不同的地质条件因势为制、“对症下药”，实践证明，该方法可节约投资，缩短工期，效果良好。该联合防渗技术可以为浆砌石大坝的除险加固提供一定的参考和借鉴。

参考文献：

[1]赵家成,王从锋,姜利汉.中、小型病险水库除险加固的研究[J].三峡大学学报(自然科学版),2005,(2)：119-122.

[2]钮新强.水库病害特点及除险加固技术[J].岩土工程学报,2010,(1)：153-157.

[3]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].SL62-2014.

中图分类号：TV543+.7

文献标志码：A

文章编号：2096-2789（2017）08-0032-02

作者简介：叶李胜（1987-），男，硕士，研究方向：水利水电岩土工程勘察设计。