郑道静

(广东河海工程咨询有限公司,广东 广州 510610)

水库工程建造过程中,库区渗漏对水库正常蓄水有很大影响[1-5]。帷幕灌浆技术能够大幅提升水库坝体的防渗能力,为进一步改善水库工程渗流问题，应通过试验检验帷幕灌浆在水库坝体防渗效果改进方面的可行性,然后依据试验结果制定合理的施工方案[6-8]。

1 工程概况

某库区帷幕灌浆工程位于某河库尾右岸，帷幕灌浆平均深度74.0 m，最大深度约122.7 m。帷幕轴线长度1178.57 m，帷幕灌浆按单排孔布置，孔距2 m。库区帷幕灌浆区段位于大坝枢纽区南面约7 km的某村旁。坝址区大面积分布碳酸盐岩，大坝两岸灰岩段岸坡地下水埋深较大，高程接近河水位，与正常蓄水位无交点，岩溶发育的程度及深度与河床类似。坝址左岸防渗线端点由左坝肩向北穿越灰岩段进入文麻断裂带约50 m，右岸防渗线端点由右坝肩向南穿越灰岩段进入P2β玄武岩内约40 m。库区除近坝库岸(坝址区两岸)外，地下水位高程高于正常蓄水位，沿分水岭走向的文麻断裂带具有阻水性，水库不存在渗漏的问题；河库尾罗世鲊村附近长约2.8 km的库岸及河间地块出露地层为个旧组上段(T2g)灰岩，且灰岩岩溶发育，存在渗漏问题，渗漏形式为管道～溶穴型，需进行防渗处理。

2 生产性帷幕灌浆试验

水库库区二标生产性帷幕灌浆试验自2016年11月3日开始，至2018年4月10日全部结束，历时524日历天。

2.1 灌浆施工流程

根据设计图纸及试验区孔位对应里程位置用GPS进行测量放线布孔，用钢筋桩标记。场地平整好后迁移钻机至试验孔位置，开孔孔径宜为φ110及以上。灌浆孔孔向为铅直向。帷幕灌浆孔设计深度按设计孔深进行。灌浆孔钻孔流程见图1。

图1 灌浆孔钻孔流程

2.2 地质改良灌注施工流程

2.2.1 地质改良灌注膏浆施工原则

(1)施工总流程。施工准备→场地平整→钻孔放样→钻孔、压水→分层分段灌浆(膏浆灌注段长为30 m)→待凝→自上而下分段扫孔(按设计划分段长)→灌纯水泥浆→资料整理。

(2)膏浆单孔施工工艺。钻孔定位→固定机具→钻孔、裂隙冲洗、压水(按5 m分段压水，完成30 m)→分层分段灌膏浆(膏浆灌注段长为30 m)→待凝→钻进(按5 m分段压水，完成30 m)→灌膏浆→……→至设计孔深→自上而下分段扫孔→灌纯水泥浆→孔口管镶铸→待凝72 h→扫孔→灌纯水泥浆……→至设计孔深→封孔→单孔资料整理。

(3)遇掉钻、溶洞等特殊情况时先进行膏浆灌注，规模较大的无充填型溶洞先采用级配料进行回填，级配料投放按粒径逐级摸索投放，级配料充填满后，采用膏浆灌注，最后再采用纯水泥浆灌注至结束标准。

(4)膏浆灌注按30 m一段分层、全孔分为3段进行灌注，膏浆灌注前下射浆管至孔底1.0 m左右，自下而上拔管灌注，采取限压限量双重措施控制灌浆，达到指定压力或注入量拔管进行上一米灌注。地质改良灌注膏浆浆液配比比如表1所示。

表1 各浆液配合

2.2.2 地质改良膏浆灌注压力标准及结束条件

生产性帷幕灌浆膏浆试验区，先导孔、Ⅰ序孔自上而下分三大段进行膏浆灌注，完成整孔膏浆灌注后按设计要求自上而下分段扫孔灌纯水泥浆达到结束标准，直至设计孔深。

(1)膏浆灌注压力控制。①孔深60 m以下：以脉动压力控制，结束灌浆时孔口峰值表压力为4～6 MPa；②孔深30～60 m：以脉动压力控制，结束灌浆时孔口峰值表压力为3～5 MPa。

(2)膏浆浆液变换原则。膏浆灌注由稀至浓逐级变换，必要时投放级配料回填满后在灌注膏浆。

(3)膏浆灌注结束条件。膏浆灌注采取限量、限压双重控制措施，即压力达到预定值拔管进行上一米灌注，注入量达到预定值拔管进行上一米灌注，对于压力未达到预定值的区段待凝48 h以上扫孔复灌，直至达到压力条件为准。有压力但达不到压力结束标准的3～5 m3/m进行控制，复灌过程压力接近结束条件的注入量可适当增加，但不得超过6 m3/m，遇掉钻或溶洞时现场确定。

2.3 岩石层帷幕灌浆

孔口管埋设深度。在下端焊三根10 cm长的Φ6.5 mm钢筋作为对中架。孔口管埋设示意图如图2。

图2 孔口管埋设示意图

下入孔口管，使其对中并用水平尺校正。在施工过程中由于反复劈裂冒浆，除HⅡ试验区外，套管安装深度基本为20～30 m，采取扩孔二次安装套管隔离上部破碎基岩、双层套管等施工措施等。水库库区二标生产性帷幕灌浆试验设计初拟定灌浆压力如表2所示。

表2 初拟帷幕灌浆压力表

在试验施工期间存在复灌次数多、冒浆、反复劈裂、难以达到设计初拟定压力的情况，造成材料注入量大、施工成本、工程投资不可控等。调整后灌浆压力如表3所示。

表3 调整后帷幕灌浆压力表

3 帷幕灌浆效果分析

3.1 水泥注入量成果分析

(1)Ⅰ序孔单位注入量平均值为1456.3 kg/m，Ⅱ序孔单位注入量平均值为319.6 kg/m，减少了78.1%。Ⅰ序孔单位注入量≥500 kg/m的区间为76%，而Ⅱ序孔≥500 kg/m的区间为31%，减少了45%。

(2)从整体透水率和单位注入量来看，该试验段岩溶发育，地质情况复杂，但经过膏浆充填和Ⅰ序孔的灌注，Ⅱ序孔的透水率和灌入量都有较大的减少，说明灌浆效果良好。

(3)岩体可灌性分析。EⅡ试验区受灌介质差异性较大，上部8～12 m为覆盖层，12～40 m左右为过渡带，过渡带基岩完整性较差，大量泥质充填破碎带，40 m以下基岩逐渐完整，但多次遇到连通型泥质充填溶洞，需要大量浆液对泥质充填物进行挤密、置换后才能达到结束标准。水泥注入量成果如表4。

表4 水泥注入量成果

3.2 大耗灰量特殊孔段统计分析

由表5可看出，灌注膏浆段长为144.27 m，其中水泥用量为269 657 kg，36.2%的灌浆段耗灰量占总耗灰量的67.1%,掺砂383.2 t，黏土173.7 t。EⅡ试验区平均每米灌注膏浆注入量为3.2 m3，注入量大的主要原因为宽大泥质充填溶沟溶槽、泥质充填溶洞。

表5 EⅡ试验区膏浆灌注统计

串浆：KⅡ384孔在进行23～28 m灌膏浆，灌注25 m位置时，从KⅡ382孔内串浆，并挤出约4 m长黄色泥质充填物；检查孔采用全孔取芯，在较大的空隙或者较大的溶槽中取出了较大体积的膏浆结石，说明膏浆能更好地充填和挤密溶槽、溶蚀裂隙等特殊地质。

4 结 论

本文在前期灌浆试验报告提出的建议及相关内容的基础上，通过本次生产性帷幕灌浆试验进一步摸清强岩溶地区地质情况，根据试验区及先导孔施工情况划分出了库区不同类型地质及计划采取的处理方案。