復(fù)合膏漿材料在溶洞灌漿中的應(yīng)用研究

肖尹亮 胡煥校

摘要：巖溶地區(qū)水庫(kù)建設(shè)與壩堤加固面臨的一個(gè)亟需解決的問(wèn)題是巖溶滲漏問(wèn)題，巖溶區(qū)帷幕注漿是解決該問(wèn)題的一個(gè)有效方法。巖溶區(qū)帷幕灌漿使用較多的為純水泥漿液、水泥粘土漿液和水泥砂漿液等材料。本巖溶帷幕灌漿工程以受灌區(qū)實(shí)際的工程條件、水文條件和地質(zhì)條件為依據(jù)，采用了復(fù)合膏漿對(duì)滲漏段進(jìn)行灌漿防滲處理，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示灌后防滲效果良好，對(duì)復(fù)合膏漿材料在巖溶地質(zhì)條件下的防滲處理類(lèi)似工程具有一定借鑒指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：巖溶滲漏? 復(fù)合膏漿? 巖溶灌漿? 防滲處理? 巖土工程

Research on Application of Composite Paste Material in Grouting of Karst Cave

XIAO Yinliang? HU Huanxiao

（School of Geosciences and Info-Physics， Central South University， Changsha， Hunan Province ，410083 China）

Abstract： Karst leakage is an urgent problem to be solved in reservoir construction and dam reinforcement in karst area. Curtain grouting in karst area is an effective method to solve this problem..Curtain grouting in karst areas uses pure cement slurry， cement clay slurry， cement mortar and other materials. The karst curtain grouting project is based on the actual engineering conditions， hydrological conditions and geological conditions of the irrigated area. The compound paste grout is used for grouting anti-seepage treatment on the seepage section. The similar engineering of anti-seepage treatment of grout materials under karst geological conditions has certain reference and guiding significance.

Key Words： Karst leakage;Composite paste material; Karst grouting;Anti-seepage treatment; Geotechnical engineering

1 工程概況

1.1 工程概況

湖南省郴州市某水庫(kù)壩址區(qū)存在較明顯的滲漏情況，滲漏對(duì)大壩的安全具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，且造成大量水資源的流失。滲漏段巖性單一，主要是由中厚～外層狀石灰?guī)r組成，巖石結(jié)構(gòu)均一，大理巖化明顯。根據(jù)前期鉆探、施工地質(zhì)及物探資料，地表溶溝溶槽極為發(fā)育：淺部（15～20m）溶蝕帶以溶洞、溶孔、溶隙為特征，壩基巖溶主要受斷層控制，其次為層面控制，沿節(jié)理呈局部溶蝕狀態(tài)。大壩防滲加固常采用帷幕注漿，并取得了較好的處理效果[1-2]。

1.2 灌漿對(duì)象

依據(jù)工程概況，本次除險(xiǎn)加固處理對(duì)象主要為水庫(kù)8#壩段向右岸山體延伸120m范圍內(nèi)壩基及壩肩滲漏部位，對(duì)處理范圍內(nèi)不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)防滲要求的巖體進(jìn)行帷幕灌漿。

2 灌漿布置方案

2.1 孔位布置方案

本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)防滲帷幕底線(xiàn)右壩基段以基巖面下延25m為界，具體帷幕防滲深度以壓水試驗(yàn)透水率小于5Lu（相對(duì)不透水層）為界，其中補(bǔ)充勘察孔深度為壓水試驗(yàn)透水率q≤5Lu再向下鉆一段。右壩肩灌漿處理上限為基巖面頂，下限為相對(duì)不透水層。

防滲帷幕沿8#、9#壩段向右岸山體設(shè)置，以截?cái)嘤野秹位皦渭鐫B漏通道。帷幕總體設(shè)計(jì)為單排，如圖1所示，孔間距為2.0m。由于8#、9#壩段位于斷層和右壩肩溶洞與涌水點(diǎn)串通部位，因此8#、9#壩段采用雙排孔加密布置，排距1.0m，孔距2.0m，布置方式采用梅花型布置[3-5]。

2.2 復(fù)合膏漿材料

由于傳統(tǒng)的水泥凈漿在溶洞中的填充效果較差，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于溶洞溶槽的處理多采用復(fù)合膏漿材料。復(fù)合膏漿材料是一種經(jīng)過(guò)改性的水泥粘土漿液，其局部穩(wěn)定性好、結(jié)實(shí)率高、就地取材、高抗?jié)B性能的特點(diǎn)，在實(shí)際灌漿工程中，可以調(diào)整水固比與外加劑添加量等方式配置形成實(shí)際所需的的灌漿材料以滿(mǎn)足不同的工程抗?jié)B或者是強(qiáng)度上的需要，如表1所示。

膏狀充填早在20世紀(jì)80年代初就在德國(guó)礦山得到應(yīng)用，后在南非、奧地利、美國(guó)、加拿大等國(guó)得到應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)出于漿液泵送困難、成本偏高等原因，膏漿材料使用普及率不高;在防滲工程中防滲材料一般采用速凝膏漿，速凝膏漿低水灰比漿液是由大量粘土、膨潤(rùn)土、粉煤灰和少量外加劑組成。

2.3 灌漿方法及灌漿參數(shù)確定

復(fù)合膏漿灌漿采用自下而上的灌漿方法，由于復(fù)合膏漿灌漿用量大、流動(dòng)慢的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)各灌漿段長(zhǎng)為0.5m，控制膏漿灌漿孔段提升的參數(shù)見(jiàn)表2。

可控灌漿水固比宜采用0.7～0.8：1，漿液流動(dòng)度宜控制在70～110mm之間，漿液流動(dòng)度一般由大到小進(jìn)行變換，漿液初始流動(dòng)度可采用90～110mm，如灌漿壓力長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力，漿液流動(dòng)度可變換至70～90mm。

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）當(dāng)灌漿壓力達(dá)到最小控制壓力Pmin、單位灌入量達(dá)到最大灌漿量Vmax時(shí)，可以進(jìn)行下一段灌漿;

（2）當(dāng)灌漿壓力達(dá)到最大控制壓力Pmax、單位灌入量達(dá)到最小灌漿量Vmin時(shí)，可以進(jìn)行下一段灌漿;

（3）如果灌漿壓力始終無(wú)法達(dá)到最小控制壓力時(shí)，但當(dāng)單位灌入量達(dá)600L/m時(shí)，亦可以進(jìn)行下一灌漿段的灌漿施工。

2.4 灌漿過(guò)程監(jiān)測(cè)及結(jié)果檢測(cè)手段

灌漿工程屬于隱蔽工程，其灌漿質(zhì)量需要借助其他技術(shù)手段進(jìn)行反映。為保證灌漿施工質(zhì)量符合技術(shù)要求，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程采用灌漿壓力及灌漿流量監(jiān)測(cè)，并通過(guò)灌后壓水試驗(yàn)對(duì)灌漿質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，以保證工程安全性和有效性。

2.4.1 灌漿壓力及灌漿量監(jiān)測(cè)

通過(guò)灌漿自動(dòng)記錄儀實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)灌漿過(guò)程的數(shù)據(jù)采集與處理。通過(guò)分析可以得到：在現(xiàn)場(chǎng)灌漿過(guò)程中，灌漿壓力的大小主要分布在0.1-1.3MPa之間，穩(wěn)定灌漿壓力的值主要隨高程的下降而增大，可以看出穩(wěn)定灌漿壓力與靜水壓力之間存在正相關(guān)的關(guān)系;灌漿區(qū)域中，單位灌漿量最大值為264 kg/m，灌漿量較大區(qū)域與壓水試驗(yàn)得到的巖溶透水區(qū)域基本一致;在原始透水率小于5Lu的深部基巖中，單位灌漿量均一致小于15kg/m，證明底部巖體完整性較好，不存在滲漏通道[6]。

現(xiàn)場(chǎng)灌漿量的統(tǒng)計(jì)如表 3所示，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)灌入水泥凈漿427642.4 L，水泥耗量161383.3kg，各排各序孔的單位灌漿量及單位注灰量表現(xiàn)為：上游排>下游排，I序孔>II序孔>III序孔。

現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)灌入復(fù)合膏漿831472 L，其中前期探明有溶洞發(fā)育的1-I-37孔灌入復(fù)合膏漿327222 L，占到總量的39.4%。

2.4.2 灌漿質(zhì)量結(jié)果檢查

施工完成后，抽取巖溶發(fā)育地段以及灌漿耗量較大位置布置了11個(gè)檢查孔，相鄰檢查孔間距保持在10m。檢查孔的檢查方式主要采用了鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)。

檢查孔鉆孔取芯過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)掉鉆情況，取出的巖芯完整，呈柱-長(zhǎng)柱狀，如圖3所示，部分檢查孔巖芯可見(jiàn)水泥與基巖結(jié)石體，填充效果較好。壓水檢查標(biāo)準(zhǔn)為灌后透水率q≤5Lu。經(jīng)11個(gè)檢查孔施工情況表明，灌漿質(zhì)量全部達(dá)到設(shè)計(jì)合格標(biāo)準(zhǔn)[7]。

通過(guò)11個(gè)檢查孔的壓水試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果，11個(gè)檢查孔共計(jì)60段壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，最大呂榮值為2.36Lu，且近80%的段次壓水試驗(yàn)小于1Lu，帷幕灌漿達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量合格。

3 結(jié)語(yǔ)

灌漿過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和灌后監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示灌后巖體抗?jié)B性均已達(dá)到防滲要求，能為今后相似巖溶區(qū)水庫(kù)建設(shè)及壩堤帷幕注漿灌漿防滲工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

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