1、1龙王寺水库除险加固劈裂灌浆帷幕灌浆施工技术【摘要】龙王寺水库除险加固，对坝体心墙和坝基的渗漏分别进行劈裂灌浆和帷幕灌浆防渗处理，使水库大坝渗漏问题得到了有效解决。 【关键词】大坝 除险加固 劈裂灌浆 帷幕灌浆施工技术 中图分类号： TV42 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 龙王寺水库位于河南省信阳市?河区东双河镇杜河村南约 1.5 公里处，淮河水系?河支流杜河上，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（1）型水库。于 1965 年 8 月动工兴建，1966 年 5 月建成投入运行，长期运行后出现坝体、坝基渗漏，坝肩绕渗，为了大坝安全对大坝进行防渗灌浆处理。 2 工程地
2、质 龙王寺水库流域属于低山区，海拔高程在 98.5128.4 之间,坡度角一般在 15300;由西南向东北倾斜，大坝位于两山之间的一条冲沟之上，植被良好，低山丘陵风化剥蚀和人为破坏作用严重。表层岩、土疏松, 水土流失严重； 枯水期, 水库补给源很少,沟内仅有少量地下水沿两侧谷底以散状和小股状泉水形式补给;丰水期,大量雨水汇集,库容量猛增。 2.1 坝基 坝基为石英片岩强风化带，裂隙发育，岩石破碎，建库时未对岩基裂隙做工程处理，深度约 2.05.0m，大部分钻孔压水试验透水率27zx 的规律。根据土坝坝体的应力分布情况，利用水力劈裂原理，在坝轴线附近沿小主应力（x）面布置灌浆孔，并控制泥浆压力使
3、坝体沿轴线方向劈裂并反复灌注泥浆，灌入的浆液部分充填与劈裂缝相连的裂隙、洞穴、疏松土体，部分沿劈裂裂缝向上充填、扩散，逐步形成防渗泥墙。经过多次反复灌浆，劈裂充填间歇，坝体相应出现劈裂回弹后，通过泥浆的劈裂充填作用、浆坝互压作用、坝体湿陷固结作用等在坝轴线附近形成从下到上纵向连续的防渗泥墙。堵截渗漏，并使防渗泥墙附近的坝体得到充填和压密，改善坝体的渗透稳定和变形稳定性。 右坝肩桩号 0+0000+040m 范围坝基岩石风化严重、裂隙发育，透水率最大 106.7Lu，最小 53.3Lu，平均透水率 74.0Lu。存在明显绕渗现象，并在下游坝脚存在出水点，在该部位采用坝体钻孔埋设套管，基岩部位进行
4、“孔口封闭，孔内循环、自上而下、分段灌浆”中压水泥灌浆，在坝基内形成帷幕有效截断坝基渗漏通道。 4 劈裂灌浆施工 4.1 劈裂灌浆孔布置 大坝劈裂灌浆在全坝段沿大坝轴线两侧双排交错梅花形布孔，排距1.5m，单孔孔距 3.0m，每排分两序施工一序孔孔距 6.0 m，孔深标准为进入基岩 0.5m，孔深范围 2.617.8 m。 44.2 灌浆方法及灌浆顺序 采用孔底注浆全孔灌注法，孔口封闭 03 m，射浆管为管径 26mm钢管，下入孔内距孔底 0.5 m 以内。灌浆设备 HB80 单缸泵，采用“少灌多复”逐序加密法，分两排施工，每排分两序施工。先灌上游排后灌下游排，先一序孔再二序孔的顺序；两次灌浆
5、间隔时间不少于 5 天，每孔灌浆次数不少于 5 次。每孔单次平均灌浆量以孔深计，每米孔深不超过1m3。 4.3 钻孔 钻孔孔径为 76mm。孔向铅直，钻孔采用泥浆冲洗、护壁，XY-2 型地质回转钻机、硬质合金钻头钻进。 钻孔孔位偏差不得大于 10cm，偏斜率不大于 2%。 4.4 灌浆材料、浆液 选用与坝体粘土材料性能较接近的库区附近低液限粘土，棕黄色，可塑状，粘粒含量 26.528.7%，含水量 20.00%，最大干密度为1.72g/cm3，液限 34.134.5%，塑限 15.217.6%，塑性指数16.519.3，渗透系数为 3.110-64.210-5cm/s，渗透级别为微透水弱透水。
6、浆液性能满满足：密度 1.21.6 t/m3，粘度 2070 s（ 1006 型漏斗粘度计） ，失水量 1030(mL/30min)。 稀浆浆液 1.21.4g/cm3 用于开灌及劈裂，稠浆 1.41.6g/cm3 进行充填挤密。灌浆过程坝坡冒浆进行处理时浆液中掺入适量水泥，掺量为干土质量的 1015%。加速浆液固结和提高浆液固结体强度。 4.5 灌浆压力控制 5灌浆压力参照以下公式确定： 式中： P -劈裂灌浆控制压力 kPa； -坝体土的重力密度 kN/m3； H -劈裂点以上的坝高 m； t-坝体土的抗拉强度，由试验确定 kPa； -灌注浆液的重力密度 kN/m3； h-注浆管高度 m。
7、 理论劈裂压力 0.2 MPa，考虑压力损失后参照理论压力及试验孔灌浆压力确定控制最大灌浆压力 0.3 MPa，坝体裂缝宽度控制不大于 3cm，坝体变形控制不大于 3 cm。 灌浆过程坝体劈裂压力一般在 0.10.2 MPa，坝顶裂缝 01 cm，坝体变形均小于 1 cm。 4.6 灌浆结束标准及封孔 灌浆结束标准为坝体劈裂浆液已沿劈裂缝灌注至孔口，且连续复灌 3 次不再吸浆，结束灌浆。 灌浆结束后进行封孔，取出灌浆管向孔内注满稠浆，孔内浆液面下降则继续灌注稠浆，直至浆液面升至孔口不再下降为止。 4.7 特殊情况处理 施工过程中主要存在冒浆现象。有孔口冒浆、劈裂缝冒浆、坝坡冒浆。孔口冒浆主要由
8、于上部 2 米代替料含有大量块石存在较大空隙，处理的方法是：在孔口周边开挖，回填细砂捣实，然后灌注。 6坝顶冒浆若是前期冒浆，主要是因一次注浆量过大，一时容纳不下所致，处理方法是打开灌浆泵的回浆阀门，减少注浆量；若是后期冒浆，说明坝内已经灌饱，灌浆接近结束，发现反复冒浆即停灌，改灌其它孔。坝顶劈裂缝大部分在灌浆轴线上，即坝体内部裂缝中的浆液面上升到接近坝顶时产生。在灌浆初期，有时一次灌浆量过大也会产生纵向裂缝。为了保证灌浆质量采取少灌多复的方法，每次灌浆控制裂缝的长度和宽度在规定的范围内（一般控制在宽度 3cm，长度 50m） ，裂缝的宽度和长度达到或超过规定的范围时，立即停止灌浆等待裂缝自行
9、闭合。 5 帷幕灌浆施工 5.1 灌浆方法 根据本工程的实际情况，帷幕灌浆采用钢套管隔离上部坝体粘土芯墙后进行，基岩部位采用中等压力“孔口封闭，孔内循环、自上而下、分段灌浆”的施工方法。 灌浆孔沿坝轴线进行双排梅花形布置，分序灌浆施工。排距 0.8m，单孔孔距 1.5m，一序孔孔距 3.0 m，按照先下游排施工，再上游排，每排灌浆孔分二序进行加密灌浆施工，先施工一序孔，再施工二序孔。灌浆孔全部为铅直向，帷幕灌浆深度为伸入中等风化石英片岩 3.0m。 5.2 钻孔 帷幕灌浆孔开孔孔径 76mm，终孔孔径不小于 56mm，检查孔孔径为 76mm。灌浆孔孔位偏差不得大于 10cm。灌浆孔及灌后检查孔
10、坝体部分采用泥浆护壁钻进，在覆盖层钻孔完毕后，镶铸钢套管，钢套管直径773mm，钢套管深入基岩 0.20.5m。基岩钻孔在坝体部分镶注套管后采用清水冲洗金刚石钻头回转钻进，钻机为 XY-2 型地质回转钻机。 5.3 裂隙冲洗及压水试验 每段基岩灌浆孔钻孔结束后均采用大水量进行钻孔冲洗，直至孔口回水澄清。裂隙冲洗压力为该段灌浆压力的 80%，并不大于 1.0MPa。 (1)简易压水试验：坝体下部基岩帷幕灌浆孔在灌前均进行简易压水试验，简易压水结合裂隙冲洗进行，压力为该灌段灌浆压力的 80%，该值大于 1.0MPa 时，采用 1.0MPa。压水时间 20min，每 5min 测读一次流量，取最终值
11、作为计算流量，其成果以透水率表示。 （2）单点法压水试验：试验孔及检查孔均采用单点法压水试验。压水压力为该灌浆段灌浆压力的 80%，并不大于 1.0MPa。压入流量的稳定标准为：在稳定的压力下每 35min 测读一次压入流量，连续四个读数中最大值与最小值之差小于最终值的 10%，或最大值与最小值之差小于1L/min 时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算流量。 5.4 灌浆材料设备 （1） 水泥：灌浆采用 P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，技术参数满足GB175-2007 水泥规范要求。 （2） 水玻璃：模数 2.43.0，浓度 3045 波美度。 （3）灌浆设备：使用 3SNS 灌浆泵、高
12、速搅拌制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录系统。 5.5 浆液配比和变浆原则 8水灰比：水泥浆液采用水灰比为 2:1、1:1、0.8:1 和 0.5:1（重量比）四个比级。 灌浆浆液应由稀至浓逐级变换。浆液变换原则为： (1) 当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。 (2) 当某级浆液注入量已达 300L 以上，或灌浆时间已达 30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。 (3) 当注入率大于 30Lmin 时，可根据具体情况越级变浓。 (4) 出现坝坡冒浆水泥浆不能有效封堵时，使用速凝浆液，在水泥浆液中加入速凝剂水
13、玻璃，加快浆液凝结时间，加量为水泥重量的35%。 5.6 灌浆压力灌浆段长 灌浆段长不大于 5.0m，灌浆段长划分及灌浆压力见下表。灌浆注入率较大或有坝坡冒浆现象时采用低压力灌浆，注入率较小、没有冒浆现象时采用较大灌浆压力。 5.7 灌浆结束条件和封孔 灌浆结束条件为：在灌浆段最大设计压力下，注入率不大于0.4Lmin 后，继续灌注 60min，或注入率不大于 1.0Lmin 后，继续灌注 90min，灌浆可以结束。 封孔：采用“全孔灌浆封孔法” 。 95.8 特殊情况处理 帷幕灌浆过程中，在漏水点部位发生冒浆现象，采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理，以上措施效果不明显时采用加
14、入水玻璃的速凝水泥浆液进行堵漏，渗漏点有效封堵后扫孔重新使用开灌比级的水泥浆液重新进行灌注。 6 灌浆效果 灌浆防渗处理前大坝下游坡存在塌陷、渗水现象；右坝肩与坝体接触部位存在明显绕渗，附近有出水点。在库水位蓄至 110m 高程时，大坝下游坝坡及坝基渗漏在 108.50m 高程平台共汇集成 13 个明水渗漏，总渗漏量为 45.6L/min。施工过程对渗漏量进行监测，劈裂灌浆灌上游排施工完成后，渗漏量减少至 11.3L/min；劈裂灌浆下游排完成后，渗漏量减少至 8.4L/min，渗漏点由 13 个减少到 1 个；坝肩帷幕灌浆完成后全部渗漏点全部干涸，再无明水渗漏。坝肩帷幕灌浆结束 14 天后在
15、渗漏最严重部位进行了钻孔压水试验检查，基岩灌后透水率全部小于 3Lu。 通过各阶段灌浆完成后渗漏量变化情况可以看出，劈裂灌浆上游排施工后基本解决了坝体渗漏问题，双排施工完成后坝体的渗漏量和渗漏点都得到完全解决，下游坡再无明显湿渗现象，灌后坝体的渗漏得到了明显改善，说明通过劈裂灌浆在坝体心墙中的浆脉形成了有效的防渗泥墙。坝肩部位通过帷幕灌浆解决了基岩绕渗，在基岩中形成了有效帷幕，基岩裂隙得到处理。整个大坝的渗漏得到了良好处理。 7 结束语 灌浆施工便利，设备小，原材料运输方便，对道路、场地等硬件条10件要求不高，施工中可以有针对性的处理渗漏，在小型病险水库的防渗处理中，特别在施工条件较差，道路、场地等条件较差的水库，对坝体和坝基分别进行劈裂灌浆和帷幕灌浆处理是比较理想的防渗方案能够有效解决大坝防渗问题。
