横泉水库坝基处理帷幕灌浆施工
王军兴
（山西省水利建筑工程局 太原 030006）
[摘要]：横泉水库坝基基岩岩性主要为Ar3c混合片麻岩，风化程度高，透水性强，为减小基岩渗透性，设计要求对大坝防渗墙下基岩进行帷幕灌浆，文中重点对横泉水库左坝肩坝基防渗墙下基岩段帷幕灌浆的施工方法及灌浆效果进行了介绍。
关键词： 横泉水库； 帷幕灌浆； 施工
中图分类号：TV543 文献标识码：B
1 工程概况
横泉水库工程处于山西省吕梁地区中部，坝址位于山西省吕梁地区三川河支流北川河干流上，方山县班庄与横泉两村之间。枢纽主要建筑物包括大坝、泄洪洞、供水发电洞、电站。
坝址河谷地形平坦开阔，河谷宽度650m，河床高程1 100~1 109m，左岸为黄土台地，右岸为基岩山区。在河流两岸发育有二级阶地。Ⅰ级阶地高出河床2~5m，阶面宽150~300m。Ⅱ级阶地高出河床5~10m，阶面宽100~200m。Ⅰ、Ⅱ级堆积阶地均呈条带状分布于两岸。坝址左岸黄土台地底部为一古河道，属掩埋古河道。
坝址区出露的基岩地层有：1）上太古界吕梁山群赤坚岭组（Ar3c）混合斜长片麻岩、混合花岗片麻岩、混合花岗岩，有花岗岩和辉绿岩岩脉侵入，分布于坝基及右岸，为坝址主要涉及的基岩地层。2）下元古界野鸡山群青杨树湾组变质砾岩、石英片岩，分布于右岸。
本标段灌浆主要是左岸坝基帷幕灌浆（桩号0-070~0+230），钻孔进尺13 314m（含检查孔），灌浆总进尺为3 977m。岩性自上而下为Q42pal、Q41pal卵石混合土、混合土卵石、级配不良砾及砂层，厚度15～30m，基岩岩性为Ar3c混合片麻岩，强风化层厚15～30m，地下水位1 100～1 106m。根据设计要求，帷幕灌浆孔均按一排布置，孔间距均为2m，钻孔为铅直孔，所有部位均按三序孔施工。本次施工拟对坝基基岩10Lu以上部分进行帷幕灌浆处理。
2 灌浆施工
2.1 施工工艺流程
施工过程中，分三序施工，先进行一序孔的施工，每单元内布置一先导孔，先导孔在一序孔中选择。每单元内孔均按以下工艺流程进行施工：先导孔→Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→质量检查孔。每个灌浆孔的施工工艺流程为：孔位放样→钻机定位→覆盖层造孔至基岩面→套管护壁→基岩钻进第一段→钻孔冲冼→下栓塞→裂隙冲冼→简易压水→灌浆→基岩钻进下一段… …→终孔段灌浆→基岩段封孔→起拔套管→覆盖层封孔。
2.2 钻孔及套管护壁
覆盖层钻采用300型回转式地质钻机，钻孔过程中采用黏土护壁。坝基黏土段及砂砾石段边钻进边下套管，开孔钻头直径选用ф89mm硬质合金钻头，跟进至基岩面，基岩段钻进采用ф75mm金刚石钻头。先导孔基岩取芯、编号、照相、绘制柱状图。钻孔全过程采用KXP-1型测斜仪跟踪测斜，保证孔斜控制在设计和规范充许范围内，遇到偏斜，及时采取措施纠编。
2.3 钻孔冲冼、裂隙冲冼及压水试验
钻孔结束后，敞开孔口，将钻杆放入孔底并通入大水流，从孔底向孔外进行钻孔冲冼，直至回水澄清延续10min结束。
钻孔冲冼完毕，将灌浆阻塞器在设计位置，进行裂隙冲冼，裂隙冲冼采用压力水脉动方式进行。冲冼压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，直至回水澄清并延续10min结束，并保证冲冼时间单孔不少于30min。
裂隙冲冼结束后采用“单点法”做简易压水试验，试验持续20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量；压水压力为灌浆压力的80%，并不超过1MPa，试验结束后计算出各孔段吕荣值，为后续的灌浆提供参考数据。
2.4 灌浆
灌浆施工中均采用250/50泥浆泵灌注，采用GJY-Ⅲ型自动记录仪记录。灌浆材料选用32.5R普通硅酸盐水泥，要求水泥细度通过80μm方孔筛余量不大于5%。
灌浆采用分段阻塞、分段灌注、孔内循环的方法进行。灌浆时，射浆管距孔底不大于0.5m。灌浆段长上段为2m，下部为5m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于7m。。灌浆管路应保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。灌浆泵和孔口处安装压力表，所选压力表在使用前进行率定。压力表和管路之间设有隔浆装置。灌浆原始记录采用灌浆自动记录仪记录。施工中灌浆孔严格地按照分序逐渐加密的原则进行，即先灌先导孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，后灌Ⅲ序孔。
2.4.1 灌浆压力和浆液比级
本标段灌浆压力采用经监理、业主审批的试验确定压力，灌浆压力如表1。
表1 各段帷幕压水、灌浆压力 单位：MPa
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灌浆段 次
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一序孔
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二序孔
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三序孔
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压水
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灌浆
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压水
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灌浆
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压水
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灌浆
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1
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0.54
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0.67
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0.67
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0.84
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0.80
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1.00
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2
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0.62
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0.78
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0.76
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0.95
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0.89
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1.11
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3
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0.71
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0.89
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0.93
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1.16
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1.00
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1.22
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4
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0.80
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1.00
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1.00
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1.27
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1.00
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1.33
|
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5
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0.89
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1.11
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1.00
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1.38
|
1.00
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1.44
|
|
6
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1.00
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1.22
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1.00
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1.49
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1.00
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1.55
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7
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1.00
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1.33
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1.00
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1.60
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1.00
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1.66
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8
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1.00
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1.44
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1.00
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1.71
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1.00
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1.77
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9
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1.00
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1.55
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1.00
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1.82
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1.00
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1.88
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浆液比级采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七个水灰比，开灌水灰比为5：1，由稀变浓。灌浆过程中遵循由稀到浓、逐级变换的原则。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，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；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
帷幕灌浆结束条件：在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于90min；在设计压力下，注入率不大于0.4L/min时，延续灌注时间不少于60min。孔口无涌水的孔段，灌浆结束可不待凝。但在断层、破碎带等地质条件复杂的地区则宜待凝，待凝时间根据地质条件和监理工程师要求确定。
2.4.2 灌浆孔封孔。
灌浆孔全孔灌浆结束后，将会同监理及时进行验收，灌浆孔验收合格后才能进行封孔。灌浆孔封孔采用“压力灌浆封孔法”封孔。覆盖层封孔采用水泥砂浆封孔，且边拔套管边填填料，每次填料高度小于1m。
3 灌浆施工中特殊情况的处理
3.1套管埋设困难
在孔内用小一级钻扫孔掏芯后再下设，同时用吊锤轻打；套管起拔困难时，先用吊锤向上松动，然后再用拔管机起拔。如套管在埋设过程中折断，先将上部套管拔出，再将丝锥放入套管折断部位，拧紧丝口后慢慢拔出。
3.2 埋钻
钻进时孔内如发生坍塌、掉块等事故容易导致埋钻，此时采用通过打吊锤或用拔管器起拔的方法慢慢将钻具拔出来。如采用上述方法拔不出来，则采用加压反转的方式将钻杆丝口拧开，把上部钻杆返出孔口，之后再把丝锥放进孔内与孔内钻具丝口相接，拧紧后将孔内钻具逐步提出孔口。
3.3冒浆、漏浆
灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，根据具体情况采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。如冒浆因绕塞所致，则暂停灌浆，探明绕塞位置，适当上提灌浆栓塞，避开绕塞部位，重新阻塞后继续灌浆。
3.4串浆
灌浆过程中发生串浆时，串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，采取一泵灌一孔。否则将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗、而后继续钻进和灌浆。
3.5中断灌浆
灌浆工作必须连续进行，因故中断，按照下述原则进行处理：
1）及早恢复灌浆。否则立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，而后恢复灌浆。
2）恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注。注入率与中断前的相近，即改用中断前比级的水泥浆继续灌注；注入率较中断前的减少较多，则浆液逐级加浓继续灌注。
3）恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。
3.6 注入量大，灌浆难以结束
灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，选用如下措施处理：低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；单耗达到5t/m后，仍无明显效果，则采取间歇灌浆，间歇时间为8h以上；浆液中掺加速凝剂；灌注稳定浆液或混合浆液。
灌浆过程中如回浆变浓，换用相同水灰比的新浆进行灌注，效果不明显时，延续灌注30min，即停止灌注。
3.7钻孔失水、掉块
钻孔过程中经常发生钻孔失水、掉块等现象。钻孔失水容易导致烧钻事故，处理方法是采用低压慢速钻进，同时保证孔内供水，掉块现象发生时对该部位先进行灌浆处理并待凝12h后再行钻进。
4 质量检查效果分析
帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、检查孔取芯资料、灌浆记录和测试成果等评定其质量。帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14天后进行。
帷幕灌浆检查孔的数量为总灌浆孔的10%，检查孔布置在防渗帷幕轴线上，钻孔采用回转钻机，岩芯保留，并编号、装箱、绘制柱状图。自上而下分段钻进，自上而下分段压水试验，压水试验采用五点法。检查孔基岩压水合格标准为透水率q≤5Lu，大于5Lu的孔段进行灌浆处理。
4.1 压水试验结果分析
帷幕灌浆共布置了17个检查孔，钻孔总进尺1 232.19m，压水89段，平均吕容值为1.65Lu，最大3.70Lu，最小0.5Lu，均满足设计小于5Lu的要求。这表明帷幕灌浆的效果非常明显，施工质量合格，满足设计的防渗要求。
4.2 检查孔取芯情况分析
帷幕灌浆共布置了 17个检查孔，取芯钻总长920.67m，部分检查孔在不同深度的岩石裂隙内可见水泥结石充填，结石厚度13mm，部分水泥结石与岩石分离，分析原因主要是水泥结石强度与岩体强度存在较大差异，钻孔时机械磨损所致。
4.3 单位注入量分析
检查孔的平均注量为12.44 kg/m，相当于灌浆孔平均值的7 %，表明经过灌浆处理后，帷幕灌浆区域内的岩层灌浆效果显著。
5 结语
通过以上分析可以看出，该标段的坝基帷幕灌浆施工结果符合一般灌浆规律，灌浆效果显著，坝基岩层的防渗性能得到较大的提高，满足设计的防渗要求，施工方法及施工工艺得到了验证。
作者简介：王军兴，男，1975年生，1999年毕业于太原理工大学工程地质专业，工程师。
[收稿日期：2008-11-24]
Constructing Curtain Grouting to Treat Dam Foundation of Hengquaan Reservoir
WANG Jun-xing
Abstract: The main lithologic character of Hengquan Reservoir’s dam rock base is mixed gneiss Ar3c. Its weathering degree is high and hydraulic permeability is strong. In order to decrease permeability of rock base, and according to the demand of design, the curtain grouting must be carried out in the rock base under the dam seepage prevention wall. This paper emphatically introduces the construction method and effect of curtain grouting under the dam seepage prevention wall in the dam abutment of left bank.
Key words: Hengquan Reservoir curtain grouting construction