帷幕灌浆与高压旋喷技术在水库坝体加固中的参数优化与应用

王晓山

身份证：220724197407054214

摘要：针对中小型老旧均质土坝普遍存在的坝体疏松、孔隙发育、坝基渗流、坝肩绕渗等病害问题，单一加固技术存在治理不彻底、适配性差、后期易复发等缺陷。为提升水库坝体整体性、密实度与防渗稳定性，本文结合实际病险水库除险加固工程，采用帷幕灌浆与高压旋喷组合加固工艺，对传统施工压力、浆液配比、提升速度、布孔间距等核心参数开展系统性优化。

关键词：水库坝体加固；帷幕灌浆；高压旋喷；参数优化；防渗治理

0 引言

我国多数中小型均质土坝修建于20世纪中后期，受限于当时设计标准、施工设备与技术水平，普遍存在填筑压实不均匀、防渗体系不完善、基岩处理简陋等先天施工短板。水库长期在水位涨落、干湿交替、水压渗透、雨水冲刷等复杂工况下运行，坝体内部土体逐渐松散，微裂隙持续发育贯通，极易形成隐蔽渗流通道，引发坝体渗漏、坝基渗透变形、坝肩绕渗等病害，严重时会造成坝体沉降、局部滑移，对水库防洪蓄水安全形成极大威胁。

1 工程概况与病害特征

本次研究依托某县域小型综合利用水库除险加固工程，该水库为均质土坝结构，坝顶总长286m，最大坝高18.5m，总库容82万m³，主要承担区域农业灌溉、村镇生活供水与汛期防洪调蓄任务。水库投运近三十年，未开展系统性除险加固治理，经安全鉴定评定为三类病险水库。场区表层为粉质黏土与人工填筑土，下层为强风化基岩，岩层裂隙发育、透水性较强，库区地下水与库水水力联系紧密，为渗漏病害发育提供了水文地质条件。

经现场排查与地质探测，水库坝体存在典型复合型病害：坝体浅层填筑土压实度不足、土体疏松、孔隙率大，坡面多处存在湿润渗水现象；坝基基岩裂隙发育，存在持续性深层渗流问题，坝后坡脚常年积水；坝肩与山体结合部位填充不密实，汛期高水位绕渗现象突出。多重病害叠加导致水库蓄水效益下降，坝体整体安全储备不足，亟须开展加固防渗综合治理。

2 传统施工技术存在的问题

传统水库坝体加固多采用单一帷幕灌浆工艺，施工参数多依靠经验设定，存在明显技术短板。其一，传统灌浆布孔间距偏大、灌浆压力不足，浆液扩散范围有限，无法充分填充浅层坝体松散土体孔隙，仅能实现表层封堵，深层隐蔽渗流通道治理不彻底；其二，固定浆液配比适配性差，无法根据土体疏松程度、裂隙大小动态调整，大裂隙填充不饱满、微裂隙浆液渗透困难，固结体密实度参差不齐；其三，施工工序简单，未实行分序加密施工，易出现漏灌、虚灌问题，防渗帷幕连续性、完整性不足。

单纯高压旋喷技术虽能有效固结浅层松散土体，但高压喷射作用易对老旧坝体原生结构造成轻微扰动，且对深层基岩裂隙封堵效果薄弱，单独使用无法解决坝基深层渗漏问题。两种单一技术的局限性，导致传统加固工程普遍存在治标不治本、病害复发率高、整体稳定性提升有限等问题，难以满足老旧水库长效安全运行要求。

3 核心施工参数优化设计

结合本次水库深浅层复合型病害特征，确立“高压旋喷固结坝体浅层、帷幕灌浆封堵坝基深层”的组合施工方案，针对两类技术核心参数进行精细化优化，实现优势互补、全域治理。

3.1 高压旋喷技术参数优化

高压旋喷技术主要用于坝体浅层松散土体固结加固，优化后喷射压力设定为20～22MPa，相较于传统16～18MPa施工压力，有效提升浆液切割渗透能力，能够充分填充土体微小孔隙与裂隙。浆液采用普通硅酸盐水泥浆液，统一水灰比1:1，兼顾浆液流动性与固结后土体强度，适配坝体填土加固需求。旋喷提升速度优化为0.6m/min，旋转速度控制在25r/min，匀速施工保障浆液扩散均匀，避免出现局部固结盲区。施工采用分段搭接工艺，上下搭接长度不小于0.5m，确保浅层固结体连续完整，彻底解决坝体土体疏松、浅层渗水问题。

3.2 帷幕灌浆技术参数优化

帷幕灌浆聚焦坝基深层防渗治理，对布孔、压力、浆液、工序进行全方位优化。布孔采用梅花形布设，孔距由传统2.0m缩减至1.5m，排距1.2m，加密布孔提升防渗帷幕整体连续性。钻孔深度穿透强风化岩层，深入完整基岩不小于3.0m，彻底覆盖深层渗流通道。灌浆压力实行分层差异化控制，浅层风化岩层灌浆压力0.3～0.5MPa，深层完整基岩灌浆压力提升至0.6～0.8MPa，在不扰动坝体结构的前提下，保障浆液充分填充基岩裂隙。

浆液采用水泥黏土混合浆液，根据裂隙大小动态调整水灰比，控制在0.8:1～1.2:1之间，大裂隙采用浓浆快速填充，微裂隙采用稀浆渗透浸润，大幅提升裂隙填充密实度。施工采用分序加密、自上而下分段灌浆工艺，先施工Ⅰ序孔、后施工Ⅱ序孔，逐级补强，每段灌浆完成后稳压闭浆30min以上，有效规避浆液回流、固结不密实等缺陷，形成连续、稳定、密实的地下防渗帷幕。

4 组合施工工艺流程

本次工程严格按照“前期勘察定位→场地平整放线→高压旋喷浅层固结→帷幕灌浆深层防渗→坝肩封堵补强→排水系统优化→质量检测验收”的标准化流程施工。施工前通过地质探测精准定位病害区域，精准划定旋喷加固区与帷幕灌浆区，避免盲目施工。浅层区域优先开展高压旋喷施工，完成松散土体固结，提升坝体整体密实度；随后开展深层帷幕灌浆施工，封堵坝基渗流通道；最后针对坝肩绕渗区域进行固结灌浆与回填夯实补强，同步优化坝后排水体系，形成“防渗+排水”协同治理模式，全方位提升坝体稳定性。

施工全过程落实质量管控，对原材料、钻孔精度、灌浆压力、浆液配比等关键工序全程旁站监督，隐蔽工程全程影像留存，分段验收合格后方可进入下一道工序，从源头杜绝施工质量缺陷。

5 工程应用效果分析

5.1 防渗效果显著提升

工程竣工蓄水试运行6个月监测数据显示，优化组合工艺治理效果突出。治理前水库高水位工况下总渗流量达8.5L/s，坝后渗水点多、湿润区域广；治理后坝体、坝基、坝肩无明显渗水现象，稳定渗流量降至0.8L/s以内，渗漏治理降幅超90%。现场压水试验结果表明，坝基岩体透水率全部满足规范合格标准，防渗帷幕完整连续，根治了深层隐蔽渗漏病害。

5.2 坝体结构稳定性改善

高压旋喷工艺有效固结了坝体浅层松散土体，大幅提升坝体填筑密实度与整体性，消除了土体孔隙、空洞等结构缺陷；帷幕灌浆彻底封堵深层基岩裂隙，有效降低坝基渗透压力，杜绝了渗透变形、管涌等安全隐患。试运行期间，坝体沉降、位移数据稳定无异常，无开裂、滑移现象，坝体抗滑、抗倾覆稳定系数显著提升，整体安全储备大幅增强。

5.3 工程综合效益突出

本次参数优化组合工艺无需大规模拆除重建，施工周期短、施工扰动小、造价经济，相较于传统单一加固工艺，病害治理更彻底、长效性更强。工程完工后，水库蓄水功能全面恢复，水资源流失问题彻底解决，有效保障了区域灌溉与供水稳定，大幅降低水库后期运维与病害修复成本，同时规避了渗漏引发的大坝安全风险，具备良好的经济效益与社会效益。

6 结论

针对中小型老旧水库坝体浅层松散、坝基深层渗漏的复合型病害问题，单一灌浆技术存在明显治理短板。本文优化整合高压旋喷与帷幕灌浆组合工艺，通过精细化调整施工压力、浆液配比、布孔参数、施工工序，实现了浅层土体固结补强、深层裂隙防渗封堵的分层精准治理。优化后的施工方案有效弥补了传统技术的不足，大幅提升了坝体密实度与防渗性能，根治水库渗漏病害，显著增强大坝整体结构稳定性。该套参数优化方案适配中小型老旧均质土坝加固改造工况，施工可控性强、治理效果持久、推广成本低，可为同类病险水库除险加固工程提供可靠的技术参考与实践借鉴。

参考文献

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