佛寺水庫(kù)壩基巖體裂隙帷幕灌漿技術(shù)探討

摘 要：壩基防滲處理，尤其巖石基礎(chǔ)的防滲處理，大都采用帷幕灌漿的方法。通過(guò)佛山水庫(kù)壩基帷幕灌漿實(shí)踐表明，壩基地質(zhì)條件不同，基礎(chǔ)灌漿處理的方法和施工技術(shù)繁簡(jiǎn)程度也不一樣。在很大程度上地質(zhì)因素決定著灌漿方法。

關(guān)鍵詞：帷幕灌漿;透水性;裂隙

佛寺水庫(kù)位于遼寧省阜新蒙古族自治縣境內(nèi)的細(xì)河支流伊嗎圖河上，是一座具有防洪、供水、灌溉、養(yǎng)魚等綜合效益的大（二）型水庫(kù)，最大庫(kù)容為1.47億m3，水庫(kù)控制流域面積600km2。大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿是按如下程序建造的，即：選定防滲要求——分析地質(zhì)條件和巖體的滲透性——帷幕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——灌漿標(biāo)準(zhǔn)確定、漿材選用、工藝確定——灌漿工藝的實(shí)施——施工時(shí)的檢查和分析——帷幕的運(yùn)行效果監(jiān)測(cè)。從整個(gè)過(guò)程可清楚看出，每一環(huán)節(jié)無(wú)不與地質(zhì)因素密切相關(guān)。一般情況下，與帷幕灌漿相關(guān)的巖基地質(zhì)因素主要是巖體透水性。裂隙巖體的透水性主要取決于裂隙開度大小、走向、延伸范圍、連通情況，裂隙中的充填物及裂隙面的粗糙度等裂隙幾何結(jié)構(gòu)特征。在巖基上設(shè)置防滲帷幕最根本的目的就是要減少或截?cái)嗤ㄟ^(guò)巖體裂隙的滲漏水。裂隙巖層中水的滲流不同于孔隙巖層中水的均勻滲流。由于裂隙大小相差懸殊，分布又不均勻，并且有一定的方向性，所以水沿裂隙巖層滲透具有非均質(zhì)性和各向異性的特征。一般情況下，大裂隙的數(shù)目少、分布較稀疏，小裂隙數(shù)目多，分布密度較大。分布較疏的大裂隙具有十分強(qiáng)的導(dǎo)水能力，它在比較稠密的細(xì)小裂隙的網(wǎng)絡(luò)中間起著“排水主渠道”的作用，這種大小裂隙組合起來(lái)即形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀裂隙導(dǎo)水系統(tǒng)。防滲帷幕的主要目的是堵塞上述裂隙導(dǎo)水系統(tǒng)中的“排水主渠道”。

巖體的透水性取決于裂隙幾何結(jié)構(gòu)特征，這些因素與巖性和巖相密切相關(guān)。裂隙的幾何結(jié)構(gòu)特征常常影響漿液在裂隙間的流動(dòng)性，影響帷幕灌漿的設(shè)計(jì)與施工。

一、巖性的影響

不同的巖性具有不同的裂隙孔隙特征。一般情況是：薄層、軟弱巖石（加強(qiáng)風(fēng)化安山巖、頁(yè)巖、凝灰?guī)r等）中，裂隙短而窄且密集。如佛寺水庫(kù)（樁號(hào)0+539～0+600）壩段強(qiáng)風(fēng)化安山巖與侵入脈巖糜棱巖互層地區(qū)。堅(jiān)硬巖石（如安山巖、安山集塊巖、閃長(zhǎng)巖等）中的裂隙則狹長(zhǎng)，并較稀疏。如佛寺水庫(kù)（樁號(hào)0+421～0+539）壩段，裂隙間距大于0.5～20mm。硬而脆的巖石中多為密集、閉合的裂隙，巖體裂隙延伸不遠(yuǎn)即尖滅，連通性較差。顯然，寬而長(zhǎng)且連通的裂隙透水性強(qiáng)、漿材易于在其間滲透，可灌性好，易于達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿標(biāo)準(zhǔn)，灌漿效果顯著。

二、裂隙成因和位置的影響

裂隙形成機(jī)制不同，裂隙幾何特征相異。按地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)的觀點(diǎn)，構(gòu)造斷裂按其形成時(shí)的受力性質(zhì)可分為壓性、扭性、張性、壓扭性和張扭性等5類斷裂。張性或張扭性斷裂隙開度大、透水性最強(qiáng)，壓性或壓扭性斷裂裂隙常呈閉合態(tài)、透水性最弱。岸邊剪切裂隙透水性極強(qiáng)，但因其深延谷底而閉合，以至透水性隨深度的增加而減弱。卸荷裂隙分布在河谷兩岸的河床一定范圍內(nèi)，其透水性也很強(qiáng)烈。

佛寺水庫(kù)左壩肩壩基巖體的擠壓破碎帶，RP基本上不吸漿，裂隙中水泥結(jié)石充填的很少。而以（樁號(hào)0+401～0+421）壩基張性結(jié)構(gòu)面則耗灰量大、裂隙中有充填緊密的水泥結(jié)石。裂隙密度隨巖石深度的增加而逐漸減少，且當(dāng)深度超過(guò)40m以后，寬度超過(guò)1mm的裂隙數(shù)目驟然減少。可見(jiàn)，張性或張扭性構(gòu)造斷裂、淺部岸邊剪切裂隙，卸荷裂隙等開度較大、透水性均較強(qiáng)，易于漿液的滲入。而壓性或扭性斷裂裂隙常呈閉合態(tài)、透水性最弱，漿材難以滲入。裂隙密度和開度隨深度增加逐漸減少，所以深度巖層的透水性往往較弱。

三、裂隙開度及連通性的影響

在灌漿工作中，灌漿材料對(duì)灌漿帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)與效果有很大影響，但這樣影響最終可歸結(jié)為裂隙幾何因素。巖基防滲中廣泛應(yīng)用的水泥灌漿材料。材料的顆粒性決定了它的使用條件，一般來(lái)說(shuō)，裂隙開度要大于水泥最大顆粒尺寸3倍，水泥漿材方能滲入裂隙，起到應(yīng)有的防滲作用。室內(nèi)模擬裂隙裂隙灌漿試驗(yàn)表明，當(dāng)裂隙寬度小于0.15mm時(shí)，普通水泥漿體難以滲入。

通過(guò)對(duì)佛寺水庫(kù)壩基帷幕灌漿工作實(shí)踐總結(jié)，當(dāng)裂隙寬度小于灌漿材料所能滲入的臨界值時(shí)，通過(guò)該材料的灌漿往往難以有效減弱基礎(chǔ)透水性。所以有些地層僅通過(guò)普通水泥灌漿難以達(dá)到設(shè)計(jì)的防滲標(biāo)準(zhǔn)，不得不采用化學(xué)灌漿或超細(xì)水泥灌漿，以得到特殊的防滲效果。對(duì)連通性好、開度大的裂隙易于灌注，在一定的漿材流動(dòng)范圍內(nèi)，漿液濃度要大，甚至加細(xì)砂等粗粒材料，所選灌漿壓力可小些;對(duì)于不連續(xù)、閉合狀的節(jié)理，漿液則難以滲入，漿液濃度要小，所選灌漿壓力要大。

四、裂隙走向與延伸范圍的影響

裂隙的走向與延伸的范圍也同樣影響帷幕灌漿的質(zhì)量和效果。灌漿孔往往難以穿過(guò)陡傾角、易尖滅的裂隙，往往連q≤5Lu的灌漿標(biāo)準(zhǔn)也難實(shí)現(xiàn)。佛山水庫(kù)大壩基礎(chǔ)為安山巖、安山集塊巖和后期侵入的基性脈巖如閃長(zhǎng)巖、糜棱巖互層，不僅有大量的層面裂隙，而且陡傾角裂隙也較發(fā)育，連通性一般較差。灌漿過(guò)程中，漿液難以通過(guò)層面裂隙灌入陡傾角裂隙，但有時(shí)又遇到裂隙性集中滲漏，有時(shí)當(dāng)灌漿孔揭穿陡傾角灌漿量將突然增大。對(duì)于這種陡傾向裂隙的存在，當(dāng)巖層厚度有限時(shí)，僅通過(guò)縮小孔距提高揭穿陡傾角的可能性不大，以此來(lái)提高灌漿標(biāo)準(zhǔn)是不經(jīng)濟(jì)的，效果也不會(huì)改善很大，我們可以根據(jù)巖體的深度而合理的增大灌漿壓力，增加巖層的可灌性和漿液到達(dá)的距離，從而提高灌漿的效果。

五、裂隙中充填物的影響

充填情況不同透水性也不相同。對(duì)于構(gòu)造斷裂帶，當(dāng)裂隙被方解石或各種脈巖充填時(shí)透水性最弱;被風(fēng)化巖屑、高嶺土、黏土或粉土充填時(shí)，透水性較弱;無(wú)充填的開闊裂隙透水性最強(qiáng)。

無(wú)充填的開闊裂隙采取灌漿帷幕防滲措施滲透性減小效果明顯，比較容易達(dá)到設(shè)計(jì)的灌漿標(biāo)準(zhǔn)。在許多壩基裂隙中存在著透水性較弱的充填物，用常規(guī)的水泥灌漿方法難以達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，往往采用高壓水泥灌漿或化學(xué)灌漿可以取得滿意的效果。

通過(guò)佛寺水庫(kù)壩基巖體裂隙帷幕灌漿工程實(shí)例，無(wú)論是灌漿的壓力、孔距、材料，還是灌漿的方案、施工的質(zhì)量都與巖體裂隙特征密切相關(guān)。鑒于地質(zhì)因素的復(fù)雜性，故以往同類工程的灌漿經(jīng)驗(yàn)只能作為參考，不宜直接搬用。巖體的裂隙是灌漿的直接對(duì)象，要取得良好得灌漿效果，必須首先對(duì)裂隙的性質(zhì)做詳盡的研究。如裂隙的寬度、方向、填充物的種類和密實(shí)度等，這些對(duì)灌漿方法、灌注材料、鉆孔方法等，均有著很大的影響。只有將地質(zhì)情況摸清后，才能確定正確的處理方案和施工工藝。

作者簡(jiǎn)介：張?chǎng)位郏?989—）男，遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣人，助理工程師，現(xiàn)主要從事水利工程建設(shè)管理工作。