“濃漿擠密”灌漿法在卡回水庫工程壩基防滲中的應(yīng)用

王 安，唐 堯，朱春陽

（1. 中交第四公路工程局有限公司，北京 100020；2. 湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長沙 410007）

引 言

粉砂質(zhì)泥巖是粘土巖的一種，由粘土物質(zhì)經(jīng)壓實(shí)作用、脫水作用、重結(jié)晶作用后形成，具有頁狀或薄片狀層理，透水性很差；粉砂含量25%～50%，粘土含量75%～50%，浸水后易軟化。粉砂質(zhì)泥巖本身透水性很差，但由于該工程局部壩段基礎(chǔ)粉砂質(zhì)泥巖中夾雜有薄層砂礫巖或透鏡體，導(dǎo)致這些壩段基巖有一定厚度的相對透水巖體，且工程為引水注入式水庫，對水庫滲漏要求較高，因此，需對壩基進(jìn)行防滲處理。

對于基巖防滲處理方法一般采用帷幕灌漿進(jìn)行處理，但由于粉砂質(zhì)泥巖具有浸水易軟化特征，上部一般全～強(qiáng)風(fēng)化呈土狀,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，如采用常規(guī)灌漿工藝，地基中往往進(jìn)水不進(jìn)漿，不但不能加固地層，反而易造成對地基巖土的軟化；本次針對這種地基情況，在常規(guī)灌漿工藝上進(jìn)行了一些調(diào)整完善，通過對漿液濃度及灌漿壓力的控制，找到了適合該工程地基的灌漿工藝及灌漿參數(shù)，并取得了較好的灌漿質(zhì)量效果，為以后類似工程基礎(chǔ)灌漿提供參考。

1 工程概況

卡回水庫工程位于新疆喀什地區(qū)英吉沙縣境內(nèi)，是喀什噶爾河流域規(guī)劃推薦的庫山河英吉沙灌區(qū)水庫工程，為規(guī)劃推薦的重要調(diào)蓄工程?？ɑ厮畮鞂儆谧⑷胧剿畮旃こ蹋譃樾钏こ毯鸵こ?。水庫控制灌溉面積30.82 萬畝，改善灌溉面積14.7 萬畝。水庫正常蓄水位1 416.2 m，相應(yīng)庫容為2 477 萬m3，死水位1 399.5 m，淤沙高程1 398.5 m，死庫容295 萬m3，調(diào)節(jié)庫容2 182 萬m3，1 000 年一遇校核洪水位為1 416.32 m，水庫總庫容2 498 萬m3，最大壩高31.2 m?？ɑ厮畮鞂儆谥行退畮欤こ痰燃墳棰蟮?。引水工程分為新（改）建干渠段和新建支渠段。新（改）建干渠段引水流量15 m3/s，屬于中型工程，工程等級為Ⅲ等。新建支渠段引水流量5 m3/s，屬于?。á瘢┬凸こ?，工程等級為Ⅵ等。

2 工程壩基地質(zhì)條件及地層物理力學(xué)性質(zhì)

卡回水庫工程位于區(qū)內(nèi)東北側(cè)，為一系列自北西向南東斜列的低平山體，整體上較為完整寬厚，山頂較平緩，頂部高程一般在1 406～1 419 m，只在南東側(cè)見有一沖積溝谷，谷底地形平緩，高程1 390～1 392 m，谷寬約45 m，區(qū)內(nèi)山坡坡度一般在20°～29°。區(qū)內(nèi)地表大面積為第四系松散堆積層覆蓋，下伏上第三系基巖，巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖薄層或透鏡體,屬軟巖類，抗風(fēng)化能力弱，泥質(zhì)含量較高部位揭露后易龜裂崩解，浸水易軟化；壩址區(qū)基巖表部一般全風(fēng)化呈土狀，鉆孔內(nèi)難于進(jìn)行壓水試驗(yàn)，因此，在淺表部全風(fēng)化基巖及部分強(qiáng)風(fēng)化基巖中以注水試驗(yàn)為主，其注水試驗(yàn)滲透系數(shù)在1.28×10-4～2.03×10-3cm/s，屬中等透水層。根據(jù)孔內(nèi)壓水試驗(yàn)結(jié)合注水試驗(yàn)，水庫左側(cè)基巖上部全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化中部屬中等透水層，其下為弱透水層，水庫右側(cè)因山體相對較零亂、單薄，部分弱風(fēng)化基巖上部亦為中等透水層[1]。

經(jīng)壩基開挖處理，建基面以下仍有一定厚度的相對透水巖體，根據(jù)工程要求應(yīng)進(jìn)行防滲處理。

3 水利工程泥巖地基處理方法

對于有裂隙的巖石，常規(guī)灌漿方式為滲透灌漿[2]，利用灌漿壓力作用下，漿液在不擾動和破壞地層結(jié)構(gòu)的條件下滲入巖土裂隙的灌漿；由于巖石內(nèi)裂隙極小，且該灌漿方式通過滲透壓力讓漿液自流填充裂隙，所以實(shí)際使用過程中往往需要配置非常稀的漿液，如水灰比3∶1、2∶1，而對于本工程這樣的地層情況，粘土巖遇水易水解軟化，如果采用這種稀漿，極有可能導(dǎo)致巖石進(jìn)水不進(jìn)漿，因此，不但不能加固地層，反而可能破壞地層。

對于粘性土，常規(guī)灌漿方式為擠密灌漿[3]，通過鉆孔向土層壓入濃漿，隨著土體的壓密和漿液的擠入，從而加固被灌土層，這種灌漿方式主要通過漿液壓密土體，為了形成擠土壓密效應(yīng)，因此實(shí)際使用過程中需要配置非常濃的漿液，如水灰比0.8∶1、0.5∶1，這種灌漿方式往往灌漿壓力較小（過大可能導(dǎo)致土體劈裂以及冒漿）、且灌漿速率慢，而對于巖石地層，灌漿壓力太小漿液也無法有效地被擠入周邊巖層，更無法形成有效的擠土壓密效應(yīng)。

針對本工程這種地層情況，兩種方法均存在一定制約，對于該類基巖均難達(dá)到理想的防滲效果?，F(xiàn)階段對該類基巖基礎(chǔ)的帷幕灌漿可參考的工程并不多，多半采用的都是新型的灌漿材料，以水泥灌漿為主構(gòu)造基礎(chǔ)防滲帷幕，局部再以丙烯酸等材料進(jìn)行加密補(bǔ)強(qiáng)[4]；該方案雖也能解決該類基巖的防滲問題，但工程代價(jià)較高，該工程壩基范圍較廣，采用該方案明顯不經(jīng)濟(jì)。

最終本工程考慮結(jié)合這兩種灌漿方法，采用類似于擠密灌漿的“濃漿擠密”灌漿法，該方法與傳統(tǒng)利用在基巖的滲透灌漿采用的漿液更濃，水灰比達(dá)到0.8∶1～0.3∶1，與傳統(tǒng)利用在粘性土的擠密灌漿，灌漿壓力更大，達(dá)到1 MPa 以上。并在灌漿施工之前對典型壩段進(jìn)行生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)，得出適應(yīng)本工程地基的灌漿參數(shù)，從而確保其灌漿質(zhì)量，取得符合工程要求的壩基防滲效果。并且該灌漿工藝已在新疆阿拉溝水庫工程壩基下的泥化斷層帶內(nèi)、塔日勒嘎水電站工程廠房地基下的沖洪積碎塊石夾泥等類似易泥化地基中均得到成功運(yùn)用，工程均正常運(yùn)行。

4 壩基帷幕灌漿方式、方法與灌漿參數(shù)確定

4.1 帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)

根據(jù)工程布置情況，在大壩基礎(chǔ)范圍內(nèi)選定具有代表性的壩段，分別為大壩樁號B2+100～B2+500、B1+400～B1+700 段，這兩壩段壩高相對較高且泥巖透水層相對較厚；因此，選用這兩壩段進(jìn)行結(jié)合生產(chǎn)進(jìn)行的帷幕灌漿試驗(yàn)，試驗(yàn)前根據(jù)壩基基巖特點(diǎn)及分布情況明確灌漿試驗(yàn)的具體方法以及步驟[5]，主要工作流程如下：

1）制備灌漿材料：由于該工程地下水存在腐蝕性,因此灌漿水泥采用抗硫水泥；工程基礎(chǔ)巖體夾泥較普遍，可灌性一般較差，要求添加適當(dāng)減水劑。

2）鉆孔：孔距初步采用2 m，根據(jù)試驗(yàn)情況現(xiàn)場確定是否加密至1 m。

3）洗孔與壓水試驗(yàn)：洗孔不宜大量沖洗，控制在10 min 左右，以沖洗出殘留巖粉即可；壓水試驗(yàn)對各序灌漿孔取5%進(jìn)行灌前簡易壓水試驗(yàn)。

4）灌漿方法：因本工程地質(zhì)條件較為特殊，采用孔口混凝土內(nèi)栓塞、自上而下循環(huán)灌漿法，分三序加密。

5）初選灌漿參數(shù)：灌漿段長，第一段為2 m，以下各段根據(jù)設(shè)計(jì)孔深，一般控制在5 m 以內(nèi)；漿液配比，水灰比采用2、1、0.8、0.5 等4 個(gè)比級；灌漿壓力，第一段0.4～0.6 MPa、第二段0.7～0.9MPa、第三段以下0.9～1.2MPa。

6）灌漿及抬動觀測：灌漿過程中嚴(yán)密注意各灌漿段注入率與壓力的變化，當(dāng)注入率突然增大、壓力突然下降，視為抬動；灌段在最終設(shè)計(jì)壓力條件下，注入率不大于1 L/min 后，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿，灌漿孔采用導(dǎo)管注漿，全孔0.5∶1 濃漿灌注封孔。

7）灌漿效果檢查：孔數(shù)按10%控制，試驗(yàn)壓力是灌漿壓力的80%，取芯。

4.2 帷幕灌漿具體參數(shù)及工作流程

根據(jù)前期對有代表性壩段的帷幕灌漿試驗(yàn)，確定適宜本工程特定地質(zhì)條件的灌漿方式、方法與灌漿參數(shù)，具體灌漿參數(shù)以及工作流程如下：

1）灌漿在有蓋重混凝土的情況下進(jìn)行，蓋重混凝土厚度采用1.5 m。

2）灌漿孔距1 m。

3）灌漿均采用自上而下孔口封閉、分段灌漿方法，分三序加密。

4）灌漿分段應(yīng)保證2 段或2 段以上，入巖孔深詳見帷幕灌漿設(shè)計(jì)布置圖，但入巖孔深均調(diào)整為≥7 m。

5）蓋重混凝土和基巖接觸部位的灌漿段應(yīng)先行單獨(dú)灌注并待凝，接觸段在巖石中的長度不得大于2 m，以下灌漿段長度宜采用5 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長，但不應(yīng)大于6 m。

6）灌漿方式均采用孔內(nèi)循環(huán)方式，射漿管距孔底不得大于0.5 m。

7）灌漿水灰比采用采用0.8∶1、0.5∶1 二個(gè)比級。

8）灌漿壓力：第一段0.4～0.6 MPa、第二段0.8～1.0 MPa、第三段以下1.0～1.2 MPa，具體灌漿壓力按本工程《帷幕灌漿補(bǔ)充技術(shù)要求》執(zhí)行。

9）灌漿孔采用導(dǎo)管注漿，全孔0.5∶1 濃漿灌注封孔。

10）未盡事宜按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148-2001）、《英吉沙縣卡回水庫工程大壩帷幕灌漿施工技術(shù)要求》及其補(bǔ)充技術(shù)要求執(zhí)行。

根據(jù)該工作流程對卡回水庫壩基進(jìn)行帷幕灌漿施工，灌漿完成后通過壓水試驗(yàn)確定灌漿質(zhì)量是否滿足要求，不符要求的根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)灌，直到達(dá)到工程要求的防滲標(biāo)準(zhǔn)。

5 灌漿效果評價(jià)

經(jīng)壩基開挖處理，建基面以下仍有一定厚度的相對透水巖體，進(jìn)行了防滲帷幕灌漿處理。壩基截滲槽內(nèi)設(shè)置厚1.5 m 的壓漿板，底部布置一排帷幕灌漿孔，孔距1.0 m，深入相對不透水層5 Lu 以下3～5 m，灌漿水泥采用抗硫水泥。單排分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序進(jìn)行，Ⅰ序孔注漿最大壓力1MPa，Ⅱ序孔注漿最大壓力1.3 MPa，Ⅲ序孔注漿最大壓力1.5MPa。灌漿完成后再對灌漿孔中間土層進(jìn)行鉆孔取樣，發(fā)現(xiàn)土層膠結(jié)較多，帷幕成墻效果好，能滿足大壩基礎(chǔ)防滲要求。灌漿前壓水試驗(yàn)透水率平均16.8Lu，灌漿后檢查孔的壓水試驗(yàn)平均值2.7Lu（表1，表2）。

表1 部分先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表2 部分檢測孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié) 語

針對粉砂質(zhì)泥巖地基防滲處理方法不多，需結(jié)合工程的實(shí)際情況，因地制宜，選擇合理的處理方法，既經(jīng)濟(jì)又能使工程安全可靠?？ɑ厮畮旃こ探Y(jié)合工程區(qū)壩基基巖地質(zhì)情況，選擇“濃漿擠密”灌漿法對壩基粉砂質(zhì)泥巖透水層進(jìn)行處理，較好地解決了大壩壩基防滲問題，可供類似具備同樣工程地質(zhì)問題的水庫工程提供參考。