澜沧县小坝子水库工程 拦河坝基础防渗灌浆试验方法及措施

澜沧县小坝子水库工程拦河坝基础防渗灌浆试验方法及措施摘要：水库工程拦河坝基础防渗是保障水库安全运行、发挥正常效益、保护人
民生命安全的重要工程措施之一，特别是对于地质条件复杂、岩性风化破碎严重、砂砾含量较高、可灌性较差的地层选择合理的灌浆方法尤为重要，既能保证基础
防渗的质量又能合理的控制工程投资。

由于建坝地点不同，地质条件存在较大的
差异，合理方法只能通过灌浆试验获得。

关键词：防渗灌浆试验方法措施
1.概况
小坝子水库位于普洱市澜沧县谦六乡南美河的上游河段河段，南美河为黑河
的一级支流，澜沧江的二级支流，属澜沧江水系。

水为总库容1601.9万m3，是
一座农田灌溉的中型水库工程，主要建筑物由拦河坝、导流输水隧洞、溢洪道及
灌溉渠系工程组成。

拦河坝为粘土心墙风化石碴坝，坝顶长215.00m，坝顶宽
7.00 m，最大坝高为56.00 m。

拦河坝基础防渗采用常规帷幕灌浆方案，基础帷幕总长385.5m。

2.帷幕灌浆设计
2.1帷幕灌浆初步设计方案
根据地质资料分析：坝址区地层岩性均为海西末期变晶碎裂含黑云母闪长岩，岩体风化强烈，左右岸均属沙性土质斜坡。

根据初设阶段钻探结果，左岸全风化
带深10.5m～19.5m，强风化带埋深15.5m～32.0m；右岸全风化带深21.0m～
31.0m，强风化带埋深26.5m～41.5m；河床段全风化带深0.0m～13.0m，强风化
带埋深3.3m～21.5m，坝基及两岸岩体为中等～强透水层，因此必须对坝基和两
岸坝肩作防渗处理。

设计阶段拦河坝坝基处理采用常规帷幕灌浆方案，帷幕分主、副帷幕，主帷
幕沿坝轴线布置，副帷幕在主帷幕上游侧，河床段增设一排下游副帷幕，形成河
床段三排帷幕，两岸坝基段两排帷幕，两岸坝基段副帷幕灌浆底界线为强风化基
岩底界，河床段副帷幕灌浆底界深入坝基10.0m。

河床坝基段防渗帷幕长69.0 m，左岸坝基段防渗帷幕长91.5m，右岸坝基段防渗帷幕长54m，主、副帷幕排距为1.2m，孔距均为1.5m，灌浆孔呈梅花状布置。

两岸坝肩防渗处理以满足不存在绕坝渗透变形为原则，采用单排孔布置，左岸坝肩帷幕灌浆轴线与坝轴线为同一条线，向山体方向延长70.5m，右岸沿帷幕灌浆轴线与坝轴线交角为124°，向山体
方向延长100.5 m，灌浆孔距为1.5m。

防渗帷幕线总长385.5 m。

主帷幕灌浆底界线深入相对隔水层3m.0～5.0 m（防渗标准为透水率q＜5Lu）。

2.2帷幕灌浆灌浆试验
2.2.1灌浆试验目的
（1）通过灌浆试验，确定库岸渗漏带和F1断层、坝基等受灌介质的可灌性；
（2）通过灌浆试验确定并推荐灌浆浆液配比和最优水灰比；
（3）通过灌浆试验确定灌浆方法与灌浆工艺；
（4）通过灌浆试验提出施工灌浆所需参数（如灌浆压力、单耗量等）。

2.2.2第一次帷幕灌浆试验
根据设计结合实际情况，本次试验共分四个试验区，一试验区布置于左岸坝肩，为双排孔，排距1.2m、孔距1.5m，共10个灌浆孔，2个检查孔；二试验区
布置于河床部位，有双排孔和三排孔两种两种布置方式，三排孔的排距1.2m、孔距2.0m，双排孔部位孔距1.5m、排距1.2m，共23个灌浆孔，4个检查孔；三试
验区布置于右坡户，为双排孔，排距1.2m、孔距1.5m，共10个灌浆孔，2个检
查孔；四试验区布置在右岸延长线上，为单排孔布置，孔距1.5m，共5个灌浆孔，1个检查孔。

详见第一次灌浆试验一、二、三、四试验区布置图
灌浆试验分三次序，采用孔口封闭孔内循环式灌浆。

段长自上而下依次为
3.0m，5.0m...，灌浆压力每增加一段增加0.15Mpa，超过1Mpa按1Mpa计算，
浆液水灰比：5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1。

（1）第一次灌浆质量成果分析和评价
（a）从灌前透水率分析
第一次灌浆四个验区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均透水率依次为：39.25 Lu、34.54Lu、28.67Lu，灌前透水率Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少12.00％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少36.17％、比Ⅱ序减少16.99％，透水率有递减的趋势，但规律性不明显。

（b）从平均单位注入量分析
第一次灌浆四个实验区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均单位注入量依次为：198.27kg/m、138.11kg/m、113.59kg/m，平均单位注入量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少29.82％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少42.97％、比Ⅱ序减少17.75％，注入量递减规律较明显。

（c）检查孔压水试验
帷幕灌浆检查孔压水试验统计表
从“帷幕灌浆检查孔压水试验统计表”中可以看出，检查孔压水试验平均透水
率在2～14Lu之间，全强风化段平均透水率在6.42～13.37Lu之间，弱风化段透
水率均≤5Lu。

其试验结果整体不能满足设计防渗要求。

3.2.3第一次帷幕灌浆复核试验
（1）帷幕灌浆试验布置及方法
由于全强风化带的透水率达不到设计要求，针对全强风化带进行第一次帷幕
灌浆复核试验，位置选在一试验区左延长线上，布置8个灌浆孔，3个检查孔。

灌浆方法同上，工艺上主要是增加稀浆的注入量。

（2）灌浆质量成果分析和评价
（a）从灌前透水率分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均透水率依次为：72.11Lu、66.14Lu、60.58 Lu，灌前透水
率Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少12.29％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少15.99％、比Ⅱ序减少
8.41％，透水率有递减的趋势，但规律性不明显。

（b）从平均单位注入量分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均单位注入量依次为：197.46kg/m、189.57kg/m、
131.43kg/m，平均单位注入量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少29.82％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少33.44％、比Ⅱ序减少30.67％，注入量有减小趋势，但Ⅰ序孔与Ⅱ序孔递减规律
不明显。

（c）检查孔压水试验
本次复核试验共3个检查孔，压水试验全强风化带平均透水率在5.06Lu～
16.19Lu之间，均为全强风化段。

其试验结果仍不能满足设计防渗要求。

一实验区复核试验检查孔压水试验统计表
3.2.3第二次帷幕灌浆试验
（1）补充要求
小坝子水库坝基帷幕灌浆试验已做过四个试验区，并在左岸第一试验区又补
做了一个复核试验段，检查孔压水试验资料全强风化带均达不到设计要求
（q≤5Lu），有必要再进行帷幕试验，该次帷幕主要补充以下几点要求：（a）本次补做灌浆试验在左坝基上设一个双排试验区，左坝肩上设一个单排
试验区。

由于施工工期较紧，试验布孔选择较少孔数的原则布置，参照孙钊编制
的《大坝基岩灌浆》推荐的布置形式布孔。

（b）灌浆试验中灌浆水泥采用P.O42.5MPa普通硅酸盐水泥。

水泥细度要求
过80μm方筛的筛余量不得大于5%～10%，其它指标满足国标要求。

要求施工方
对普洱市生产三家生产厂家所生产的水泥进行质量检测，选择细度较好的水泥作
为灌浆材料。

（c）灌浆主帷幕线在坝轴线上，坝基段在下游设一排副帷幕，坝肩段为单排
帷幕。

双排孔段灌浆时先灌副帷幕，再灌主帷幕。

（d）双排孔孔距由原设计的1.5m变为1.2m，排距由1.2m变为1.0m。

单排
孔孔距分别为1.5m、1.2m和1.0m。

（e）有盖板覆盖段，第一灌段段长不超过1.5m，第二灌段段长取3m，第三
灌段开始每段5m继续往下灌。

（f）造孔孔径选择在60mm左右。

（g）由于地层特殊，钻孔冲洗孔时间控制在1 min～3min，在施工过程中根
据实际情况灵活掌握。

（h）灌浆压力
灌浆压力采用1.5倍水头控制，现场灌浆施工其灌浆压力以公式P=P0+MD计算。

式中：P—灌浆全压力（MPa）；
P0-表面地段允许的压力（MPa）；
M—灌浆段顶板在岩石中每加深1m所增加的压力值（MPa/m）；
D—当前灌浆段中心至灌段顶岩石厚度（m）。

P0取0.15MPa，全强风化层中M取0.02MPa/m，进入弱风化基岩后M取
0.04MPa/m，超过1.0MPa以1.0MPa计，上部三段压力可根据实际情况≤设计压力，但第四段以下及第四段灌压力均要达到设计压力。

（i）浆液配比采用水灰比为5：1（水：水泥）、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1六个比级。

浆液浓度应遵循由稀到浓的原则，逐级改变，通过试验得出灌
浆介质的最优水灰比及起灌浓度。

（j）每段灌浆结束，至少待凝48h，钻开该段对该段做压水试验，满足设计
要求方可进行下一段灌浆，否则复灌该段，直至满足设计要求。

若3次后仍达不
到设计要求，停止复灌，研究分析原因。

（k）试验结束须提供原孔检测记录。

（2）灌浆质量成果分析和评价
五试验区：
（a）从灌前透水率分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌前平均透水率依次为：92.95Lu、77.09 Lu、33.60Lu，灌前
透水率Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少17.60％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少63.85％、比Ⅱ序减少56.41％，透水率有递减的趋势，规律性明显。

（b）从平均单位注入量分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均单位注入量依次为：202.42kg/m、97.27kg/m、
58.00kg/m，平均单位注入量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少29.82％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少42.97％、比Ⅱ序减少17.75％，注入量递减规律较明显。

（c）检查孔压水试验
本试验区设1个检查孔，检查孔压水试验成果见下表。

五实验区检查孔压水试验成果表
六试验区：
（a）从灌前透水率分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均透水率依次为：24.11Lu、22.09 Lu、18.19Lu，灌前透水
率Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少18.38％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少24.55％、比Ⅱ序减少
17.66％，透水率有递减的趋势，但规律性不明显。

（b）从平均单位注入量分析
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔平均单位注入量依次为：329.00kg/m、245.19kg/m、
134.45kg/m，平均单位注入量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔减少25.82％，Ⅲ序孔比Ⅰ序孔减少89.53％、比Ⅱ序减少59.13％，注入量递减规律较明显。

注入率递减。

（c）检查孔压水试验
本试验区设3个检查孔，检查孔压水试验成果见下表。

六实验区检查孔压水试验成果
五、六试验区共4个检查孔，均为全强风化段带压水试验透水率在5.50Lu～
18.55Lu之间，其试验结果仍不能满足设计防渗要求。

3.2.3第三次帷幕灌浆试验
（1）帷幕灌浆试验布置及方法
由于前面六个试验区所做得的全强风化带透水率达不到设计要求，因此进行
第七试验区试验，布置于一试验区的下方，为三排孔形式，排距1.0m、孔距
1.2m。

上、下两排为固结灌浆，固结灌浆孔深9.5m，分三段灌完，第一灌段段长1.5m，第二灌段段长取3m，第三灌段长5m，采用水灰比为2：1（水：水泥）、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1五个比级。

中间排为帷幕灌浆，深度到相对不透
水层，第一灌段段长1.5m，第二灌段段长3m，第三灌段开始每段5m继续往下灌。

施工时先施工下游排，后施工上游排，最后施工中间帷幕灌浆排。

（2）灌浆质量成果分析和评价
（a）从灌前透水率分析
Ⅰ序孔平均透水率为53.41Lu，II序孔平均透水率为43.62Lu，Ⅰ序孔比II序
孔灌前透灌水率减小18.33 ％。

（b）从平均单位注入量分析
Ⅰ序孔平均单位注入量为211.20kg/m，Ⅱ序孔平均单位注入量为163.90kg/m，Ⅰ序孔与Ⅱ序孔单位注入量减小22.4％。

（c）检查孔压水试验
检查孔压水试验成果见下表。

由于第四段向下是单排孔，第四段压水12.48Lu，第四段是全强风化地层与强风化地层交接部位，且又处于地下水位交界处，地层
较复杂，加检查孔7J-2对第四段、第五段进行检查，均为全强风化段。

其试验结
果仍不能满足设计防渗要求。

七实验区灌前压水检查孔压水对比表
3.3综合评价分析及坝基灌浆建议
3.3.1综合评价分析
小坝子水库拦河坝基础地质条件较特殊，母岩为青灰、暗灰、灰白色变晶碎
裂含黑云母闪长岩，矿物成分主要由斜长石、石英和黑云母构成，全强风化层岩
石因受应力作用发生碎裂，裂缝中被方解石充填，形成无层面风化岩体。

经数次钻孔试验及地质资料显示，小坝子水库坝基地层复杂多变，全强弱风
化明显，变晶碎裂含黑云母闪长岩相混，夹层无规律，透水程度高低不一，灌后
浆液窜动不均匀，但能挤压密实，增强防渗，从灌浆试验后取出的岩芯来看，水
泥浆液与全强风化岩体不能有机的混合在一起，基础吃浆不是裂隙吃浆，而是软
弱夹层挤压密实后储浆。

从第七试验区的成果来看，第五灌段以上的地层为全强风化层，在孔距为
1.2m，排距为1.0m的三排孔时，灌浆后上部三段的检查孔的透水率≤10Lu，中间
第四、五段大于10 Lu，弱风化基岩的透水率≤10Lu。

而上部三段为三排孔灌浆，
中间第四、五段为单排孔灌浆，说明全强风化基础在三排孔灌浆情况下透水率能
≤10 Lu，单排孔较难达到≤10 Lu，弱风化层采用单排孔完全能达到≤5Lu的灌浆效果。

3.3.2坝基灌浆建议
由于小坝子水库坝基岩性为变晶碎裂含黑云母闪长岩，河床段风化较弱，左、右两岸坝基风化较强，全强风化层基本看不到原始的岩层面，在进行常规水泥灌
浆时穿浆效果不好，浆液很难与基础均匀结合，帷幕幕体不均匀，其效果很难达
到透水率≤5 Lu。

（1）左右岸坝基
初步设计时左岸坝基段防渗帷幕长91.5m，右岸坝基段防渗帷幕长54.0m，
主帷幕灌浆底界线伸入相对隔水层3m～5 m（防渗标准为透水率≤5Lu），副帷幕
灌浆底界线为强风化基岩底界。

通过第七试验区的灌浆试验后建议左、右两坝基
采用三排孔布置，孔距为1.2m，排距为1.0m，上、下游排深度至强风化底界，
中间排伸入至相对不透水层3m～5m（防渗标准为透水率≤5 Lu）。

全强风化层灌
浆后的合格标准为透水率由初步设计时的≤5Lu，改为补充设计透水率≤10Lu。

（2）河床坝基
初步设计时河床坝基段防渗帷幕长69.0 m，设计为三排孔灌浆布置，孔距为1.5m，排距为1.2m，上、下排为副帷幕灌，灌浆深度为10m；中间排为主帷幕，灌浆底界伸入至相对不透水层3m～5m（防渗标准为透水率≤5 Lu）。

河床段69.0 m的灌浆按设计三排孔，孔距为1.5m，排距为1.2m，上、下游
排深度为10m，主帷幕伸入至相对不透水层3m～5m，灌浆后就进行坝体回填。

后经打孔检查后，河床部位的防渗能达到初步设计要求的透水率≤5 Lu标准，两
岸上部的全强风化层灌浆后帷幕防渗标准达不到≤5 Lu的要求，弱风化能达到设
计要求。

后经资询、及参建各方的共同研究讨论后，决定河床段在灌浆后防渗标
准达不到设计要求的全强风化层中进行补强灌浆，补强在主帷幕上两灌浆孔之间
增加一孔对全强风化层进行补强灌浆。

（3）左右岸坝肩延长线
初步设计时左岸坝肩沿坝轴线方向延长70.5m，右岸沿与坝轴线方向交角124°延长100.5 m，两坝肩延长段共计171.0m，初设时采用单排孔布置，孔距为1.5m，灌浆底界为伸入相对隔水层3m～5 m（防渗标准为透水率q＜5Lu）。

经过对四试验区、六试验区结合七试验区成果分析，1.2m和1.0m单排孔距均能将全强风化层的透水率控制在10Lu之内，但很难达到≤5Lu。

建议坝肩延长段采用单排孔布置，孔距1.2m，全强风化层灌浆后的合格标准为透水率由初步设计时的≤5Lu改为≤10Lu，弱风化带及以下灌浆后的合格标准为透水率维持初步设计时的≤5Lu不变，灌浆底界仍为伸入相对隔水层3m～5 m（防渗标准为透水率q＜5Lu）。

3.4结论
防渗施工严格灌浆试验要求的程序和方法进行，灌浆过程种也未出现异常现象，2014年小坝子水库通过竣工验收，开始蓄水运行到现在已经6年，从运行观测资料看，下游量水堰观测到的符合库水位上升蓄水量越高渗水量越大的一般规律。

24h无降雨情况下观测到最大渗水量为7.8L/s，满足设计要求，水质清澈无浑浊现象，拦河坝下游坝坡和岸坡均未发现渗水点和潮湿区，证明帷幕灌浆的效果较好达到设计要求。