帷幕灌漿試驗(yàn)在水庫(kù)防滲堵漏中的應(yīng)用

姜力波

(桓仁世元工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，遼寧 本溪 117200)

水庫(kù)滲漏是影響水庫(kù)安全運(yùn)行的一個(gè)重要問(wèn)題。李利蓉[1]以貴州某水庫(kù)為例，分析庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)條件對(duì)滲漏的影響，結(jié)合水庫(kù)特征，認(rèn)為水庫(kù)可能存在繞壩滲漏的問(wèn)題；程康[2]以平原某水庫(kù)為例，認(rèn)為地基滲透性相對(duì)隔水層大是造成該水庫(kù)產(chǎn)生滲漏的主要原因。影響水庫(kù)滲漏的原因眾多，帷幕灌漿技術(shù)是處理水庫(kù)滲漏的一種常用方法。王旭斌等[3]、洪振國(guó)等[4]對(duì)花崗巖地區(qū)的帷幕灌漿試驗(yàn)進(jìn)行研究，認(rèn)為帷幕灌漿技術(shù)具有較好的防滲堵漏效果；郝永志[5]以大石門(mén)水庫(kù)為例，對(duì)帷幕灌漿技術(shù)在砂礫石深覆蓋層防滲處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，工程防滲效果較為明顯；李榮軍[6]以引漢濟(jì)渭工程為例對(duì)帷幕灌漿試驗(yàn)進(jìn)行研究，針對(duì)南北分界特殊氣候帶的灌漿工藝進(jìn)行分析。針對(duì)裂隙巖體灌漿，需要合適的漿液配比才能保證合適的灌漿速度、降低灌漿量，減少工程投資。李召峰[7]研發(fā)了富水破碎巖體注漿材料，通過(guò)試驗(yàn)，所配置的漿液具有較好的加固效果；趙鵬[8]通過(guò)試驗(yàn)方法對(duì)具有黏度時(shí)變特性的漿液的注漿擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行分析，對(duì)于巖體滲漏具有較好的堵漏效益。合適的注漿材料和注漿工藝是保證注漿效果的關(guān)鍵。以遼寧某水庫(kù)為例，通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查，水庫(kù)壩址區(qū)表層為砂覆蓋層，基巖結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，可分為強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層，存在滲漏可能。水庫(kù)主要承擔(dān)防洪、灌溉、生活供水兼具發(fā)電的作用。

1 帷幕灌漿試驗(yàn)

帷幕灌漿具備防滲堵漏的效果，在水利工程中使用較多。通過(guò)灌漿試驗(yàn)可為正式施工提供以下參數(shù)：鉆孔排距、間距、孔深、透水率、灌漿分段、灌漿壓力、灌漿材料、施工工藝措施。同時(shí)，通過(guò)灌漿試驗(yàn)可對(duì)灌漿效果進(jìn)行檢查[9]。帷幕灌漿試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)范SL 62—2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》要求[10]。灌漿試驗(yàn)區(qū)應(yīng)當(dāng)選擇可以充分代表工程區(qū)工程各地質(zhì)條件特點(diǎn)的區(qū)域，同時(shí)應(yīng)盡可能包含較多的地層和需要進(jìn)行灌漿處理的區(qū)域。在進(jìn)行灌漿之前，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行前期壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 前期壓水試驗(yàn)成果綜合分析表

1.1 灌漿方案設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的巖土體特征(類型、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、滲透性)確定灌漿試驗(yàn)的鉆孔的孔排、孔距、孔徑。通過(guò)綜合考慮選擇三角形布孔方式，鉆孔開(kāi)孔直徑為110mm，終孔直徑為75mm，孔深10.0m。通過(guò)前期的壓水試驗(yàn)可知，壓力影響半徑不小于2.0m，但漿液黏度大于清水，因此，設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑R為2.0m。排距為1.7R=3.4m，孔距為1.5R=3.0m。如圖1、圖2所示。

圖1 灌漿孔及檢測(cè)孔布孔圖

圖2 灌漿孔及檢測(cè)孔布置圖

1.2 壓水試驗(yàn)

完成孔壁沖洗作業(yè)后，各孔均需要進(jìn)行壓水試驗(yàn)，根據(jù)前期鉆探取芯和壓水試驗(yàn)可知試驗(yàn)區(qū)內(nèi)巖體完整性較差，當(dāng)采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水時(shí)，最大壓力達(dá)到0.15MPa則出現(xiàn)巖體裂隙破壞和地面漏水的現(xiàn)象。因此一、二水壓為0.10MPa或者0.15MPa。流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足以下條件：5min測(cè)試一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)的最大值與最小值的差值小于終值的10%或者小于1L/min，此段壓水試驗(yàn)即可結(jié)束，選取終值作為計(jì)算流量。

1.3 注漿漿液選擇

采用普通硅酸鹽水泥+黏土作為灌漿試驗(yàn)材料，使用減水劑作為外摻劑，水泥強(qiáng)度為P.O.42.5，黏土采用人工鈉基膨潤(rùn)土。進(jìn)行漿液配比時(shí)，水泥可以與水體均勻混合，加入減水劑可以提高漿液的早期強(qiáng)度。與普通硅酸鹽素水泥漿液相比，配比的漿液24h固結(jié)收縮體積較小，體積減少量約為素水泥的2/3。配比漿液固結(jié)收縮體積小，將保證灌漿后巖體結(jié)構(gòu)、裂隙被充分充填，提高防滲效果。

2 帷幕灌漿效果分析

2.1 水泥注入量分析

根據(jù)灌漿試驗(yàn)布置方案，設(shè)計(jì)兩排共5個(gè)灌漿孔。灌漿試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可知，灌漿試驗(yàn)5個(gè)灌漿孔總注漿量為7754.5kg，注入水泥量共5428.2kg，各個(gè)注漿孔的單位注漿量如圖3所示。從表3和圖3可知，單位注漿量與灌漿孔序幾乎無(wú)相關(guān)性，表明試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巖土體裂隙分布無(wú)規(guī)則可循。

2.2 水泥注入量頻率區(qū)間成果分析

各段序孔單位注灰量與累計(jì)頻率關(guān)系曲線如圖4所示。

從圖4可知，由于存在地面漏漿現(xiàn)象，第一段序灌漿段在400kg/m范圍內(nèi)所占孔段數(shù)少于第二灌漿段。進(jìn)行第二段序灌漿時(shí)，能對(duì)上一段完成補(bǔ)充灌漿，因此可采用大壓力、大流量的方法進(jìn)行灌注，因此，在第二段出現(xiàn)較多的大單位注灰量。研究區(qū)內(nèi)5個(gè)灌漿孔的總注漿量相差較小，各孔之間的影響相對(duì)較小，同時(shí)也反映了各孔所在區(qū)域地層裂隙充填程度差別較小，漿液擴(kuò)散較為均勻。進(jìn)行注漿可以有效保證裂隙充填程度，對(duì)壩基防滲具有明顯的提升作用。

表2 水泥+黏土+減水劑試驗(yàn)性能表

表3 灌漿成果表

表4 灌漿前各孔段透水率分析

圖3 各灌漿孔單位注灰量柱狀圖

圖4 各段序孔單位注灰量與累計(jì)頻率關(guān)系曲線

2.3 壓水試驗(yàn)分析

灌漿前各孔段透水率分析結(jié)果見(jiàn)表4。

由灌漿壓水試驗(yàn)可知，6.0～10.0m深度范圍內(nèi)地層巖體結(jié)構(gòu)較為破碎，第一段的平均透水率為144.6Lu，第二段的平均透水率為117.3Lu。通過(guò)表4、表5可知，灌漿試驗(yàn)前后滲透性發(fā)生了較大的變化，滲透率大大降低，第一段降低至5.19Lu，第二段降低至9.73Lu。通過(guò)對(duì)比可知，灌漿前后巖土體透水率發(fā)生了較大的變化，灌漿試驗(yàn)加固范圍內(nèi)的地層抗?jié)B性能明顯提升。

JC2灌漿試驗(yàn)前后壓水試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表6。

通過(guò)表6可知，JC2灌漿前后的地層破碎程度較為相似，Lu值范圍為197.5～204.3之間，地層巖土體滲透系數(shù)為2.7310-3～3.1210-3cm/s，加固后Lu值范圍為0.75～8.74之間，滲透系數(shù)為9.4410-6～1.3910-4cm/s，地層滲透系數(shù)降低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，灌漿防滲效果較為明顯。

表5 檢驗(yàn)孔透水率分析

表6 JC2灌漿前后壓水試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

3 結(jié)論

(1)通過(guò)漿液配比試驗(yàn)可知水泥+黏土+減水劑組成的混合漿液具有早期強(qiáng)度高，24h固結(jié)收縮體積小的特點(diǎn)，對(duì)于含裂隙巖體具有較好的灌漿適用性。

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)結(jié)果可知，灌漿加固范圍內(nèi)的巖體的防滲性能得到了明顯的提升。地層破碎程度較為均勻，但裂隙分布無(wú)規(guī)則。灌漿試驗(yàn)采取的灌漿參數(shù)取得了較好防滲效果，可為后期工程施工提供參考。