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摘要:帷幕灌浆是水工建筑物地基防渗处理的主要手段之一，近几年在水库防渗加固领域中得到了广泛应用。本文结合具体工程实例，介绍了帷幕灌浆在水库坝基防渗加固中的应用，并对帷幕灌浆施工工艺进行了论述。结果表明采用帷幕灌浆，水库防渗加固效果明显，值得推广和采用。
关键词:帷幕灌浆；防渗；施工工艺；质量检查
中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：
与采用混凝土防渗墙、高压喷射截渗墙等方法相比，采用帷幕灌浆解决坝基渗漏，体现出造价低、速度快、对坝体结构影响小、与坝基基岩灌浆容易结合等优点。帷幕灌浆基本原理是帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少地基中地下水的渗透；与位于其下游的排水系统共同作用，还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。笔者结合工程实践，介绍了帷幕灌浆在水库坝基防渗加固中的应用，并总结出了帷幕灌浆施工和质量控制经验，以供参考。
1 工程概况
某水库是以防洪为主，兼顾农业灌溉的小(1)型水库。该水库坝基卵石混合土和表层基岩均属强透水层，且存在顺河向的裂缝，给坝基渗漏留下了隐患。为了解决坝基渗漏问题，设计采用帷幕灌浆进行防渗处理，帷幕灌浆设计为双排三序灌浆孔，梅花型布置，排距2.40m，孔距2.50m，与相对不透水层结合，设计起始压力0.20MPa，设计标准透水率不大于5Lu。
2 施工参数
帷幕灌浆施工前，需通过现场灌浆试验以确定所采用的施工方法、施工参数在技术上的可行性、效果上的可靠性和经济上的合理性，推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比，并选定合理的灌浆压力。该水库坝基防渗选定在帷幕轴线桩号0+204.75～0+216.00段之间进行了双排三序孔帷幕灌浆试验，通过灌浆试验确定的施工方法及参数见表1。
表1 灌浆施工方法及参数
3 施工工艺
帷幕灌浆的施工工艺流程为：
钻孔定位→钻孔→洗孔→压水→制浆→灌浆→封孔→检查。
3.1 钻孔定位
施工前，首先由测量人员根据设计图纸在帷幕灌浆轴线上进行孔位放样，并做好标记，孔位布置如图1所示。
图1 帷幕灌浆孔孔位布置图
3.2 钻孔
钻孔设备采用XY-2型回旋式地质钻机。根据地层的不同，所采用的钻头也不同，土层和砂砾石层钻头采用合金钻头；基岩钻进采用金钢石钻头。
钻孔顺序严格按照分序加密的原则进行，即先钻进下游排，后钻进上游排，各排内先钻Ⅰ序孔，再钻Ⅱ序孔，最后钻Ⅲ序孔。每个单元布置一个先导孔，在该单元I序孔中选取，先导孔应钻取岩芯，统一编号，填牌装箱，并对岩芯情况进行简要描述。
钻孔过程中，为保证钻孔质量，减少钻孔事故的发生，对以下几方面采取保证措施，具体如下。
(1)钻机安放：钻机安放须牢固平稳，竖机垂直；钻孔前埋设孔口套管，防止孔口坍塌。
(2)孔序：先钻下游排，后钻上游排，排内先钻I序孔，再钻II序孔，最后钻III序孔。
(3)孔位：钻孔就位后，孔位偏差不得大于10cm，因故变更孔位时，应征得设计者同意。
(4)孔深：孔深應不小于设计孔深，达到相对不透水层。
(5)孔斜：孔斜控制在整个灌浆工程里至关重要，开孔前对钻机竖机进行垂直度检查，保证钻杆顺直，钻孔过程中孔深在灌浆段以上测斜一次，灌浆段(即岩层)每段测斜一次。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编。
3.3 裂隙冲洗
钻孔结束后，利用钻杆注入大流量的水，由孔底向孔口反水的方法进行钻孔冲洗；然后向孔内下射浆管，射浆管底部距孔口50cm，各孔段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直到回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。
3.4 压水试验
灌浆孔(段)在灌浆前先进行压水试验，通过压水试验结果判断该灌浆孔(段)的渗流量。
各灌浆孔(段)在灌浆前进行简易压水。简易压水也可结合裂隙冲洗进行，当回水清净时即可进行简易压水，压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，待流量达到稳定后开始压水，压水时间为20min，每5min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕荣(Lu)，计算公式如下：
式中：q—透水率，Lu；
Q—压入流量，L/min；
P—作用于试段的全压力，MPa；
L—试段长度，m。
3.5 灌浆
3.5.1 浆液搅拌
①各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度，并作好记录。
②纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，不少于3min；使用高速搅拌机时，不少于30s。本工程帷幕灌浆采用了普通双层搅拌机，搅拌时间均不小于3min，且浆液在使用前过筛，从开始制备至用完时间均小于4h。
3.5.2 灌浆
施工中采用250/50灌浆泵进行灌注，灌浆孔严格按照分序逐渐加密的原则进行，先灌下游排，后灌上游排。排内先灌先导孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。
3.5.3 帷幕灌浆浆液变换
灌浆过程中应严格按照规范规定标准进行浆液变换，具体变换原则如下：
①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。
②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。
③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
3.5.4 帷幕灌浆结束标准
在达到设计压力的情况下，当注入率不大于1L/min时继续灌注60min即可结束灌浆。
3.5.5 封孔
灌浆孔封孔采用“全孔压力灌浆封孔法”封孔，即把孔内浆液置换成水灰比0.5:1的稠水泥浆液，封孔压力采用最后一段灌浆压力，注入率不大于0.4L/min延续60min后结束。
4 灌浆质量检查
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。检查孔的数量为总灌浆孔的10%，一个坝段或一个单元工程内至少应布置一个检查孔。
该水库帷幕灌浆工程共分为11个单元，每个单元布置一个检查孔，共完成检查孔11个，压水试验45段，透水率最大4.40Lu，最小1.20Lu，满足设计规定的不大于5Lu防渗标准要求，表明试验施工参数下的帷幕灌浆满足设计要求。帷幕检查孔取出的岩芯充填密实，强度较高，且多处可见水泥结石。在检查孔压水完毕后的灌浆中，总共灌入水泥1094.75kg，单位注灰5.25kg/m，充分证明灌浆效果良好。
5 帷幕灌浆质量评价
5.1 透水率的分析
上、下游排各序孔的透水率分布情况见表1。
表1 透水率频率分布表
由表1中可知，下游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50以及50～100两个区间，占Ⅰ序孔压水段数的94%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的95%，其中10～50区间内占86%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的100%，其中10～50区间内占82%。
上游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50区间内，占Ⅰ序孔压水段数的78%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的96%，其中10～50区间内占65%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的90%，其中5～10区间内占77%。
由各区间分布可以看出，下游排在10～50区间内的Ⅰ、Ⅱ序孔透水率变化不明显，由此可以说明岩石的裂隙发育程度较大，岩石的可灌性较好。而从总的区间分布来看，在5～10及10～50区间内，随着区间的加大，Ⅰ、Ⅱ序孔所占比例逐渐加大，而Ⅲ序孔所占比例则逐渐减小。由表1中也可以看出，下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为29.85Lu，20.85Lu，16.92Lu；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为21.09Lu，16.50Lu，8.40Lu。
透水率随排序、孔序的逐渐加密而减小，符合灌浆的正常规律，也说明灌浆效果明显。
5.2 单位注入量的分析
各孔的单位注入量见表2。
表2 单位注入量频率分布表
由表2中可知，下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在100～1000区间内，说明岩石的可灌性较好，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内且分布较均匀，占灌浆段数的92%；上游排Ⅰ序孔主要集中在50～100以及100～1000区间内，占灌浆段数的98%，Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内，占灌浆段数的100%，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50区间内，占灌浆段数的91%；下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率在区间100～1000内变化不明显，与压水频率变化相符，也说明岩石的可灌性较好。除此之外，单位注入量频率在各区间内所占比例随灌浆孔序加密而变化明显，说明灌浆效果明显。
下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为180.31kg/m，107.51kg/m，61.36kg/m；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为105.17kg/m，48.06kg/m，19.68kg/m。单位注入量随排序、孔序的加密逐渐减小且变化明显，符合灌浆的一般规律。
6 结束语
总之，帷幕灌浆施工作为隐蔽工程，在施工过程中要确保灌浆质量，就要选择恰当的造孔技术、合适的灌浆压力和灌浆材料、合理的灌浆段长，这样灌浆质量是有保证的。本工程的成功应用表明了，帷幕灌浆技术在水库防渗加固上是可行的，也为今后类似水库防渗加固提供参考。
参考文献
[1] 冉进平.帷幕灌浆施工工艺及效果分析[J].甘肃农业,2007年07期
[2] 孙彦启;刘涛;董飞.帷幕灌浆技术在水库坝基防渗中的应用[J].山东水利,2012年02期
关键词:帷幕灌浆；防渗；施工工艺；质量检查
中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：
与采用混凝土防渗墙、高压喷射截渗墙等方法相比，采用帷幕灌浆解决坝基渗漏，体现出造价低、速度快、对坝体结构影响小、与坝基基岩灌浆容易结合等优点。帷幕灌浆基本原理是帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少地基中地下水的渗透；与位于其下游的排水系统共同作用，还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。笔者结合工程实践，介绍了帷幕灌浆在水库坝基防渗加固中的应用，并总结出了帷幕灌浆施工和质量控制经验，以供参考。
1 工程概况
某水库是以防洪为主，兼顾农业灌溉的小(1)型水库。该水库坝基卵石混合土和表层基岩均属强透水层，且存在顺河向的裂缝，给坝基渗漏留下了隐患。为了解决坝基渗漏问题，设计采用帷幕灌浆进行防渗处理，帷幕灌浆设计为双排三序灌浆孔，梅花型布置，排距2.40m，孔距2.50m，与相对不透水层结合，设计起始压力0.20MPa，设计标准透水率不大于5Lu。
2 施工参数
帷幕灌浆施工前，需通过现场灌浆试验以确定所采用的施工方法、施工参数在技术上的可行性、效果上的可靠性和经济上的合理性，推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比，并选定合理的灌浆压力。该水库坝基防渗选定在帷幕轴线桩号0+204.75～0+216.00段之间进行了双排三序孔帷幕灌浆试验，通过灌浆试验确定的施工方法及参数见表1。
表1 灌浆施工方法及参数
3 施工工艺
帷幕灌浆的施工工艺流程为：
钻孔定位→钻孔→洗孔→压水→制浆→灌浆→封孔→检查。
3.1 钻孔定位
施工前，首先由测量人员根据设计图纸在帷幕灌浆轴线上进行孔位放样，并做好标记，孔位布置如图1所示。
图1 帷幕灌浆孔孔位布置图
3.2 钻孔
钻孔设备采用XY-2型回旋式地质钻机。根据地层的不同，所采用的钻头也不同，土层和砂砾石层钻头采用合金钻头；基岩钻进采用金钢石钻头。
钻孔顺序严格按照分序加密的原则进行，即先钻进下游排，后钻进上游排，各排内先钻Ⅰ序孔，再钻Ⅱ序孔，最后钻Ⅲ序孔。每个单元布置一个先导孔，在该单元I序孔中选取，先导孔应钻取岩芯，统一编号，填牌装箱，并对岩芯情况进行简要描述。
钻孔过程中，为保证钻孔质量，减少钻孔事故的发生，对以下几方面采取保证措施，具体如下。
(1)钻机安放：钻机安放须牢固平稳，竖机垂直；钻孔前埋设孔口套管，防止孔口坍塌。
(2)孔序：先钻下游排，后钻上游排，排内先钻I序孔，再钻II序孔，最后钻III序孔。
(3)孔位：钻孔就位后，孔位偏差不得大于10cm，因故变更孔位时，应征得设计者同意。
(4)孔深：孔深應不小于设计孔深，达到相对不透水层。
(5)孔斜：孔斜控制在整个灌浆工程里至关重要，开孔前对钻机竖机进行垂直度检查，保证钻杆顺直，钻孔过程中孔深在灌浆段以上测斜一次，灌浆段(即岩层)每段测斜一次。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编。
3.3 裂隙冲洗
钻孔结束后，利用钻杆注入大流量的水，由孔底向孔口反水的方法进行钻孔冲洗；然后向孔内下射浆管，射浆管底部距孔口50cm，各孔段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直到回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。
3.4 压水试验
灌浆孔(段)在灌浆前先进行压水试验，通过压水试验结果判断该灌浆孔(段)的渗流量。
各灌浆孔(段)在灌浆前进行简易压水。简易压水也可结合裂隙冲洗进行，当回水清净时即可进行简易压水，压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，待流量达到稳定后开始压水，压水时间为20min，每5min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕荣(Lu)，计算公式如下：
式中：q—透水率，Lu；
Q—压入流量，L/min；
P—作用于试段的全压力，MPa；
L—试段长度，m。
3.5 灌浆
3.5.1 浆液搅拌
①各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度，并作好记录。
②纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，不少于3min；使用高速搅拌机时，不少于30s。本工程帷幕灌浆采用了普通双层搅拌机，搅拌时间均不小于3min，且浆液在使用前过筛，从开始制备至用完时间均小于4h。
3.5.2 灌浆
施工中采用250/50灌浆泵进行灌注，灌浆孔严格按照分序逐渐加密的原则进行，先灌下游排，后灌上游排。排内先灌先导孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。
3.5.3 帷幕灌浆浆液变换
灌浆过程中应严格按照规范规定标准进行浆液变换，具体变换原则如下：
①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。
②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。
③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
3.5.4 帷幕灌浆结束标准
在达到设计压力的情况下，当注入率不大于1L/min时继续灌注60min即可结束灌浆。
3.5.5 封孔
灌浆孔封孔采用“全孔压力灌浆封孔法”封孔，即把孔内浆液置换成水灰比0.5:1的稠水泥浆液，封孔压力采用最后一段灌浆压力，注入率不大于0.4L/min延续60min后结束。
4 灌浆质量检查
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。检查孔的数量为总灌浆孔的10%，一个坝段或一个单元工程内至少应布置一个检查孔。
该水库帷幕灌浆工程共分为11个单元，每个单元布置一个检查孔，共完成检查孔11个，压水试验45段，透水率最大4.40Lu，最小1.20Lu，满足设计规定的不大于5Lu防渗标准要求，表明试验施工参数下的帷幕灌浆满足设计要求。帷幕检查孔取出的岩芯充填密实，强度较高，且多处可见水泥结石。在检查孔压水完毕后的灌浆中，总共灌入水泥1094.75kg，单位注灰5.25kg/m，充分证明灌浆效果良好。
5 帷幕灌浆质量评价
5.1 透水率的分析
上、下游排各序孔的透水率分布情况见表1。
表1 透水率频率分布表
由表1中可知，下游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50以及50～100两个区间，占Ⅰ序孔压水段数的94%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的95%，其中10～50区间内占86%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的100%，其中10～50区间内占82%。
上游排Ⅰ序孔的透水率分布主要集中在10～50区间内，占Ⅰ序孔压水段数的78%；Ⅱ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅱ序孔压水段数的96%，其中10～50区间内占65%，Ⅲ序孔的透水率分布主要集中在5～10以及10～50两个区间，占Ⅲ序孔压水段数的90%，其中5～10区间内占77%。
由各区间分布可以看出，下游排在10～50区间内的Ⅰ、Ⅱ序孔透水率变化不明显，由此可以说明岩石的裂隙发育程度较大，岩石的可灌性较好。而从总的区间分布来看，在5～10及10～50区间内，随着区间的加大，Ⅰ、Ⅱ序孔所占比例逐渐加大，而Ⅲ序孔所占比例则逐渐减小。由表1中也可以看出，下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为29.85Lu，20.85Lu，16.92Lu；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的透水率分别为21.09Lu，16.50Lu，8.40Lu。
透水率随排序、孔序的逐渐加密而减小，符合灌浆的正常规律，也说明灌浆效果明显。
5.2 单位注入量的分析
各孔的单位注入量见表2。
表2 单位注入量频率分布表
由表2中可知，下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在100～1000区间内，说明岩石的可灌性较好，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内且分布较均匀，占灌浆段数的92%；上游排Ⅰ序孔主要集中在50～100以及100～1000区间内，占灌浆段数的98%，Ⅱ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50以及50～100区间内，占灌浆段数的100%，Ⅲ序孔的单位注入量频率主要集中在10～50区间内，占灌浆段数的91%；下游排Ⅰ、Ⅱ序孔的单位注入量频率在区间100～1000内变化不明显，与压水频率变化相符，也说明岩石的可灌性较好。除此之外，单位注入量频率在各区间内所占比例随灌浆孔序加密而变化明显，说明灌浆效果明显。
下游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为180.31kg/m，107.51kg/m，61.36kg/m；上游排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序的单位注入量分别为105.17kg/m，48.06kg/m，19.68kg/m。单位注入量随排序、孔序的加密逐渐减小且变化明显，符合灌浆的一般规律。
6 结束语
总之，帷幕灌浆施工作为隐蔽工程，在施工过程中要确保灌浆质量，就要选择恰当的造孔技术、合适的灌浆压力和灌浆材料、合理的灌浆段长，这样灌浆质量是有保证的。本工程的成功应用表明了，帷幕灌浆技术在水库防渗加固上是可行的，也为今后类似水库防渗加固提供参考。
参考文献
[1] 冉进平.帷幕灌浆施工工艺及效果分析[J].甘肃农业,2007年07期
[2] 孙彦启;刘涛;董飞.帷幕灌浆技术在水库坝基防渗中的应用[J].山东水利,2012年02期