双坑水库帷幕灌浆除险加固工程分析

安东旭

（梅州市海河水利水电设计有限公司，广东 梅州 514781）

水库在调节河流流量、防范洪涝灾害等方面发挥着积极作用，也是社会经济发展中非常重要的基础设施，而其在长期的运行过程中，会受到各种因素的影响而出现病害和问题，如果不能对这些病害进行及时有效处理，水库运行的可靠性和安全性会受到影响。帷幕灌浆技术在水库除险加固中有着良好的效果，可以对水库结构进行整体性补强，降低外部荷载对坝体的损害，也能够提升坝基结构的耐水性，为水库大坝的稳定运行奠定坚实基础。

双坑水库位于梅州市五华县岐岭镇黄福村，水库坝址流域为五华河水系（见图1）。水库于1973 年1月动工兴建，1974年12月建成蓄水。实测复核水库总库容24.94 万m3，工程等别为Ⅴ等，属于小（2）型水库，永久性主要建筑物级别为5 级，次要建筑物级别为5 级。水库始建时按20 年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，此次复核设计洪水位为182.33 m，校核洪水位为182.65 m，正常蓄水位为181.41 m，死水位175.27 m。该水库是以灌溉为主，结合防洪的综合利用的小（2）水库，设计灌溉面积33.33 hm2，保护耕地33.33 hm2，保护人口1 500 多人。

图1 双坑水库位置图

双坑水库是以灌溉为主，结合防洪的小（2）型水库。由于水库存在严重的安全隐患，经2021年安全鉴定评定为三类坝，2020年8月，五华县水务局经复查后同意三类坝鉴定结论。根据水库运行管理的有关规定，若不进行除险加固，水库将不能正常蓄水，效益得不到充分发挥。相关勘查数据显示，大坝填筑土体主要为粉质黏土，该土质较均匀，呈可塑状，渗透性中等；
但由于建坝时施工工艺有限，碾压欠密实，导致坝体填土整体结构较疏松，填土压实度达不到规范要求。大坝坝体填土以粉质黏土为主，含少量碎石，含量少于4%，土质较均匀，已完成自重固结，属多年填筑土。标准贯入试验实测击数N=7～9击，平均8击，为松散-稍压实，压实度偏低。

综上所述，此工程存在的多项安全隐患，时刻威胁着水库下游人民群众的生命和财产安全，水库目前已不能正常运行，一定程度上制约着当地社会经济的发展。因此，必须尽快除险加固，消除不安全因素，避免水库可能出事的风险，发挥水库的正常效益，水库除险加固刻不容缓，应尽快动工修建。

此水库未见渗漏，但根据地质报告渗透系数较大，大于规范值，此次设计采用充填灌浆方案作为均质土坝段坝体防渗加固设计方案，此工程坝体充填灌浆轴线布置在坝顶双排孔，梅花形布置，共同形成一道防渗墙体以达到坝体防渗目的。坝体充填灌浆孔布置在大坝顶轴线处，灌浆孔设计为双排，孔距和间距均为2 m，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序孔，Ⅰ序孔间距8 m，Ⅱ序孔间距8 m，Ⅲ序孔间距4 m。坝体、坝基接触面灌浆设计中，灌浆排数根据坝体、孔隙率、坝体土料性质及透水性确定。充填灌浆采用双排孔，孔、间距均为2 m；
充填灌浆深入基础到强风化层1 m，充填灌浆采用水泥粘土浆，坝体充填灌浆平面布置和纵剖面布置如图2和图3所示。

图2 坝体灌浆平面布置图 1∶250

图3 坝体注浆纵剖面布置图 1∶250

水库加固后，大坝为均质土坝，坝长48 m，最大坝高9.43 m，坝顶宽7.50 m，上游坡预制混凝土六角块护坡，坡比为1：2.55，下游坡比1：4.5，草皮护坡；
溢洪道位于土坝左岸坝肩，为开敞式溢洪道，控制堰堰形为宽顶堰，堰顶高程181.41 m，溢洪道全长89 m，净宽5.50 m，出口为底流消能。输水系统位于大坝右侧，放水设备为梯级放水卧管（哨涵），输水涵为内径0.30 m的钢管，输水涵洞进口高程175.27 m。

3.1 前期准备

一是设备准备。在工程施工中，需要用到各种各样的施工设备，这些设备也是保证施工顺利进行的前提，结合该工程的实际情况，在帷幕灌浆施工中，需要用到1台20 t汽车起重机，1台10 t塔式起重机，6台150型地质钻机和1台CASE6010水平定向钻机，浆液的搅拌采用的是J1-400型混凝土搅拌机，配合4套灌浆设备完成灌浆作业。

二是材料准备。此工程所用混凝土均从搅拌站购买成品；
砂料直接向岐岭镇砂场购买成品砂，砂料以中粗砂为主，褐黄色，较干净，成分主要是石英、长石，质量能满足工程要求。石料到石场直接购买块石和碎石。料场产石大部分为中细粒钾长花岗岩，石料强度高、质量好，是较好的建筑材料，储量也完全能满足本工程的要求。此工程主要土方用量为输水涵和溢洪道处的开挖和填筑，以及输水涵进口处围堰土方用量。回填用料可充分利用开挖料中的优质土石料，弃渣场可考虑设在库区下游左岸低洼地段或山谷中。

3.2 灌浆技术

3.2.1 造孔

施工人员需要依照设计方案的要求，通过放样的方式确定每一个钻孔的位置，依照先上游排，后下游排，分4序跳跃式造孔。在造孔过程中，需要切实做好施工管理，要求造孔必须保持铅直，允许存在的最大偏斜率不能超过钻孔深度的2%。同时，施工人员需要切实做好钻孔的记录工作，对造孔过程进行准确描述，对于造孔环节出现的特殊情况，需要做好全面详细的记录并进行深入分析和处理，保证造孔效果。

3.2.2 制浆

对照工程的现实需求，在制浆过程中，选择的制浆材料为土料、水和水泥，浆液材料采用50%黏土加50%粉土，容重为1.40 t/m3浆液中掺入25%的水泥（重量比）。浆液配置中使用的水必须为没有任何杂质和异味的淡水，不能使用污水。在确定好浆液配比后，使用J1-400 型混凝土搅拌机将所有原料充分混合，然后借助过滤筛和沉淀清除大颗粒和杂物。正式灌浆施工前，需要再次以进行过滤，筛目规格为35 孔/cm2。要求所有指标都能够满足设计施工方案的要求，灌浆过程中浆液容重和输浆量应每小时测定施工准备备案、造孔、制浆、灌浆、终孔处理验收1次并记录，如：浆料发生变化，应随时调整。

3.2.3 灌浆

在进行灌浆操作的过程中，先灌上游排孔，后灌下游排孔，各排按钻孔顺序分序进行灌注。帷幕充填灌浆采用了分段灌注的方法，要求由下而上进行，分段灌注的长度控制在5～10 m。在灌浆初始阶段，应该使用稀浆，经过约3-5 min后，可以逐渐加大泥浆稠度，若孔口压力下降和注浆管出现负压（压力表读数为0 以下）立即再加大浆液稠度，浆液的容重按技术要求控制。同时，技术人员需要对灌浆的过程进行记录，依照相应的数据变化情况，做好图表绘制工作。

3.2.4 管理

帷幕灌浆作业过程中，必须切实做好施工管理工作，这也是确保施工质量和施工效率的前提，施工管理人员应该充分重视起来。具体来讲，在水库坝基帷幕灌浆施工中，需要做好灌浆量控制，灌浆压力控制，横向水平位移控制，裂缝开展宽度控制等，要求控制工作能够贯穿整个施工过程。例如：在对灌浆量进行控制时，每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在0.50～1 m3，每孔灌浆次数应要6次以上。充填灌浆按少灌浆多复的原则进行；
前后两次灌浆需要间隔一定的时间来保证施工效果，这个间隔时间不能少于5 d；
灌浆口压力的控制不能超过0.10 MPa，同时对灌浆情况进行跟踪管控，确保表面不会出现裂缝。

3.3 异常处理

在实施帷幕灌浆施工的过程中，存在一些无法预知的风险，如停水停电、恶劣天气等，必须提前做好风险防范工作，制定出有效的应急预案，才能保证工程施工的顺利进行，在发生异常时及时做出处理和应对。这里对帷幕灌浆施工中的一些常见异常的处理措施进行讨论。

3.3.1 吃浆过大

如果在灌浆过程中，出现了单次吃浆量过大的问题，可以尝试采用少量多次的方式进行灌浆，对每次灌浆的量进行严格控制，直至最终灌浆量达到预设标准后，可以停止灌浆。

3.3.2 冒浆问题

帷幕灌浆环节如果在坝顶或者坝坡位置出现了冒浆的问题，必须立即停止灌浆，将冒浆口挖开，使用黏性土料进行回填夯实。如果冒浆位置出现在钻孔周边，可以使用水泥砂浆封堵。

3.3.3 串浆问题

灌浆时如果出现了相邻孔串浆的问题，需要做好观测分析，若串浆孔灌浆条件良好，并且对坝体不存在负面影响，可以对多个串浆孔进行同时灌浆，不过需要对灌浆顺序进行控制，每个泵灌一个孔。如果灌浆孔的条件不允许同时灌浆，可以使用木塞将串浆孔堵住，然后继续进行灌浆作业。完成灌浆工作后，需要对串浆孔进行冲洗和清扫，然后才能继续该孔的灌浆作业。

3.3.4 灌浆中断

如果因为突发状况导致灌浆突然中断，需要对钻孔进行清洗，尽快恢复灌浆。灌浆作业需要连续进行，若整个冲洗过程中断，需要先对钻孔进行清扫，恢复灌浆后，使用与开始灌注时标号一致的水泥进行灌注。如果灌浆段水泥砂浆灌入过多，影响了灌浆的顺利进行，则可以在浆液中加入速凝剂和稳定浆液，对流速和流量进行控制，适当降低压力。处理完成后，需要再次进行扫孔，依照相关技术要求灌浆，回浆浓度变大时，可以使用相同水灰比的新浆进行灌注。

总而言之，在使用帷幕灌浆技术对水库大坝坝基进行除险加固的工程中，需要做好钻孔工作，对孔的质量和安全性进行检查，明确工程质量目标，推动各级工作人员责任的贯彻落实，做好施工工序的控制和施工经验的总结，在保证防渗加固效果的同时，降低工程造价。