帷幕灌浆施工技术在水利水电工程施工中的应用

引言：水利水电工程多建于江河峡谷或岩溶发育区，坝基、坝肩及输水建筑物常面临裂隙、断层、岩溶等地质缺陷引发的渗漏问题。渗漏不仅会降低工程效率，还可能引发坝基扬压力超标、山体滑坡等安全隐患问题，威胁着工程的长期运行安全。帷幕灌浆通过向岩体或土体钻孔灌注浆液，形成连续低渗透的防渗帷幕，是解决上述问题的核心技术。随着我国水电开发向深山峡谷、高地震烈度区及岩溶复杂区延伸，帷幕灌浆的技术难度显著增加，亟需对其应用要点与优化策略展开系统研究。

一、项目概述

某流域水电站枢纽工程由混凝土面板堆石坝、溢洪道及引水发电系统组成，最大坝高185m ，水库正常蓄水位 1500m⨀ 。坝址区地质条件复杂，主要如下：坝基为侏罗系砂岩与泥岩互层，受构造运动影响，发育多条缓倾角断层及裂隙密集带；坝肩岸坡存在卸荷松弛带，局部揭露岩溶管道。

本工程防渗设计要求如下所示：坝基帷幕渗透系数 ⩽1×10-5cm/s ，对应透水率 ⩽1Lu ，坝肩帷幕需覆盖卸荷松弛带及潜在滑带，引水隧洞围岩灌浆后透水率 ⩽0.5Lu, 。基于上述需求，本项目采用“坝基+坝肩 + 隧洞”三维帷幕体系，总灌浆量约 8 万 m³ ，其中坝基帷幕深度达基岩下伏隔水层，埋深约 80m ，坝肩帷幕最大深度 120m 。

二、水利水电工程中帷幕灌浆施工技术的难点与应对

（一）复杂地质体的渗透特性差异大

坝基裂隙密集带（透水率高）与断层破碎带（透水率低）共存，岩溶管道（大渗透通道）与微小裂隙（ <0.1mm ）交织，单一灌浆参数难以兼顾不同渗透性地层的防渗需求。基于此，在本项目施工中所引入的应对策略为分区施策。对高透水裂隙带，透水率 >l0Lu ，采用低压浓浆快灌，水灰比2:1，压力 0.3-0.5MPa ，快速填充大裂隙；对低透水断层破碎带，透水率 1-5Lu，采用中压细浆缓灌，水灰比 4:1，压力 0.5-0.8MPa ，确保浆液渗透均匀；对岩溶管道，采用“花管灌浆+后续补浆”，先插入 Φ50mm 花管至管道中心，再高压注入水泥-水玻璃双液浆，封闭管道进出口。

（二）微小裂隙灌浆可灌性差

岩体中宽度 <0.1mm 的微小裂隙占比超 30% ，如坝肩卸荷松弛带，传统水泥浆（粒径约20μm ）难以注入，易形成灌浆盲区。基于此，在本项目施工中所使用的应对策略为引入纳米改性水泥浆。通过添加纳米 SiO2 降低浆液粒径，掺量控制在 3%-5% ，细化至 5μm 以下，同时提高浆液黏度（20-30s，初始黏度），增强对微小裂隙的渗透能力。现场试验表明，纳米改性水泥浆在 0.05-0.1mm 裂隙中的注入率较普通水泥浆提升 40% 以上。

（三）环保要求下的浆液污染控制

工程区紧邻自然保护区，化学浆的VOC（挥发性有机物）排放易造成生态污染，传统水泥浆的碱性废水（ pH>12 ）需达标处理。基于此，在本项目施工中所引入的应对策略为采用环保型混合浆。一方面，限制化学浆使用范围，仅用于透水率 <0.5Lu 的微小裂隙，并选用低VOC 环氧树脂， VOC⩽50g/L ；另一方面，优化水泥浆配比，添加减水剂降低碱含量，并通过沉淀池+中和池处理灌浆废水，pH 降至7-8 后排放，满足《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）要求。

三、帷幕灌浆施工技术在水利水电工程施工中的具体应用

（一）地质勘察与布孔设计

地质条件是帷幕灌浆的基础依据，项目通过“物探+钻探”双手段查明灌浆区岩体特性，针对性设计孔位与参数。在地质勘察中，进行物探测试，采用声波测井、高密度电法及地震CT，圈定裂隙密集带、断层破碎带及岩溶管道。例如，坝基右岸通过地震CT 发现一条长度80m 、埋深 30-50m 的缓倾角断层，为后续灌浆范围调整提供了关键数据。安排钻探取芯，按“加密勘探孔+取芯孔”布置，勘探孔间距 50-100m ，取芯孔间距 20-30m ，芯样采取率 ≈85% 。通过芯样观察及室内试验，确定灌浆区岩体分类：Ⅰ类为完整岩体，透水率＜1Lu；Ⅱ类为较完整岩体，透水率1-5Lu；Ⅲ类为破碎岩体，透水率 5_-20Lu ；Ⅳ类为强破碎/岩溶，透水率 > 20Lu。

基于地质勘察结果，采用分区分类、动态调整的布孔策略。在坝基帷幕方面，针对Ⅲ类与Ⅳ类区，采用梅花形布孔，孔距 1.5–2.0m ，孔深 80m ，深入隔水层 5m ；Ⅰ类区采用行列式布孔，孔距 2.5-3.0m ，孔深 60m 。坝肩帷幕：卸荷松弛带（Ⅲ类）采用 1.8m 梅花形布孔，孔深 120m ，覆盖滑带并延伸 10m ；潜在滑带（Ⅳ类）加密至 1.5m ，孔深 130m 。在引水隧洞方面，围岩以Ⅱ类为主，采用单排孔，孔距 2.0m ，孔深 5m ，隧洞周边 3m ，局部Ⅲ类区加密至1.5m。

（二）钻孔与裂隙冲洗

钻孔精度与裂隙清洁度直接影响浆液扩散效果，项目通过“精准导向+高压冲洗”确保钻孔质量。在钻孔施工中，采用XY-6B 型回转钻机，配备 Φ91mm 钻头开孔，终孔孔径 Φ56mm 。实施孔斜控制，每钻进 5m 测量一次孔斜，坝基孔允许偏差 ⩽1% ，80m 孔深偏差 ⩽0.8m ；坝肩孔允许偏差 ⩽0.8% ， 120m 孔深偏差 ⩽0.96m 。若偏斜超限，立即调整钻机方位，并采用“扶正器+导向钻具”纠偏。及时安排终孔验收，核对孔深、孔斜、孔位，偏差≤5cm，并记录岩芯采取率，Ⅰ类区 ≈90% ，Ⅲ类区 gtrsim80% ，确保钻孔揭露主要渗漏通道。

及时进行裂隙冲洗，在钻孔完成后，采用“高压水冲洗+空气吹扫”联合工艺清除裂隙内岩粉、泥屑，保障浆液与岩体充分接触。设定冲洗压力为灌浆压力的 80% ，即有：坝基灌浆压力 0.8MPa ，冲洗压力 0.64MPa ；坝肩灌浆压力 1.0MPa ，冲洗压力 0.8MPa_⨀ 控制冲洗时间，单孔冲洗 10-15min ，直至回水澄清，含沙量 <1% ，且连续 3 次回水无明显岩粉。适当搭配使用辅助措施，对Ⅲ类、Ⅳ类区，增加空气吹扫，压力 0.5MPa ，持续时间 sinin ，利用气流扰动清除残留岩粉。

（三）灌浆材料选择与制备

材料性能决定浆液可灌性与结石体质量，项目根据不同地质分区选择水泥基为主、化学浆为辅、混合浆应急的材料体系。水泥基浆液适用于Ⅱ类、Ⅲ类岩体，优先选用 P•O42.5 超细水泥，比表面积 ⩾400m²/kg ，粒径 ⩽10μm ，其可灌性较普通水泥提升 30% ，可注入 0.1-0.5mm 裂隙。搭配使用纳米改性水泥浆，针对Ⅲ类区微小裂隙，添加 3%-5% 纳米SiO2，粒径 20-50nm ，细化浆液粒径至 5μm 以下，同时提高黏度，增强对微小裂隙的渗透能力。水泥-水玻璃双液浆用于Ⅳ类区，水泥浆与水玻璃体积比 1:0.5-1:1，凝胶时间 30s⋅5min ，能快速封堵大涌水。低VOC 环氧树脂用于环保敏感区，选择 VOC⩽50g/L 的改性环氧树脂，渗透系数可达 1× 10-8cm/3 s。

在制浆中，水泥基浆液采用行星式搅拌机，先干拌 30s，再加水搅拌 3min ，过筛后存入储浆桶。配制双液浆，控制水泥浆与水玻璃同步搅拌，通过比例泵按设计比值混合，确保凝胶时间均匀。

（四）灌浆参数控制

压力、浓度、顺序等灌浆参数直接影响帷幕连续性，项目采用试灌法确定最优参数，并通过智能系统实时监控。在分序加密施工中，按“先稀孔后密孔、先稀浆后浓浆”分两序施工。Ⅰ类区一序孔间距 3.0m ，二序孔间距 2.5m ；Ⅲ类区一序孔间距 2.0m ，二序孔间距 1.5m_⨀ 。强化控制浆液浓度，遵循“由稀到浓、逐级变换”原则。初始用稀浆打开裂隙，注入率 >5L/min 时不变浓；注入率降至 5-1L/min 时换用中浓浆；注入率 <1L/min 时换用浓浆；注入率 ∠ 0.5L/min 时改用纯水泥浆。

控制灌浆压力控制，实施分级升压，初始压力为设计压力的 60% ，坝基设计压力 0.8MPa ，初始 0.5MPa ；坝肩设计压力 1.0MPa，初始 0.6MPa ，每注入 500L 浆液升压1 次，增幅 0.1MPa ，最终压力不超过岩体承载力的 80% ，软弱岩体 ⩽0.5MPa ，坚硬岩体 ⩽1.5MPa 。在达到设计压力后，保持稳定压力注入，直至注入速率 <0.5L/min 且持续 30min ，完成单孔灌浆。

为更好实现对灌浆参数的控制，提升施工质量，项目配备灌浆参数实时监测系统，通过钻孔内埋设的压力传感器、流量传感器及无线传输模块，将压力-注入率曲线实时上传至监控平台。若出现注入率突增，系统自动报警，技术人员立即分析原因，调整参数后再继续。

（五）特殊地质条件处理

针对岩溶、断层、涌水等复杂地质，项目采用“填充+加固+堵水”组合工艺，确保帷幕连续性。在岩溶区处理中，对于直径 <1m 的小溶洞采用“碎石填充+灌浆”工艺。先向溶洞内投入粒径 5-20mm 的碎石，再灌注水泥-水玻璃双液浆，利用碎石骨架支撑浆液，形成“结石体+碎石”复合固结体，封闭溶洞渗透通道。对于直径 >1m 的大溶洞采用“高压旋喷灌浆”。旋喷管提升速度 0.1-0.3m/min ，喷浆压力 20-25MPa ，浆液采用超细水泥，形成直径 2-3m 的固结体，渗透系数 ⩽1×10-8cm/s. 。

合理处理断层破碎带，实施超前预注浆，沿断层走向布置 3-5 个超前孔，间距 5-8m ，孔深 10m ，注入水泥-水玻璃双液浆，加固断层围岩，再进行主帷幕孔施工。加强主帷幕，主帷幕孔在断层带段加密，孔距 1.0m ，并采用浓浆 + 纳米改性水泥浆双液灌注，确保破碎带被完全填充。

在处理涌水地层时，实施限量灌浆，限制单孔注入量 ⩽10m³, 班，控制压力 ⩽0.5MPa ，避免浆液流失。引入化学浆堵水，对涌水量 >100L/min 的孔段，先注入聚氨酯，快速封堵涌水通道；待涌水减小后，再灌注水泥-水玻璃浆填充空隙。

总结：综上所述，帷幕灌浆是水利水电工程防渗体系的“生命线”，其技术应用需紧密结合地质条件与工程需求，通过材料优选、参数优化及工艺创新，解决复杂地质体灌浆难题。未来，随着智能化监测、新型材料及绿色工艺的发展，帷幕灌浆将向精准化、高效化、生态化方向迈进，为我国水电工程的高质量建设与长期安全运行提供更坚实的技术支撑。

参考文献：

[1]滕守钦.水利水电工程灌浆施工技术与质量管理对策探析[J].中国设备工程,2025,(05):246-248.

[2]邓宁.水利水电工程施工中帷幕灌浆施工技术应用研究[J].水上安全,2024,(10):157-159.

[3]孙灵.水利水电工程施工中帷幕灌浆施工技术应用研究[A]2024 年智能工程与经济建设学术会议论文集（能源工程与环境保护专题）[C].江西省工程师联合会,江西省工程师联合会,2024:4.

[4]徐玺坤.水利水电工程施工中帷幕灌浆施工技术的应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2024,(14):185-187.