邢书龙，王树生，白玛曲宗

(1.中国水电基础局有限公司，天津，301700；2.中国水电基础局有限公司西藏分公司，拉萨，850000)

1 倒序灌浆法的提出

某水库工程属于西藏高寒缺氧、条件极为艰苦的四类地区，冬季时段长，气温极低，夏季降雨多，受区域异常恶劣的环境和气候条件影响，项目可正常有效施工的持续时间短，黄金施工时段一般只有6个月(每年5-10月)。工程主体施工内容包含大坝两岸高边坡抗滑桩、大坝坝基与两岸岸坡开挖、大坝基础帷幕灌浆、坝基心墙基座混凝土以及沥青心墙砂砾石大坝填筑等。施工中若按常规工序组织，需先完成左右岸高边坡抗滑桩施工，再进行两岸坝体及坝肩槽开挖与支护，浇筑基座混凝土后才开展大坝基础固结和帷幕灌浆施工，灌浆需在第二年5月才进行。但在实际施工组织中，由于涉及左右岸高边坡永久安全稳定问题，设计需对其进一步安全稳定验算和深化研究，导致左右岸高边坡的设计图纸短期内不能提供，迫使工程面临施工受限，人员设备窝工，施工成本无限增大等诸多不利因素问题。在此情况下，项目综合考虑各项施工特点和现场环境条件等，通过对总体施工规划充分论证与优化布置，提出采取倒序灌浆施工法施工，先完成大坝基础帷幕灌浆和深基坑工程施工，后期再根据实际施工条件完成高边坡抗滑桩、大坝左右岸岸坡开挖与锚索支护、基座混凝土浇筑以及固结灌浆等顺序进行施工。如此既能克服前期施工受限的诸多不利影响因素，又能在保证安全、质量的前提下加速工程整体建设速度。

2 倒序灌浆法试验研究

2.1 工程地质

2.2 设计防渗体系

大坝基础釆用帷幕灌浆进行防渗，沿大坝轴线布置1排帷幕灌浆，孔距为1.5m，帷幕防渗标准按q<5Lu控制，伸入5Lu线以下5m，帷幕深度为13m～60m，灌浆最大压力为2.0MPa。大坝防渗体通过心墙基座混凝土与下部帷幕灌浆和上部沥青混凝土心墙连接，基座底宽4.0m，顶宽5.5m，高1.5m，基座混凝土内设置两排固结灌浆，固结灌浆排距2.0m，孔距2.5m，梅花形布置，固结深入基座混凝土底部岩体10m。两岸坝基帷幕灌浆延伸至水库正常蓄水位与5Lu线相交处，同时考虑引、泄水建筑物灌浆施工要求，对左、右岸坝顶向山体延伸段通过设置灌浆平洞方式对两岸坝肩进行帷幕灌浆防渗处理。

2.3 倒序灌浆法试验

2.3.1 灌浆试验内容

施工前或施工初期宜进行生产性灌浆试验[2]。在倒序灌浆法提出后，结合现场实际条件和工程地质，在大坝右岸II级阶地上组织开展了帷幕灌浆施工生产性试验，生产性试验主要针对在原始地层条件下，采用无盖重混凝土，覆盖层内镶注孔口管进行下部基岩灌浆。生产性试验主要验证以下内容：

(1)镶注孔口管至设计灌浆顶高程，确定适宜的覆盖层灌浆孔口管镶注方法；

(2)结合工程地质、设计灌浆参数和技术要求，通过生产试验验证能否达到设计灌后小于5Lu的防渗标准，并确定适宜本工程的灌浆工艺和参数；

(3)灌浆完成后按设计开挖至建基面高程，浇筑基座混凝土，进行固结灌浆施工，然后施做检查孔，验证基座与基岩面接触部位防渗效果。

2.3.2 灌浆试验成果

按照倒序灌浆施工方法，结合设计帷幕灌浆施工图纸、设计技术要求和现场实际施工条件等完成了生产性灌浆试验。根据灌浆试验成果，结合工程质量、进度和成本等综合分析，确定了适宜本工程灌浆的施工工艺、参数和有关方法等，并组织专家指导，对工程防渗帷幕进行了修改与调整，具体成果为：

(1)经对覆盖层内镶注孔口管深度和灌浆方法等研究，确定孔口管镶注至设计灌浆顶高程以上0.2m，再进行下部基岩灌浆比较合适，且有利于保证设计建基面的灌浆质量。基槽开挖时按设计建基面开挖，镶注的孔口管可直接挖掉，对基座下部灌浆毫无影响，若按常规的孔口管镶注方法，开挖时对建基面扰动较大，甚至需要补强灌浆。

(2)本工程为泥质板岩地层，强风化层厚，地质条件差，结合类似工程施工经验，组织实施了单、双排常规水泥和单排超细水泥灌浆试验。经试验成果及质量检查分析，并结合专家咨询意见，将原设计单排帷幕调整为了双排，排距为1.0m，孔距1.5m，增加灌浆段约1.6万m，为常规水泥灌浆。

(3)按倒序灌浆法对基岩灌浆施工结束后，按设计建基面和基座混凝土结构线进行坝基开挖，至设计基面上部20cm左右，再用人工清除，减少下部已灌浆段的基岩扰动，可确保防渗质量。经开挖完成浇筑基座混凝土后，按设计进行双排固结灌浆处理，再进行固结灌浆质量检查，检查孔施工时按照帷幕灌浆质量检查标准，重点检查基座混凝土与建基面接触段的防渗质量效果，若达不到防渗标准则对其进行补强灌浆。

(4)经试验成果综合分析，本工程灌浆施工工艺可采用上部覆盖层镶注孔口管，自上而下、孔口封闭法灌浆或孔内分段卡塞灌浆。

3 倒序灌浆法施工技术

3.1 倒序灌浆法施工布置

施工布置主要根据现场实际条件和总体安排，结合大坝基础和防渗体系结构进行调整布置。首先在右岸II级阶地上进行灌浆试验，经试验完成并确定适宜本工程的灌浆工艺和参数后，再进行大坝帷幕灌浆施工。灌浆施工分段进行，采取常规施工顺序灌浆与倒序灌浆法相结合、跨级式平台倒序灌浆法施工。

3.1.1 右岸坝肩段施工布置

右岸坝基为0+287.79～0+473.43段，其中0+316.5～0+343.5段采取倒序灌浆法完成生产性试验，其余部分是按正常施工顺序进行。即在倒序灌浆试验区施工完成后，先期将0+287.79～0+473.43段开挖至基座混凝土底线，浇筑基座混凝土后按常规的灌浆程序先固结灌浆施工，再帷幕灌施工。0+473.43以右段溢洪道、平洞开挖和高边坡抗滑桩待后期下发图纸后再施工。具体施工布置见图1。

图1 右岸坝肩段施工布置

3.1.2 河床坝基段施工布置

河床坝基为0+93.06～287.79段，总长度为194.73m，其中0+93.06～0+103.33段为明渠导流段，0+103.33～0+287.79段为坝基开挖段，开挖总量为7.52万m3，主要集中在0+184.32～0+287.79段，开挖最大深度为18.72m。主要采用常规顺序灌浆与倒序灌浆法相结合的方式布置。具体施工布置见图2。

图2 河床坝基段施工布置

3.1.2.1 倒序灌浆法施工段

河床坝基深基坑段主要为0+198.98～0+261.25段，轴线长度为62.27m，采取在坝基覆盖层内镶注110mm灌浆钢管，先对下部基岩进行帷幕灌浆施工，然后开挖浇筑基座混凝土，再进行固结灌浆施工。

3.1.2.2 正常程序施工段

正常程序施工段主要包含0+103.33～0+198.98段和0+261.25～0+287.79段，该段施工主要在坝基深基坑开挖完成，浇筑基座混凝土后进行固结和帷幕灌浆施工。

3.1.3 右岸坝肩段施工布置

右岸坝肩结合实际地形，采用跨级式平台倒序灌浆法施工，即在右岸山体上部未施工的情况下，在右坝肩坝顶高程以下先开挖设置I、III平台，采用倒序灌浆法镶注110mm灌浆管，完成基岩帷幕灌浆，然后再将I、III平台开挖，设置II、IV平台，再按倒序灌浆法镶注110mm灌浆管，完成基岩帷幕灌浆。最后按右坝肩基座结构开挖成型，浇筑沥青心墙基座，再进行固结灌浆施工。同时，导流明渠段帷幕灌浆在右岸侧坝基开挖、基座浇筑、灌浆施工完成后，利用设置的混凝土挡水墙，将河水导流到右岸一侧，先浇筑基座后进行固结和帷幕灌浆。具体施工布置见图3。

图3 左岸坝肩段施工布置

3.2 倒序灌浆法施工特点

3.2.1 缩短工程施工的总工期

如采用正常工序，施工程序为：两岸高边坡施工平台修建与支护→滑坡体抗滑桩施工→边坡开挖→锚索、锚杆和喷射混凝土支护→两坝肩坡积体及基槽开挖→浇筑基座混凝土→搭设灌浆平台→固结灌浆→帷幕灌浆→大坝和沥青心墙填筑。按此正常施工程序，依据工程区气象条件及总进度计划安排，施工时段如下：

(1)第一年主要进行左右岸高边坡抗滑桩、锚索等施工，由于工程量较大，施工时段长达5个月，要到11月完成，到11月后又进入冬季，基座混凝土和帷幕灌浆已不具备施工条件。

(2)第二年4月开始进行坝肩、坝基开挖、基座混凝土浇筑后再进行固结灌浆、帷幕灌浆等施工，到10月底才能完成。且第二年不具备截流条件，深基坑段开挖因地下水量大，存在安全风险大，基坑内施工时段长，基坑抽排量大等问题。

(3)第三年3月底进行大坝截流，二期戗堤填筑合龙，供水灌溉兼导流洞过流，并将过流段基座混凝土浇筑、固结和帷幕灌浆完成后才能进行大坝填筑施工，要到第三年10月底方可将大坝填筑完成。

但通过采取倒序灌浆法施工，可在第一年5-10月份，先完成大坝坝基帷幕灌浆、坝基深基坑开挖、部分基座混凝土浇筑，且通过明渠导流和预留二期龙口措施，在汛后可将大坝深基坑范围内的沥青混凝土心墙、大坝砂砾石填筑至深基坑顶面线以上5m～8m，且大坝深基坑段在汛期已采用倒序灌浆法施工，并将河床进行明渠导流后，可缩短深基坑开挖、基座混凝土浇筑和固结灌浆等施工时间。在第二年5月底截流、二期戗堤合龙后，可直接从左岸河道预留导流渠底段进行大坝填筑，并与右岸已填筑坝体连接，在很短时间内与右岸填筑坝体平齐并整体上升，到第二年10月底大坝即可填筑完成。按此倒序灌浆法，大坝截流后，坝体填筑施工完全不受两岸边坡、上游围堰渗水以及汛期等的影响，工程总工期将提速一年以上。

3.2.2 对工程安全、质量和进度有利

采用常规程序与倒序灌浆施工相结合，先将最深基坑段0+198.98～0+261.25段灌浆施工完成后，再对坝基基坑整体开挖完成，自下而上浇筑基座混凝土，然后再完成固结、帷幕灌浆施工。基座混凝土先浇筑已灌浆的最深基坑段，然后再向左右岸两侧坝基向上延伸浇筑完成所有基座混凝土；在浇筑混凝土的同时，先灌注最深基坑段的固结灌浆施工，然后分2个机组向左右两侧延伸进行固结和帷幕灌浆施工。当深基坑段灌浆施工达到距基坑底部约9m后，即可开始进行下部沥青混凝土心墙和坝体填筑施工。由此可缩短在深基坑内的施工时间，减少抽排水工作量，并先将深基坑段沥青混凝土心墙和坝体填筑并超出坝基一定高度后，再在第二年汛前截流，由此可避免截流后水位上升和汛期洪水等对深基坑的安全影响，同时在基坑渗流量较小时段完成沥青混凝土心墙施工，通过简单的抽排可实现沥青心墙施工速度高于基坑水位上升速度，质量能得以保证，抽排水工程量减小。总体有利于降低安全风险、提高工程质量，加快施工进度。

3.2.3 有效改变施工平台的限制条件

按以往的岸坡灌浆施工法，是在坝肩槽基座混凝土浇筑完成后，自下而上逐级搭设脚手架施工平台后进行灌浆的，如此需一个平台灌浆完成再进行下一平台灌浆施工，施工平台搭拆工作量大，每级平台施工范围小，灌浆孔数少，可安设钻机数量少，加上检查孔时间，每级平台施工时段较长。在本项目施工中通过在左岸坝肩采用跨级式平台倒序灌浆法施工，可先开挖形成I、III级施工平台，经倒序灌浆施工完成后，再将I、III级平台开挖，形成II、IV级平台，再进行II、IV级平台灌浆施工。如此采用跨级式平台施工，可进行挖填平衡，将施工平台加大，每级平台可安排1个机组进行灌浆施工，并有2级平台同时灌浆，不但节约了大量的灌浆施工时间，减少了施工平台的搭拆工程量，还避免了在钢管脚手架平台上施工的安全风险。

3.2.4 倒序灌浆法施工具有明显的经济效益

采用倒序灌浆法施工，是根据施工现场条件和总体施工安排等条件进行综合考虑形成的，该施工方法先进行灌浆施工后再进行坝基及岸坡等开挖、基座混凝土浇筑等，完全不受两岸高边坡处理、坝基度汛、工程导截流、围堰渗水和地下水等的影响。可采取正常施工程序与倒序灌浆施工相结合的方式进行，避免了人员设备停等窝工时间，能促进工程整体建设提速，还可以解决特殊地形地质条件或施工内外部环境所带来的困难，并使总体施工部署更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在工程施工组织中，采用倒序灌浆法施工技术，对工程具有明显的经济效益。

3.2.5 倒序灌浆法施工亦存在问题

采用倒序灌浆法施工和正常的施工程序相比，在上述优点的同时，亦存在覆盖层内镶注孔口管工程量增加，镶管难度大，孔口管底部与灌浆连接段超耗水泥量大，待凝时间长，需增加部分成本等问题。但工程总体工期可提前一年左右，总体成本降低，社会经济效益明显，最终是利大于弊。

3.3 倒序灌浆法施工

3.3.1 施工场地准备

施工场地结合大坝左右岸坝肩及坝基地形条件、设计开挖断面、施工总体规划和倒序灌浆法施工布置进行准备，先根据施工工序和单元划分情况，清除表层腐殖土、松散体和树根等，再通过开挖或浇筑基座混凝土等设置灌浆施工平台，然后安设灌浆钻机进行有关灌浆的工作。

3.3.2 覆盖层内孔口管镶注

施工前先将坝基表层清理，采用潜孔钻机跟管钻进至设计帷幕灌浆顶高程以上20cm，下设φ110mm钢管作为灌浆孔口管，然后拔出钢管，再注入0.5∶1水泥浆液稳固孔口管。孔口管镶注时在浆液中加入速凝剂，特殊部位可适当加入微膨胀剂，以加速浆液凝固及减少待凝时间。孔口管下设时，需严格控制下管深度，防止管底深入设计基座建基面以下地层内，避免后期开挖破坏建基面以下灌浆段的地层。为保证灌浆质量及减少水泥浪费，孔口管底部第一段灌浆时，应根据灌浆情况，采取限流、限压和反复待凝等措施，防止下部灌浆过程中的水泥浆液往上串浆。

3.3.3 基岩帷幕灌浆施工

3.3.3.1 施工工艺

倒序灌浆施工采用无盖重，覆盖层内镶注孔口管，基岩段自上而下、分段卡塞、孔内循环灌浆的施工工艺。

3.3.3.2 灌浆原则

第一段灌浆施工控制将直接影响后续段施工质量及施工进度，为避免后续段钻灌施工中覆盖层出现渗漏、冒浆等情况，第一段灌浆结束后即待凝48h，使浆液完全凝固，避免后续段灌浆过程中发生绕渗，浪费水泥浆。以下各段根据吸浆量情况确定是否采取待凝措施，一般情况下可不待凝。

3.3.3.3 施工方法

(1)钻孔

基岩帷幕灌浆采用300型地质钻机钻孔，钻孔φ76mm，金刚石(或合金)钻头钻进。钻孔过程中严格控制孔斜偏差，并记录钻孔过程中岩层变化情况。

(2)灌浆

灌浆段长划分第一段为2m，第二段3m，以下各段均为5m，灌浆最大压力2MPa，根据灌浆生产性试验，一般在上部强风化地层内最大压力为1.5MPa，强风化下部最大压力可达到2MPa。

灌浆浆液采用水泥浆，浆液配比选用水灰比为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1五个比级的浆液，灌浆过程中严格按规范要求进行浆液等级变换。灌浆深度以设计防渗标准深入基岩5Lu线以下5m控制。

3.3.4 固结灌浆

帷幕灌浆施工完成后进行坝基开挖、混凝土基座施工，基座混凝土浇筑时预埋两排φ110钢管，作为固结灌浆孔，并预留检查孔位置，固结灌浆分两段进行，灌浆过程中加强对基座的观察，防止灌浆过程中灌浆压力对基座造成抬动。为加强基座与基岩结合面灌浆质量，固结灌浆采用分段钻灌、孔口封闭、孔内循环的施工工艺，确保基座与基岩的接触部位水泥浆液充填良好。

3.3.5 质量检查

根据倒序灌浆法施工特点，质量检查分两次进行，第一次为基岩帷幕灌浆段的质量检查，主要检查按设计图纸完成基岩灌浆施工后，基岩段的灌浆质量是否能满足设计的防渗标准和有关技术要求；第二次为基槽开挖浇筑基座混凝土后，进行固结灌浆施工，然后检查固结灌浆质量是否满足设计有关技术要求，基座混凝土与基岩接触段是否能达到设计的防渗标准，若达不到防渗要求，则应采取补强灌浆措施进行处理。

4 经济社会效益分析

4.1 经济效益

本工程合同要求工期48个月，为第一年3月进场，第五年3月完工。若按常规施工顺序，需在左右岸高边坡抗滑桩、锚索等施工完成后，才能进行大坝岸坡和坝基深基坑开挖、基座混凝土浇筑、固结和帷幕灌浆等施工。按此程序，帷幕灌浆、大坝深基坑与沥青心墙基座等需在第二年围堰进行导截流后才能组织施工，至第三年6月才能开始大坝填筑，第四年11月工程整体完工，施工期计划总工期为44个月。

施工中根据现场环境和条件，在高边坡设计图纸短期不能确定的情况下，经项目优化资源配置精简部分施工人员后，为确保现场人员、设备等不产生窝工停等，研究采用倒序灌浆法先期完成大坝基础防渗、心墙基座混凝土和深基坑开挖等工作，且再综合采取导流明渠先期导流和大坝预留台阶法施工措施，可在第一年10月底将大坝左岸深基坑以上沥青心墙和大坝填筑至上游围堰顶高程，在第二年截流后可在较短时间内将合龙段填筑至围堰顶高程与左岸平齐，这样不但可减少围堰渗水、基坑抽排问题，还可减轻截流前后两个汛期的防洪压力，并且完全不受后期高边坡抗滑桩、锚索施工等影响。经优化，在第二年11月可完成大坝填筑，第三年10月工程整体完工，优化后施工总工期31个月，工期较常规程序施工提前13个月，测算节约人工成本560.78万元，设备直接成本约537.39万元，其他费用节约450万元，累计可节约直接成本1548.2万元，且工期提前后，施工人员、设备可调整到其他工程建设中，产生经济效益巨大。

4.2 社会效益

本工程建设开发任务为供水和灌溉为主，属于当地流域资源优化配置的控制性工程，早日建成发挥效益对实现当地区域水资源优化配置，改善居民生产、生活条件，提高农牧民收入，促进城镇及口岸发展，增进民族团结和边防稳定，保障国家生态安全、粮食安全具有重要的现实意义。采用倒序灌浆法促进工期提前一年完成，发挥社会效益明显。

5 结语

在各综合性水库工程施工中，由于环境条件和现场条件不同，施工总体安排与部署也各不相同，但也不是一成不变的，施工中应针对各施工时段遇到的不同问题和工程形象面貌等，在保证安全、质量和进度的前提下，以经济效益最大化进行优化调整，方可达到工程施工的最佳效果。本工程因左右岸滑坡体的设计方案在短时间内不能确定，影响整个工程的正常建设，若不采用倒序灌浆法先进行坝基防渗处理和不采用明渠导流方式先期完成坝基深基坑施工，将造成施工人员、设备停等、施工时段较长、施工成本增加等诸多问题。通过现场及时进行施工优化后，促进工程提前一年完工，产生经济社会效益明显，值得类似工程借鉴。