加压充填灌浆在土坝中的运用

加压充填灌浆在土坝中的运用
作者：四川省水利水电工程局地基处吕钏 qq：
第一章工程概述
关门石水库位于邻水县芭蕉河一级支流小西河上，坝址位于邻水县城北镇朱家村境内关门石一带，是一座具有防洪、灌溉及城北供水等综合效益的中型水库，该水库枢纽工程由主坝、副坝、导流泄洪洞、放水洞
等建筑物组成。

主坝为风化泥岩心墙堆石坝，河床砼齿槽建基高程358.7米，设计坝顶高程400.8米，最大填筑体坝高42.1米，防浪墙顶高程401.7米，坝顶宽度8米，坝顶长度203.4米。

上游坝坡1:1.7，下游坝坡1:1.8，最大
坝底宽度158米。

关门石水库工程于2001年3月24正式开工，修建导流泄洪隧洞和放水隧洞，至2002年8月16日导流洞和放水洞全部完建，2003年2月20日主坝基础开始开挖，2003年9月28日大坝开始填筑，2004年3月完成主坝和副坝坝体填筑，2004年6月5日完成主副坝观测设施的埋设。

经近一年的蓄水观测，主坝风化泥岩心墙存在局部渗水现象，经四川省水利厅审查批复，同意采用加压充
填灌浆方案对主坝心墙进行防渗补强处理。

第二章设计简况
根据四川省水利厅批复的《关门石水库渗水原因分析及防渗处理设计报告（四川水利设计院）》，对关门石水库大坝心墙采用加压充填灌浆来进行防渗处理。

因防渗补强处理属隐蔽工程，为充分论证灌浆施工的可行性，施工前应先进行加压充填试验，以确定灌浆参数，包括合理的孔、排距，灌浆压力、浆液浓度，保证灌浆质量。

另一方面，也为设计提供资料，有利于优化设计节约工程投资。

试验工作自三月二十二日开灌以来，因试验区复灌次数多,按施工工艺技术要求，灌浆试验要五月中旬才能完成。

因汛期即将到来，2006年4月20日四川省水利厅主持了由省厅专家、四川省水电勘测设计研究院、四川省水利电力工程局、四川省水电工程建设监理中心、省水利厅质监站、邻水县人民政府、关门石水库工程指挥部等单位参加的联席会议，与会同志就有关问题进行了认真的讨论，根据会议记要精神，四川省水电勘测设计研究院于2006
年4月23日，调整了设计方案，设计方案如下：
一．坝体加压充填灌浆
1.灌浆材料
用双洞坪和副坝土料按4：6的比例混合后掺和15%的水泥作为灌浆原材料。

2.孔位布置
加压充填灌浆孔布置在关门石水库主坝0+002～200m范围内,双排梅花形布置,排距1.2米,上下游排各距坝
轴线0.6米,孔距2.0米。

3.孔深
0+045～0+120m 范围内加压充填灌浆处理至382米高程; 0+002～0+045m、 0+120～0+200m范围内处理至
坝底砼压重体的顶部。

4.孔向
孔向为900。

5.段长
心墙加压充填灌浆，段长控制在5-10米。

孔深大于10米的孔,分段后每段段长不大于10米; 孔深小于10
米的孔,作一段加压充填灌浆处理。

6．灌浆压力及分序情况
心墙加压充填灌浆压力不超过0.2Mpa；分两序进行，先上游排一序，再二序；后下游排一序,再二序。

7．每次灌浆间隔不少于2天。

8．灌浆结束标准
以复灌不加压，无压复灌不吸浆作为结束标准。

二．帷幕灌浆
1．处理范围
坝基帷幕补强灌浆根据省厅审查意见及设计技术交底会议记要、先实施了9个基础帷幕补强灌浆先导孔（详见附件一），根据先导孔灌前压水试验资料分析确定，汛前仅对0+139.5m～0+175.50m范围实施帷幕补强
灌浆。

2．单排，孔距2.0米。

灌浆轴线距坝轴线上游0.6米，分3序进行施工。

灌浆工艺、压力、配合比、结束标准等参数均按《水工建筑物水泥灌浆技术规范（DL/T5148-2001）》实施。

第三章加压充填灌浆施工
根据2006年1月四川省水利设计院《邻水县关门石水库大坝心墙加压充填灌浆试验任务书》要求，四川省水利电力工程局地基工程处于2006年1月20日进场，开展工程前期准备工作。

因副坝料场粘土砂粒含量大于规范要求，为此2006年2月10日、业主、监理、施工、设计单位经现场踏勘后确定选用罗过铺双洞坪土料送检。

2月16日双洞坪土料物理化学试验结果表明其粘土土样粘粒含量最大值68.4%，最小值60.3%，超过规范要求的20%~45%的范围。

工程指挥部根据设计单位将罗过铺和副坝料场混合后进行试验的意见于2006年2月23日将二料场的土料按3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3的比例送重庆岩土工程检测实验中心进行实验，根据检测报告确定心墙加压充填灌浆材料采用双洞坪料场和副坝料场4∶6比例混合后的粘土土
料。

3月4日罗过铺双洞坪土料运达工地现场，3月7日所有前期工作就绪，心墙加压充填灌浆试验开始。

截止4月19日,A试验区上游排第二段[0+044～0+054m]平均单位注浆量3.53m3/m（Ⅰ序孔4.14m3/m、Ⅱ序孔2.69m3/m）；B试验区上游排第二段[0+130～139 m] 平均单位注浆量7.77 m3/m（Ⅰ序孔7.94 m3/m、Ⅱ序孔7.5 m3/m）。

其间进行了三次泥浆性能测试，测试各项指标均满足《土坝坝体灌浆技术规范SD266-88》的要求（具体指标详见附件二）。

由于两个试验区复灌次数多，灌浆试验预计要5月底才能完成，汛期已临近，如果汛前不能完成大坝心墙加压充填灌浆将满足不了安全渡汛的要求。

为此四川省水利厅于4月20日召集了各参建单位参加的现场办公会，会议决定不再继续进行心墙加压充填灌浆试验工作，在灌浆原料中掺和15%的水泥，使浆液加快凝固，并立即开展心墙加压充填灌浆生产孔施工。

根据水利厅现场办公会议精神，四川水电勘测设计研究院于4月23日发出《关门石水库大坝防渗处理局部调整函》，按照调整后
的设计方案，工程实施情况如下：
一、灌浆材料：
用双洞坪和副坝土料按4：6的比例混合后掺15%的水泥作为灌浆原材料。

水泥为利森p.o32.5R硅酸盐水泥。

其各项指标均要满足于国家标准要求（详见附件三）。

二、施工工艺流程
采用孔口封闭自下而上分段灌浆的灌浆工艺。

其工艺流程为：测放孔位-钻机就位-钻砼-坝体心墙钻孔-下
导管-加压充填灌浆-封孔。

1、钻孔
先进行上游排一序，后二序；再下游一序，最后二序。

孔距2.0米,排距1.2米（上下游各距坝轴线0.6
米）。

对只分一段的灌浆孔造孔，使用￠91mm的合金钻头将砼和心墙钻孔至1.3m，将一根1.8米长,￠89mm的地质导管下入孔内，再用￠75mm合金钻头钻至终孔，钻孔结束后安装好孔口封闭器，并用SY-2B钻机向下挤压5-10cm。

对于分段灌浆的深孔，因为涉及到下入多层导管,开孔孔径根据需要选定：先下最大一级，后
下小一级，下完后使用￠75mm的钻具钻至终孔深度。

2、灌浆
对于不分段的灌浆孔，孔钻进至结束后将孔口封闭器安装好,将￠25mm的高压射浆管下至孔底后提升0.5米,连接送回浆管,安装压力表后进行灌浆。

对于分段的灌浆孔，自下而上分段灌浆，灌结束一段，提升导
管和射浆管一段，直至全孔灌浆结束。

3、灌浆结束标准及封孔
灌浆结束主要以灌入量和压力为控制标准，在一次灌浆灌入量为零，压力为0.2Mpa的情况下灌浆即可结束。

灌浆结束后，先将掺15%的水泥的粘土浆注入孔内,待其初凝后用手揉和￠2-3cm的粘土球，人工分层夯实直至封满，坝顶砼部分则先用人工将孔内清洗、打毛后再用C30砼浇筑。

4、坝体位移和沉降观测
在灌浆的同时，进行坝体位移和沉降观测。

分别在坝上、下游桩号0+050m、0+100m、0+130m、0+170m,高程391.5m处对称布置8个位移和沉降观测点，观测成果详见附件四。

5、特殊情况处理
在每段灌浆结束后，因灌入孔内水泥粘土浆凝固时间较快，需在每次灌浆后将孔内射浆管全部取出，用水
冲洗干净后再放入孔内。

6、泥浆凝固情况观测
2006年4月22日，用制成的粘土浆（比重为1.53t/m3）按掺和18%、15%、12%、10%及8%的水泥做了室内泥浆凝固观测试验，试验期间室温20～28℃，试验结果为：掺和18%、15%的水泥粘土浆初凝时间为3～5小时；掺和12%、10%、8%的水泥粘土浆初凝时间为7～12小时；掺和18%、15%的水泥粘土浆凝固时间为20～23小时；掺和12%、10%、8%的水泥粘土浆凝固时间为3～7 天（详见附件五）。

由此看出，掺和水泥的粘土浆液，比例越大，初凝时间越短；反之掺和比例小，凝固时间也较长。

2006年6月11日在2-2-31号孔灌浆24小时后，取出孔内的泥浆观察，灌入泥岩心墙内的水泥粘土浆已初凝。

在对上游排灌入量小，采用纯粘土浆灌浆的1-2-18、1-2-19、1-2-24、1-2-26、1-2-27、1-2-28
及试验区SA1-1-2号孔补灌水泥粘土浆钻进过程中，从钻孔取出的孔内泥浆观察：坝顶以下6-8米以上段的泥浆已具可塑性，6-8米以下段泥浆已基本凝固。

从上述情况可知，灌注纯粘土浆液是可行的，但凝固时间较长，掺和水泥后的浆液凝固时间较短，有利于水库提前蓄水。

三、灌浆成果
关门石水库加压充填灌浆工程自二零零六年三月七日开工，六月二十日灌浆结束共计完成生产孔钻孔199个，3170.04米，灌浆2936.54米；抬动观测孔钻孔37.3米；泥浆固结观察孔十个，134.14米，灌浆121.14米。

生产孔注入泥浆1759.26m3,注入水泥76640.61kg，平均单位注浆量0.60m3/m，平均单位干料重0.5T/m。

上游排孔注入泥浆1548.16m3，平均单位注浆量1.05m3/m [其中上游排一序孔注入泥浆974.6m3，平均单位注浆量1.32m3/m；上游排二序孔注入泥浆573.56m3，平均单位注浆量0.79m3/m]；下游排孔注入泥浆211.1m3，平均单位注浆量 0.14m3/m[下游排一序孔注入泥浆166.5m3，平均单位注浆量0.22m3/m；下游排二序孔注入泥浆44.6m3，平均单位注浆量0.06m3/m]详见附件六，生产孔与试验区比较注入量较小，其主要原因一是灌浆压力小于试验压力0.45Mpa；二是注入材料为纯粘土浆；三是坝体横向地质条件也存在差异，但从生产孔灌浆的总体情况来看，上游排灌入量大于下游排灌入量，而同排孔灌浆
一序大于二序，符合灌浆规律，表明灌浆效果良好。

第四章帷幕补强灌浆施工
帷幕补强施工
1. 灌浆材料
用p.o32.5R硅酸盐水泥作为灌浆原材料。

2. 孔位布置
帷幕灌浆孔布置在关门石水库主坝0+016～176m范围内,单排、灌浆轴线距坝轴线上游0.6米,孔距2.0米。

3.孔深
根据设计要求，孔深分别由21.1米至48.2米。

4.孔向
孔向为900。

5.段长
帷幕灌浆接触段段长不大于2米/段，其他段段长原则上不大于5米/段。

6．压水、灌浆方法
帷幕先导孔压水采用钻一段，压一段的方法；生产孔采用自上而下综合压水法。

帷幕先导孔和补强灌浆均采用自下而上分段灌浆法。

7．灌浆压力及分序情况
根据设计要求帷幕灌浆压力不低于1.5倍水头。

压水压力为同段灌浆压力的80%。

分三序进行，先一序，
再二序，最后三序。

8．灌浆工艺、压力、配合比、结束标准等参数均按《水工建筑物水泥灌浆技术规范（DL/T5148-2001）》
和技术要求严格实施。

二. 帷幕灌浆先导孔施工
根据设计通知,报经监理部审批后在左坝段0+016；0+024m处，河床段0+080m、0+088m、0+096m处，
右坝段0+0158m、0+0174m处按设计孔深进行了帷幕先导孔钻孔、压水及灌浆工作。

共计完成灌浆92.6m。

压水进行了23段，其中小于5个吕荣值22段，大于5个吕荣值孔1段（0+158m处先导孔第二段，试段高程为380.5m～375.5m），压水为17.5个吕荣值。

该试段灌浆水泥单位耗灰量为39.7Kg/m。

在0+158m处先导孔灌浆结束后，分别在0+0156m，0+160m，平行于灌浆轴线上补充两个先导孔，压水试验各段次吕荣值
均满足规范要求小于5吕荣。

三．帷幕补强灌浆施工
在桩号0+140～0+160m、0+172～0+176m处布置了10个基础帷幕补强灌浆孔（单排、灌浆轴线距坝轴线上游0.6米、孔距2米），基础补强灌浆底部高程为370米，分三序施工。

在施工过程中对每一孔段进行灌前压水试验，除2-1号孔（桩号0+146m），孔深19.2～21.2
米（高程381.6～379.6米）段灌前压水为6.63吕荣（该段灌浆单位注灰量为0.75公斤/米）外，其余各
孔段压水试验小于5个吕荣值。

四．帷幕补强灌浆成果
2006年5月28日基础帷幕补强灌浆孔钻灌结束，共完成基础帷幕补强灌浆先导孔9个、生产孔10个，共计钻孔307.2米、灌浆208.61米。

灌前压水46段，其中：小于1个吕荣的28段；1～5个吕荣的16段；大于5个吕荣的2段（其中0+158先导孔1段，0+146生产孔1段）。

19个孔共计注入水泥677.91公斤，平均单位注灰量3.25公斤/米，1序孔平均单位注灰量为4.59公斤/米，2序孔平均单位注灰量为3.16公斤/米，3序孔平均单位注灰量为1.96公斤/米（详见附件七）。

第5章质量检查及效果评述
一、心墙加压充填灌浆
按照规范要求，灌注纯粘土浆的土坝灌浆质量检查宜在灌浆结束1年后进行，为了解掺和水泥后粘土浆的凝固情况和灌浆效果，2006年6月9日由指挥部主持由各参建单位参加的联席会议，经研究决定在大坝轴线上，桩号0+019m、0+137m和0+175m米处实施3个泥浆观测检查孔，并分段进行注水试验以检查心墙灌浆质量。

经检查各孔段注水试验渗透系数均小于设计要求的5.0×10-6cm/s，各孔段注水试验成果见下表：
孔号桩号
（m）段次段长（m）高程（m）渗
透系数
（cm/s）
J1 0+019 1 1.3～5.3 399.5～
395.5 4.96×10-7
2 5.1～9.
3 395.7～
391.5 9.07×10-7
3 9.3～12.6 391.5～
388.2 2.34×10-7
J2 0+137 1 1.2～5.3 399.6～
395.5 9.46×10-7
2 5.3～9.
3 399.5～
391.5 2.98×10-6
3 9.2～13.5 391.6～
387.3 1.3×10-6
4 13.5～17.7 387.3～
383.1 2.64×10-7
J3 0+175 1 1.3～5.3 399.5～
395.5 1.41×10-7
2 5.3～9.
3 395.5～
391.5 1.28×10-6
3 9.3～13.7 391.5～
387.1 1.18×10-7
从灌入量（心墙加压充填灌浆平均单位注浆量0.60m3/m）和检查孔注水试验来看，心墙局部不密实的情况
通过灌浆已经得到改善，灌浆效果较好。

二、帷幕补强灌浆
关门石水库帷幕补强灌浆工程，灌前压水46段，其中小于5个吕荣值的44段，灌浆前已达到合格标准，在生产施工中严格按规范和技术要求实施，不再进行检查孔施工。

从灌浆前的压水试验情况来看，前期帷幕灌浆已基本满足设计要求。

从此次灌浆个别段灌入量较大的情况分析，帷幕补强灌浆对个别部位的补强
作用是明显的，灌浆效果较好。

第六章单元工程程序质量评定
主坝心墙加压充填灌浆工程共完成211个孔，划分为7个单元工程，经过施工单位自评、监理工程师复评，
各个单元的施工工序的评定结果为：
211个孔全部合格，优良孔202个。

7个单元工程全部合格，优良单元7个。

帷幕补强灌浆工程共完成19个孔，划分为1个单元工程，经过施工单位自评、监理工程师复评，施工工序
的评定结果为：
19个孔全部合格，优良孔17个。

2．1个单元工程合格，优良单元1个。

第七章结束语
关门石水库主坝防渗处理工程，在业主、设计、监理的大力支持下，克服种种困难，于二00六年六月二十三日全面完成。

对于施工工艺及工序，监理部进行了全过程旁站监理，通过施工单位的自评和监理工程师
的复评，施工质量满足了设计要求。

从灌浆前的压水试验情况来看，前期帷幕灌浆已基本满足设计要求。

从此次灌浆灌入量分析，帷幕补强灌
浆对个别部位的补强作用是明显的，灌浆效果较好。

从灌入量来看（心墙加压充填灌浆平均单位注浆量0.60m3/m），大坝心墙局部存在不同程度的不密实情况，经过心墙加压充填灌浆处理后，不密实的情况已经得到改善，灌浆效果是好的。

同时，由于灌入心墙内的是掺和15%水泥的粘土浆，虽然对水库汛前蓄水有利，但浆液凝固后的防渗效果，尚无经验可以借鉴，渗漏问题是否彻底根治，需进一步蓄水检验。

希望水库管理部门加强水库的
日常运行观测，确保水库效益正常发挥。