柴窩水庫(kù)擴(kuò)容工程壩基泉眼處理技術(shù)簡(jiǎn)述

陳令建

（徐州市賈汪區(qū)水利局，江蘇 徐州 221011）

1 工程概況

1.1 基本情況

柴窩水庫(kù)擴(kuò)容工程位于徐州市賈汪區(qū)城東10 km 處，本工程在原上級(jí)庫(kù)大壩下游約400 m 處新建一道黏土均質(zhì)壩，與現(xiàn)狀柴窩水庫(kù)形成總體水庫(kù)。新建大壩長(zhǎng)度2235 m，壩頂高程58.4 m，壩頂寬9 m，最大壩高12.4 m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

徐州地區(qū)位于中國(guó)東部新華夏系第二隆起帶與秦嶺～昆侖緯向構(gòu)造帶的復(fù)合部位。區(qū)域上主要構(gòu)造為徐宿弧形構(gòu)造和新華夏系構(gòu)造，基本上控制著本區(qū)域的構(gòu)造格局。庫(kù)區(qū)位于賈汪復(fù)式向斜的南東翼，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地及外圍附近有多條斷裂發(fā)育，但均為非全新活動(dòng)斷裂，區(qū)域構(gòu)造較為穩(wěn)定。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及勘察成果，庫(kù)區(qū)下伏基巖為古生界寒武系石灰?guī)r，地層走向北東，傾向北西，傾角5°～10°，較為平緩。

1.3 壩基巖土層的分布與性質(zhì)

根據(jù)勘察成果，勘察深度范圍內(nèi)巖土層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可劃分為3層，其中，層1 表土，主要為耕植土，層2 粉質(zhì)黏土為第四紀(jì)晚更新世（Q3）沉積，層3 中風(fēng)化石灰?guī)r為古生代寒武紀(jì)（ε）沉積?，F(xiàn)自上而下對(duì)各巖土層描述如下：

層1 表土：主要為耕植土，土質(zhì)以黃、黃褐色黏性土為主，含有少量植物根系，軟～硬塑，厚度0.40～0.70 m，平均0.51 m。

層2 粉質(zhì)黏土：褐、棕褐色，硬塑-堅(jiān)硬，局部可塑，干強(qiáng)度高，韌性高，含少量鐵錳結(jié)核及砂姜，局部砂姜較多，切面無(wú)光澤，厚度分布不均勻，大壩兩端較薄甚至基巖裸露，中間較厚且變化較大，厚度0.00～7.60 m，平均1.67 m。

層3 中風(fēng)化石灰?guī)r：青灰色、灰白色、褐黃色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，中薄層狀構(gòu)造，巖石完整性為較破碎-較完整，風(fēng)化程度為中風(fēng)化，堅(jiān)硬程度為較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)主要為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。巖面處巖石較破碎，常見(jiàn)沖刷溶蝕痕跡，多為溶孔、溶槽，且多被可塑-硬塑狀黏性土充填，連通性差。該層未揭穿。

巖溶充填物：成分主要為黏土，黃褐色，可塑-硬塑，光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，含碎石及少量鐵錳結(jié)核，碎石大小不一，棱角～次棱角狀。該類(lèi)土為石灰?guī)r巖石裂隙、溶洞充填物，受巖石裂隙、溶洞發(fā)育程度控制，埋深及厚度無(wú)規(guī)律。

2 出現(xiàn)問(wèn)題

2013年2月，在上級(jí)庫(kù)低水位（55.0 m）時(shí)，新建黏土壩開(kāi)始?jí)位謇恚?dāng)清理至樁號(hào)0+500-0+600 時(shí)，上級(jí)庫(kù)泄洪河位于樁號(hào)0+600-0+700 之間，地表土含水量較大，局部有積水現(xiàn)象。當(dāng)把含水量大的表土清除干凈后，裸露出高低不平巖石，且在壩軸線(xiàn)上游側(cè)出現(xiàn)3 處泉眼（2012年12月份曾經(jīng)沿大壩軸線(xiàn)實(shí)施了單排孔帷幕灌漿），不停向外冒水，導(dǎo)致施工填筑的筑壩土料含水量大，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求，必須對(duì)泉眼進(jìn)行封堵，封堵后才能進(jìn)行土壩施工。

3 處理措施

3.1 施工方案設(shè)定

（1）經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查勘，初步判明泉眼的成因是由于上級(jí)庫(kù)水下滲通過(guò)巖石裂隙匯流到新壩壩基處，壓重不夠，所以從地下涌出。經(jīng)過(guò)討論，初步?jīng)Q定采用傳統(tǒng)的封堵泉眼方法對(duì)其中一個(gè)泉眼進(jìn)行試驗(yàn)封堵，見(jiàn)圖1，即將一根橡膠軟管插入泉眼，水流通過(guò)軟管繼續(xù)流出，軟管周?chē)每旄伤喾舛?，待水泥凝固后，用軟木塞塞住軟管。因?yàn)楸竟さ氐娜凼怯蓭r石裂隙發(fā)育而成，具有不規(guī)則的特點(diǎn)，故封堵難度比較大，將一個(gè)點(diǎn)封堵后，泉水又從其他地方冒出來(lái)，而且橡膠管插入泉眼的位置封堵不密實(shí)也是影響工程效果的重要因素。

圖1 泉眼封堵示意圖

（2）傳統(tǒng)方法行不通，決定在樁號(hào)0+500-0+600 段大壩軸線(xiàn)上游側(cè)增加6 排孔帷幕灌漿進(jìn)行處理，見(jiàn)圖2、圖3。

（3）為驗(yàn)證方案的可行性，首先對(duì)1#泉眼進(jìn)行灌漿處理（距離泉眼1.5 m 處布置4 個(gè)灌漿孔，孔深10 m），灌漿材料為P42.5 水泥漿，見(jiàn)圖4。

圖2 帷幕灌漿布置平面圖

圖3 壩基泉眼水泥灌漿縱剖面圖

圖4 泉眼處灌漿孔布置圖

3.2 灌漿施工工藝及控制

（1）施工工藝。①鉆孔。采用4 臺(tái)XY-Ⅰ地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工，鉆孔至設(shè)計(jì)孔深。②灌漿。灌漿方法：灌漿孔采用孔口封閉自上而下、逐段循環(huán)的灌漿，每段5 m。

（2）施工控制。灌漿材料：灌漿所用水泥為P42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，對(duì)水泥細(xì)度要求為通過(guò)80 μm 方孔篩篩余量不大于5%。漿液配比及變換標(biāo)準(zhǔn)：灌漿水灰比采用5 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.5 ∶1，在灌漿中嚴(yán)格按要求逐級(jí)變漿。某一漿比注入量達(dá)到600 L 時(shí)，注入率與初始值之比大于0.8，則加濃一級(jí)漿比，否則按原比級(jí)灌至結(jié)束。當(dāng)0.5 ∶1 漿液注入量大于1000 L 后，壓力及注入率變化不大時(shí)，采用間歇灌漿，間歇時(shí)間為10～20 min，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min 時(shí)繼續(xù)灌注15 min，或當(dāng)注入率不大于1.0 L/min 時(shí)延續(xù)灌注30 min 后結(jié)束。

由于嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件施工且在施工中采取針對(duì)具體情況的應(yīng)對(duì)措施，單孔泉眼的封堵效果比較明顯，因此，按照設(shè)計(jì)文件在大壩中軸線(xiàn)上游側(cè)實(shí)施了6 排孔灌漿。

3.3 施工中的特殊情況及處理措施

巖溶孔段灌漿過(guò)程中，因冒漿及灌漿段注入量大使灌漿難以結(jié)束的情況經(jīng)常出現(xiàn)：①冒漿。冒漿主要發(fā)生在地質(zhì)軟弱、吸水量高的孔位，例如：在灌注第二排6#孔時(shí)，發(fā)現(xiàn)距離孔位4 m 左右的下游壩基處冒漿，便立即停止灌漿，并用60 cm 厚12%水泥土對(duì)冒漿處進(jìn)行覆蓋，20 min 后待漿液初凝，降壓并提高一級(jí)漿液濃度繼續(xù)灌注，直至無(wú)冒漿。②串漿。在處理第二個(gè)泉眼時(shí)發(fā)現(xiàn)2 個(gè)灌漿孔串漿，便及時(shí)對(duì)注漿管進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的注漿管為Φ25 鍍鋅管，鋼管長(zhǎng)度為9 m，鋼管上部套內(nèi)絲，便于用絲堵封堵鋼管，然后將注漿管放入注漿孔，孔口用細(xì)粒式混凝土封孔。待灌漿孔灌漿結(jié)束后，對(duì)串漿孔再行掃孔沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。如果條件具備也可采用兩臺(tái)灌漿泵對(duì)兩孔同時(shí)進(jìn)行灌漿。③灌漿量特別大。遇到灌漿量特別大的孔段可以采用間歇灌漿的方法，即：灌注一段時(shí)間，間隔10～20 min 后，重新灌漿，反復(fù)幾次。如果這種間歇灌漿還不能減少吃漿量，可采取綜合提高漿液濃度、在水泥漿中增加速凝劑、低壓濃漿間歇灌漿等方法，只要措施得力，便可取得很好的灌漿效果。

3.4 檢查孔資料分析

灌漿施工結(jié)束后，共布置了10個(gè)檢查孔，檢查孔孔位信息見(jiàn)表1。在檢查孔施工過(guò)程中，根據(jù)要求采用Φ108 mm 的合金鉆具鉆孔，并下入Φ108 mm 套管保護(hù)孔壁，然后采用Φ89 mm 金剛石鉆具開(kāi)孔至設(shè)計(jì)底高程。取出鉆具，下入壓水試驗(yàn)工作管，先不加壓力或采用較小的壓力放水沖洗20 min，達(dá)到鉆孔壓水試驗(yàn)中對(duì)鉆孔沖洗的要求時(shí)，停止清孔。檢查孔壓水試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。

表1 檢查孔孔位信息

表2 檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

檢查孔芯樣外觀質(zhì)量，共抽查10個(gè)孔，西側(cè)巖體多為青灰色，完整堅(jiān)硬，裂隙較小或無(wú)裂隙，漿液難以灌入。東側(cè)巖體呈褐紅色，裂隙相對(duì)發(fā)育，開(kāi)度大、連續(xù)性好的裂隙得到了良好填充，細(xì)小裂隙難以灌入。局部黏土夾層可取到完整的水泥土芯樣，表面巖溶充填部分得到了有效灌入。從檢查孔q 值來(lái)看，均小于5 Lu，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 水泥土處理

為增加壩基抗?jié)B性，在灌漿結(jié)束后，分2 層各30 cm 鋪筑12%水泥土，水泥土用挖掘機(jī)摻拌，及時(shí)攤鋪，用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓。水泥土從低洼處開(kāi)始填筑，嚴(yán)禁順坡鋪填。

5 結(jié)語(yǔ)

柴窩水庫(kù)擴(kuò)容工程壩基泉眼采用水泥帷幕灌漿和水泥土處理方案是成功的，達(dá)到了本工程對(duì)壩基的防滲要求，對(duì)類(lèi)似在石灰?guī)r地區(qū)修建水工程的基礎(chǔ)防滲施工采用水泥灌漿施工方法提供和積累了可靠的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參數(shù)。