巖溶壩基治理中的灌漿設(shè)計方案與施工技術(shù)

袁 園

巖溶壩基治理中的灌漿設(shè)計方案與施工技術(shù)

袁 園

（吉安市吉州區(qū)水利局，江西 吉安 343000）

巖溶地區(qū)由于壩基巖溶發(fā)育和軟弱破碎帶的存在，造成壩基巖體整體性較差且滲漏嚴(yán)重，為了處理這類問題，文章以江西新余市某漿砌石重力壩為例，研究了巖溶壩基及閘基灌漿設(shè)計方案和施工技術(shù)，采用灌濃漿、低壓慢灌、分段灌漿和多次復(fù)灌等方法，使壩基巖體的抗壓強度和防滲性能顯著增加，對今后類似工程巖溶壩基處理提供了有益的借鑒。

巖溶地區(qū)；帷幕灌漿；固結(jié)灌漿；效果

1 工程概況

某大壩位于江西省新余市境內(nèi)，為漿砌石重力壩，壩高15.90m，壩基及閘基巖性主要為白云巖。樁號0+006～0+026、0+046～0+066壩段及閘基段，巖石基礎(chǔ)為全強風(fēng)化，且存在溶洞及軟弱破碎帶， 決定采用帷幕［1-3］、 固結(jié)灌漿方法［4-7］進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

2 灌漿段地質(zhì)條件及設(shè)計

2.1 灌漿段地質(zhì)條件

閘基段、樁號0+006～0+026、0+046～0+066段為白云巖，呈全強風(fēng)化狀態(tài)，可見較多的溶洞和溶蝕裂隙，裂隙內(nèi)充填黃色粘土或碎石，部分無充填物，且發(fā)育有兩條軟弱破碎帶，分別呈喇叭形和蛇形，寬度2.0～5.0m不等，軟弱夾層呈泥狀。白云巖巖層走向與壩軸線近于平行，巖層傾角70°左右。閘基及壩基巖石裂隙發(fā)育，白云巖巖石透水率為q=26.0～32.7Lu，平均值為30.1Lu，強透水。

2.2 灌漿設(shè)計

2.2.1 灌漿孔布置

根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，灌漿孔主要布置在閘基和壩基0+006～0+026壩段以及0+046～0+066壩段。0+006～0+026壩段：沿廊道上游布置兩排灌漿孔，在壩軸線向下游0.4m、2.4m，平行于壩軸線設(shè)置第一排和第二排灌漿孔，該壩段內(nèi)同一排灌漿孔的間距為2.5m；0+046～0+066壩段：沿廊道兩側(cè)平行于壩軸線布置四排灌漿孔，第一、二、三、四排間距分別為 2.0m、5.6m、2.0m，第二、三排距廊道上、下游邊線均為1.3m，第一排孔在壩軸線向下游0.4m，同一排灌漿孔的間距為2.5m；沖砂閘及進(jìn)水閘部分：沖砂閘布置兩排灌漿孔，第一排灌漿孔距閘底板上游線以下1.0m，第一排與第二排相距2.0m，同一排灌漿孔的間距為2.5m；進(jìn)水閘處布置兩排灌漿孔，第一排灌漿孔位于閘板上游1.2m，第二排灌漿孔距上游閘底板邊線以下1.0m，兩排孔按梅花形布置，間距為2.5m。

2.2.2 檢查孔的布置

為保證壩基及閘基灌漿質(zhì)量，根據(jù)規(guī)范要求，布置了一定數(shù)量的檢查孔，檢查孔的數(shù)量約為灌漿孔數(shù)的10%。其中在0+006～0+026壩段和0+046～0+066壩段共布置6個檢查孔，沖砂閘及進(jìn)水閘段布置1個檢查孔，其平面位置詳見圖1。

2.2.3 灌漿孔深度和方向

本工程大壩屬5級水工建筑物，為低壩，帷幕形式為“懸掛式”帷幕［8-10］，壩基部分第一排灌漿孔為混凝土墊層以下10.0m，第二、三、四排孔為混凝土墊層以下5.0m，沖砂閘及進(jìn)水閘第一排灌漿孔為混凝土底板以下10.0m，第二排孔深為混凝土閘底板以下5.0m。由于巖石中裂隙發(fā)育方向具有一定規(guī)律，均為傾斜方向，所以灌漿孔方向均采用鉛直鉆孔。

圖1 壩基及閘基灌漿孔平面布置圖

2.2.4 灌漿壓力、孔徑和段長

每個灌漿孔孔徑為55～75mm，分兩段灌漿，長度采用5.0m，首段按照3.0kg/cm2的壓力進(jìn)行，次段按照7.0kg/cm2的壓力進(jìn)行。檢查孔孔徑為110mm。帷幕灌漿孔應(yīng)進(jìn)入巖石10.0m，固結(jié)灌漿孔應(yīng)進(jìn)入巖石5.0m。

3 灌漿施工

3.1 施工機械及灌漿材料

本次施工共用2臺無錫 GXY～150型油壓鉆機，2臺天水產(chǎn)200/40型泥漿泵灌漿，拌漿采用2臺立式灰漿攪拌機。灌漿材料采用分宜縣海螺水泥廠生產(chǎn)的32.5MPa普通硅酸鹽水泥。

3.2 鉆孔及沖洗和壓水試驗

采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，壩體采用合金鉆頭，基巖采用金剛石鉆頭。每一灌漿段鉆完以后，將水泵開至最大流量，用水沖洗灌漿孔，沖洗壓力為該段灌漿時的0.8，直至回水為清水，肉眼不見巖粉。壓水試驗采用一個壓力段，試驗壓力為灌漿時的0.8，穩(wěn)定時間不小于30min。

3.3 灌漿

3.3.1 灌漿的次序及方法

灌漿次序嚴(yán)格遵循設(shè)計要求，首先應(yīng)進(jìn)行壩軸線最下游排的灌漿，依次往上游進(jìn)行，同一排上按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序逐漸加密。灌漿方法：對灌漿長度為5.0m的灌漿孔，采用全孔一次性灌漿；對灌漿長度為10.0m的灌漿孔，應(yīng)從上至下每5.0m一段，分段進(jìn)行灌漿。射漿管距孔底應(yīng)小于50cm。每孔的灌漿工序概括為：鉆進(jìn)（本段）—沖洗—簡易壓水試驗—灌漿—鉆進(jìn)（下一段）。

3.3.2 灌漿壓力及漿液變換

灌漿段長度控制為5.0m，應(yīng)從上至下分段進(jìn)行灌漿。灌漿壓力首段按照3.0kg/cm2的壓力進(jìn)行，次段按照7.0kg/cm2的壓力進(jìn)行。灌漿壓力是以回漿管上壓力表為準(zhǔn)。灌漿用漿液濃度應(yīng)自稀變稠，開始按照5∶1濃度進(jìn)行，后按3∶1、2∶1、1.5∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.6∶1（重量比）的濃度逐漸變稠。若某濃度灌漿量已超過450L，且關(guān)鍵壓力及吃漿量變化很小時，可變濃一級，若吃漿量仍大于30L/min，可變濃兩級進(jìn)行灌注。帷幕灌漿在設(shè)計規(guī)定的壓力下，如灌漿段吃漿量不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注60min，灌漿即可結(jié)束；固結(jié)灌漿，在設(shè)計規(guī)定的壓力下，灌漿段吃漿量不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束。全孔灌漿完畢后，采用一次灌漿法復(fù)灌封孔，壓力為3.0～7.0kg/cm2，當(dāng)巖石透水率小于1.0～2.0L/min時結(jié)束。待凝后對上部殘余部分，再用機械壓漿法，采用水泥：砂：水 =0.5∶1∶1的水泥砂漿從孔底壓入，予以填實。

3.4 特殊情況的處理

冒漿處理：在壓力作用下，漿液易沿裂隙從壩上、下游冒漿。若灌漿時漿液從上游基坑中冒出，由于基坑中水深，無法對冒漿處進(jìn)行處理，針對這種情況，應(yīng)灌濃漿，漿液流動慢，冒漿停止，然后在規(guī)定壓力下進(jìn)行灌漿，直至結(jié)束；發(fā)現(xiàn)冒漿立即停灌，待凝以后進(jìn)行復(fù)灌，降低壓力，在低壓下結(jié)束灌漿；串漿處理：由于巖石裂隙發(fā)育，相互串連，構(gòu)成了串漿通路。對此可采用堵塞漿液出口后繼續(xù)灌漿，或停灌以后進(jìn)行復(fù)灌，直到達(dá)到規(guī)范規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，把裂隙通道堵塞密實；軟弱破碎帶處理：軟弱破碎帶，風(fēng)化嚴(yán)重，巖石破碎，且有粘土等充填，鉆孔不易沖洗干凈，為確保軟弱層灌漿質(zhì)量，采取縮小段長，把第一段5.0m分成2.0m、3.0m兩段，逐級提高壓力等措施，在保障大壩安全前提下力爭在較高的壓力下進(jìn)行灌漿；壩基巖溶灌漿：灌漿段白云巖巖溶發(fā)育，構(gòu)成長期漏水通道，表現(xiàn)出“吃漿量大、灌不住”的現(xiàn)象，用降壓慢灌，灌漿量小于20L/min；間歇灌漿中斷2～8h；用濃漿或摻入級配良好的砂礫石料進(jìn)行灌注。

4 灌漿取得的效果

盡管地層巖性、構(gòu)造等影響灌漿的因素很復(fù)雜，但是在采用上述灌漿設(shè)計方案和施工技術(shù)，帷幕、固結(jié)灌漿的效果達(dá)到了規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，防滲等效果非常明顯。灌漿前，軟弱破碎帶巖石破碎，0+006～0+026段巖石透水率為11.0～32.7Lu，0+046～0+066段巖石透水率為 13.0～20.0Lu，透水性強。灌漿后，巖石透水率顯著降低，0+006～0+026段巖石透水率為1.7～3.8Lu，0+046～0+066段巖石透水率為1.7～4.1Lu，彈性波速由灌漿前的2000～2500m/s提高到4500～5200m/s，軟弱帶沖刷得到了控制，強度得到了提高。

巖石透水率q和單位注入量C隨灌漿次序的增進(jìn)而減少， 即 qⅢ＜qⅡ＜qⅠ，CⅢ＜CⅡ＜CⅠ。 帷幕灌漿及固結(jié)灌漿，巖石透水率和單位注入量隨灌漿次序增進(jìn)變化對比表詳見表1。

表1 巖石透水率和單位注入量隨灌漿次序增進(jìn)變化對比表

帷幕灌漿Ⅰ序單位注入量160.71kg/m，巖石透水率平均值30.1LU，Ⅲ序單位注入量45.21kg/m，巖石透水率平均值為4.3LU，單位注入量降低了71.9%，巖石透水率降低了85.7%。

固結(jié)灌漿Ⅰ序單位注入量124.63kg/m，巖石透水率平均值23.2LU，Ⅲ序單位注入量20.99kg/m，巖石透水率平均值3.7LU，單位注入量降低了83%，巖石透水率降低了84.1%。這說明單位注入量和巖石透水率隨灌漿次序的增進(jìn)明顯減少。

5 結(jié)語

本文以江西新余市某漿砌石重力壩為例，研究了巖溶壩基及閘基灌漿設(shè)計方案和施工技術(shù)，溶洞、裂隙等嚴(yán)重漏水地段首先灌濃漿及低壓慢灌的方法進(jìn)行處理，然后再作常規(guī)灌漿進(jìn)行密實封閉；采用從上至下分段灌漿加多次復(fù)灌的方法，提高了灌漿質(zhì)量，避免了止塞困難和繞塞返漿現(xiàn)象，提高了灌漿速度和經(jīng)濟效益。本設(shè)計方案和施工技術(shù)在處理巖溶壩基時，效果好，投資少，施工簡單，對今后類似工程巖溶壩基處理提供了有益的借鑒。

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1008-1305（2017）05-0158-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.048

2016-10-26

袁 園（1986年—），男，工程師。