小型水工程梅花水库坝基渗漏处理技术

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：在蓄水运行中，蓄水效能得不到全部发挥，且出现了较为严重的渗漏现象，这些现象表明了大坝的安全运行受到了严重的威胁，通过对坝基地质缺陷进行灌浆补强取得除险加固良好效果。根据梅花水库坝基渗漏情况、坝址岩层性质及多年水库坝基止漏的经验，决定采用充填式灌浆对大坝基础渗漏进行处理。施工单位灌浆结束后，应进行质量检查，并提出质量检查报告。

梅花水库是一座建于20世纪50年代的小（一）型水库，大坝为高18.2m的均质土坝，轴线长度120m，坝顶宽6m。坝址位于沩山复式岩体内，地层岩石为中生代燕山期黑云母花岗岩。上部为粗颗粒结构，风化深。下部为中颗粒结构，岩石较坚硬，坝基岩石破碎，裂隙发育，渗透系数普遍较大。由于当时主要是靠人力夯筑而成，民工“三自带”，又由于大坝在施工过程中，管理上、设备上、资金上等不足原因，在这种条件下建起来的土坝，其质量较差。随着运行时间的延长，工程老化、险情问题不断暴露出来。在蓄水运行中，蓄水效能得不到全部发挥，且出现了较为严重的渗漏现象，这些现象表明了大坝的安全运行受到了严重的威胁，通过对坝基地质缺陷进行灌浆补强取得除险加固良好效果。

（1）工程概况。梅花水库位于湖南省宁乡县流沙河镇高山村，均匀土质坝，坝顶高程为159.5m、坝长为120m、坝高为18.2m、集雨面积2.43km2，正常蓄水位157.0m，相应库容237万m3，灌溉面积0.38万亩，属小（一）型水库，其对下游流沙河镇集镇的自来水及周边6个村的“人饮工程”生活用水，对下游农田都起着举足轻重的作用，尤其在旱季，作用更明显，在汛期对下游的洪水也起着一定的调节作用。

（2）工程存在的问题及原因分析。经勘测，当库水位达到高程155.0m时，背水坡右侧坝脚及放水涵洞周围多处有严重渗漏现象，坝基渗漏量达200L/min，如果水位达到溢洪时，其渗漏就更严重。经过分析，坝体土质含沙量较高，碾压不密实，大坝基础为强风化花岗岩，基础节理、裂隙发育，清基时强风化层等未完全清除，坝基截水墙未达到弱透水层，同时大坝进行二次施工时二次工程接合部分未处理好，因而造成大坝基础渗漏严重。

（3）充填式灌浆设计。根据梅花水库坝基渗漏情况、坝址岩层性质及多年水库坝基止漏的经验，决定采用充填式灌浆对大坝基础渗漏进行处理。基础帷幕灌浆的主要目的是减少基础渗流，减少水库中水的流失，保证设计水头，满足经济效益；降低基础扬压力，减小大坝断面，节省工程量；防止集中渗流，防止在基础岩石中发生冲刷、管涌，减少溶蚀，保证坝基渗透稳定和大坝安全。本设计根据《土坝坝体灌浆技术规范》（SD 266—88）及原湖南省水利水电厅、水利管理局编印的《堤坝灌浆技术》进行设计。

（4）灌浆施工。

1）布孔、造孔。具体布孔：具体情况具体分析，视情况而定。但一般按一固定规则布孔，我们采用马格（Maag）公式计算灌浆扩散半径为1.85m，进行布孔，沿坝轴线从左岸向右岸布设两排灌浆孔，前后排灌浆之间按三角形布设。即排距为1m，孔距为3m，各孔深度达到渗漏层以下2m。钻孔灌浆顺序的施工原则，采用逐渐加密法，孔距由稀至密，逐渐加密至设计孔距，分三序钻孔灌浆。该水库土坝为均质土坝，对坝体采取充填式灌浆，坝体中间灌浆孔设在原坝顶中央，与坝基帷幕灌浆在同一横断面上，第Ⅰ序孔孔距为4m，第Ⅱ序孔孔距为2m，第Ⅲ序孔孔距为1m。坝体灌浆和基础帷幕灌浆相结合，先对坝体的第Ⅰ、Ⅱ序孔进行灌浆，坝体灌浆和基础帷幕灌浆相重合处即坝体第Ⅲ序孔，先进行帷幕灌浆，再进行坝体灌浆。第二排也分为三序进行，但孔位应与第一排保持铅直，最大偏差不得大于孔深的2%。坝体灌浆孔为三排，梅花形布置，排距1.0m，孔距1.0m，钻机干法造孔，孔径70mm，钻至坝基岩。灌浆材料采用粘土浆。其组成成分粘粒：粉粒：砂粒为4∶5∶1，浆液浓度应先稀后浓，具体数值由试验确定。灌浆采用分段灌注法，由下至上，下套管分段灌注，段长5m。灌浆时先灌上游一排孔，再灌下游一排孔，最后灌中间一排孔。造孔灌浆分Ⅲ序施工，第Ⅰ序孔距4m，第Ⅱ序孔距2m，第Ⅲ序孔距1m，造一序孔，灌一序孔，灌完I序孔，再灌下一序孔。在灌浆中，应对第Ⅰ序孔轮灌，采用少灌多复的方法，每米孔深每次灌浆量应控制在0.3～0.5m3，每孔灌浆次数6次，每次间隔5天。施工单位在灌浆过程中应做好灌浆记录。灌浆压力应通过现场试验确定，孔口压力控制在50kPa以内，在施工过程中根据实际情况调整确定，灌至大坝上半部分压力应减少。灌浆结束标准：在规定的压力下，注入浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆，即可结束灌浆。坝体灌浆在老涵管两侧5m范围内，第一段灌浆采取少灌多复的方法，使涵管外壁与土体间的渗漏通道充填密实，每孔灌浆次数6次，每次间隔5d。

2）灌浆压力。根据《土坝坝体灌浆技术规范》（SD 266—88）规定，充填灌浆的灌浆压力控制在0.5MPa瞬时压力控制在1MPa，灌浆机和孔口必须安装压力表，做好灌浆记录，重要孔还必须绘制过程线。

3）灌浆材料的配制。为使浆液在孔内有足够的流动性，在凝固时，体积收缩小，固结快等要求，根据当地的取材条件选用黄粘土为灌浆材料。选用黄粘土的物理特性指标为粘粒含量在20%～45%，粉粒含量40%～50%，砂粒含量在10%，一般塑性指数为10%～25%，浆液的重度一般，控制在1.2～1.4g/cm3先稀后浓，采用分程灌注，由下而上，段长可分为5～10m，灌浆中如遇到吃浆量较大的孔可采用较浓的浆，必要时可掺入10%～30%的水泥加快浆液固结。

4）封孔。封孔是最后一道工序，也是重要的。按设计的压力值，在完全不吃浆的时间延续0.5～1h就可结束灌浆，经复灌不吃浆即可封孔。(www.chuimin.cn)

封孔方法：用泥球封孔法。当坝体灌浆基本结束后，孔内泥浆不再流动时，可将0.5m浆液取出，用直径2～3cm含水量适中的粘土球充填灌浆孔，分层回填捣实，要求比坝面高些即可。施工单位灌浆结束后，应进行质量检查，并提出质量检查报告。

5）特殊情况处理。在灌浆过程中可能出现坝面开裂、钻孔（或邻孔）串浆、坝坡隆起和塌陷等现象，发生这些现象说明大坝本身是存在问题的，如被捣空、蚁巢，或压实度不强或开裂等，根据经验，出现这些情况应及时处理。

①坝顶开裂。由于坝顶轴线附近的垂直面是主应力面，因此在坝顶钻孔灌浆，普遍存在开裂现象，有时灌浆压力较小也会引起开裂。处理方法：停止灌浆，开挖回填作阻浆盖一般沿缝开挖深度为0.5m，宽度为0.3m，利用鲜土回填捣实后继续灌浆；

②冒浆。在灌浆过程中，也会发生坝坡冒浆现象，若发现冒浆现象必须停灌，开挖到出浆口处采用阻浆盖方法处理。无法找出浆口的采用“灌—停—灌”，间歇灌浆法，同时提高灌浆液的浓度，也可掺入30%的水泥；

③坝坡隆起和塌陷。如发现坝坡隆起现象，很可能是灌浆面引起的滑动，应立即停止灌浆，查明原因，在确定坝坡稳定时，才能继续灌浆。发现塌陷时，要查明原因，若是灌浆后引起的坝坡湿陷，应填土夯实后再灌。若是蚁巢等原因应把蚁巢挖掉夯实再灌；

④串孔。灌浆时经常会发现邻孔冒浆的现象，如果能同时灌浆应采用同时灌浆法，无法同时灌浆应对冒浆孔进行堵塞后再灌浆；

⑤吃浆量特别大的灌浆孔处理。在灌浆中如果发现吃浆量特别大的现象，对这种孔必须认真检查分析原因，有的可能跑到涵洞，有的可能跑浆进入库内水下部分，可采用添加适量的废机油灌浆，看库水面是否有油浮出水面，对上述情况，可采用冒浆处理方法，对坝体空洞大吃浆量的，限制吃浆量，每次灌浆后控制在每米吃浆1m3左右，待固结后，再补浆，否则可能会引起坝体较大范围的湿陷，而影响坝体的安全。

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