张万银

摘 要：自流控制灌浆技术是基于自密实混凝土、自密实砂浆等发展起来的一项灌浆防渗技术。基本原理是采用自流控制灌浆技术，对堆石体（或堰塞体）初始颗粒进行胶结，形成粒径可控的胶结块体，作为防渗加固体系，再采取自上而下（或自下而上）逐层进行灌注的方式，形成连续的灌浆胶结体系，胶结体连续形成可进行帷幕灌浆的防渗墙结构体，再进行帷幕灌浆作为大壩堆石体（或堰塞体）的抗渗体。由于自流控制灌浆具有工艺简单，造孔简便，施工成本低，方便补强，风险可控等优点，在大坝除险加固、堰塞体加固、改善复杂地层的物理力学性能等工程中具有广阔的应用前景。

关键词：自流控制灌浆；堆石体；堰塞体；实验研究

中图分类号：TV543 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）21-0132-02

Abstract： Self-flow control grouting technology is based on self-compacting concrete， self-compacting mortar and other developed grouting anti-seepage technology. The basic principle is to use the artesian control grouting technology to cement the initial particles of rockfill body （or dammed body） to form a cemented block with controllable particle size， which can be used as an anti-seepage reinforcement system. A continuous grouting and cementing system is formed by filling layer by layer from top to bottom （or from bottom to top）， and the cemented body continuously forms an impervious wall structure that can be used for curtain grouting. The curtain grouting is used as the impervious body of the rockfill body （or dammed body） of the dam. Since the artesian control grouting has the advantages of simple technology， simple hole making， low construction cost， convenient reinforcement and controllable risk， etc. It has broad application prospects in dam reinforcement， improvement of physical and mechanical properties of complex strata and so on.

Keywords： artesian flow control grouting； rockfill body； dammed body； experimental study

1 研究背景

2014年8月3日，云南鲁甸县发生6.5级地震，地震使牛栏江红石岩段右岸山体岩石崩塌形成高约90m的松散堆积体，堆积体左岸是古滑坡体，左右岸相连形成红石岩堰塞湖。左岸古滑坡体形成年代较久远，沉降变形时间长；而右岸崩塌体形成时间很短，预计在未来相当长时间内会有较大的沉降和湿陷变形。由于堰塞体是由天然堆积而成，而且左右岸堰塞体物质组成存在明显差异，物质成份、颗粒粒径级配及孔隙率等参数会存在较大不确定性，其沉降变形特性也难以准确预测，人工筑坝时常用的防渗、加固处理措施直接应用存在风险，堰塞堆积体的防渗加固处理是红石岩堰塞体改造建坝的关键技术难题之一。

根据上述情况，由我院（昭通市水利水电勘测设计研究院）联合清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室提出采用自流控制灌浆与常规压力灌浆相结合的技术，为红石岩堰塞湖整治提供技术支撑。

2 实验过程

2.1 指导思想与实验流程

本次试验与实际的固结灌浆工程施工相结合，属生产性试验，通过先期具备灌浆条件的代表灌区开展本试验要求的试验工作。将自流可控固结灌浆和常规压力灌浆放在同一试验区内，先通过自流可控灌浆填充大裂隙，再采取常规压力灌浆封堵小裂隙，灌浆孔位按梅花型布置，以此验证“自流可控+常规压力”的固结灌浆的效果，采用物探、取样试验、孔内摄像、常规注（压）水、超声波检测等检查手段和测试手段，取得试验成果资料。通过统计整理和分析研究试验资料，得到适合本工程的基础灌浆有关参数和施工工艺进而得出相关结论。

2.2 布孔型试

按设计文件要求，固结灌浆孔在试验区域沿8个方向分散交叉布孔，分Ⅰ和Ⅱ两序孔钻灌，Ⅰ序孔钻灌采用自流可控灌浆方式，Ⅱ序孔钻灌采用常规压力灌浆方式，先进行Ⅰ序孔钻灌施工，再进行Ⅱ序孔钻灌施工。

2.3 自流控制灌浆材料选择

（1）灌浆材料的种类：常规水泥灌浆料，水灰比5：1～0.5：1，采用注浆泵压力灌注。自密实净浆，水灰比0.4：1～0.3：1，采用自流灌注，坍落扩展度>1000mm。高流态自密实砂浆，水灰比0.4：1～0.3：1，体积砂率40%～45%，采用自流灌注，坍落扩展度1000～1200mm。中流态自密实砂浆，水灰比0.4：1～0.3：1，体积砂率45%～48%，采用自流灌注，坍落扩展度800～1000mm。低流态自密实砂浆，水灰比0.4：1～0.3：1，体积砂率48%～52%，采用自流灌注，坍落扩展度600～800mm。

自密实砂浆配比及性能见表1。

（2）灌浆材料的选择：（以灌前注水试验渗透系数k为准，单位cm/s）

k<1×10-3，选择常规水泥灌浆料。

1×10-3≤k≤1×10-1，选择自密实净浆。

1×10-1

1×10+1≤k，选择一般流态自密实砂浆。

2.4 钻孔及灌浆

（1）钻孔：钻孔采用150型回转钻机，基岩清水合金钻，灌浆孔孔径为φ110mm，检查孔孔径为φ90mm。（2）钻孔冲洗：灌浆孔孔段钻孔结束后，应立即进行洗孔和捞渣，保证孔内干净，洗孔至回水变清，若不返水则以流量由小变大渐趋于稳定来判断，冲洗时间不少于20min。捞渣标准以孔底沉积厚度不大于200mm为限，钻孔冲洗压力为0.8Mpa。（3）注水试验：钻孔各灌浆段灌浆前及检查孔各段均进行简易注水试验，每5mⅠn测读一次注入流量，注水时间不少于20min。（4）待凝：根据成型7.07cm和10cm立方体抗压试块，检测1d抗压强度可达25Mpa，各孔待凝时间控制在24h，即灌浆孔封孔24h后可进行钻孔。（5）浆液变换：灌浆过程中，浆液浓度的变换遵循由稀到浓，逐级变换的原则。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应该加浓一级；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。（6）特殊情况处理：遇到串浆、冒浆、岩层破碎、止浆困难、吃浆量过小、吃浆量过大等，进行特殊情况处理。

3 实验结果分析

3.1 固结效果

（1）孔内成像。根据钻孔取芯及孔内电视成像显示，复杂的堰塞体已然形成连续胶结体，其性状类似混凝土，说明自流控制灌浆对堰塞体大孔隙及毫米级以上缝隙充填效果较好，改善了堰塞体松散状态，形成较为密实的结构框架，再进行帷幕灌浆作为堰塞体的防渗体系是合理可行的。（2）超声波检测。根据现场条件，灌后在试验区共布置了8个声波测试孔，均为检查孔，以客观地评价灌浆效果。根据相关文献与现场勘查，堰塞体地层属于强卸荷体，且层间剪切破碎带居多，因此自流控制灌浆设计标准为：灌后岩体波速值大于2000m/s标准值的测点应在 80%以上，且低于标准值的测点不连续可评价为合格。

由统计值可以分析出：灌后波速VP>2000m/s的测点占88%，VP<2000m/s的测点占12%，且不集中，灌浆检测结果为合格，同时可以判断，复杂的堰塞体地质已改善为常规可控地质，为帷幕灌浆创造了有利条件。

3.2 防渗效果

本次实验Ⅰ和Ⅱ序孔灌前累计压水42段，Ⅰ和Ⅱ序灌后检查孔累计压水27段，类原状孔累计压水49段。根据压水试验表明：从试验区自流控制灌浆灌前、灌后渗透系数分布上呈大致递减趋势，说明随着灌浆次序的增进，Ⅰ序灌浆孔内部区域地层逐渐被灌注密实，渗透性得到明显改善，Ⅰ和Ⅱ序孔灌后可能将自由排水的复杂堆石体渗透系数降低至k≤1×10-1cm/s量级，再经过帷幕灌浆可形成连续防渗体系。而类原状孔的渗透系数却依然很大，说明灌浆扩散半径可以得到有效控制，避免浆液在重力作用下无限扩散，从而节省灌浆工程量。

4 需要进一步完善的问题

4.1 材料性能突破与施工工艺改进

试验过程中发现，自流控制灌浆检查孔只能进行注水试验而无法进行压水试验，说明试验区域复杂堆石体的整体渗透性得到很好的改善，且通过自流控制灌浆形成一定厚度的胶结体，对堰塞体起到填充固结，使松散破碎地层形成结构框架的作用。但仅靠自流控制灌浆尚不能达到防渗标准，后续还要进行帷幕灌浆，以达到防渗要求。其主要原因在于，由于灌浆材料性能的限制，自流控制浆液还无法实现对毫米级以下的缝隙形成有效的填充；由于施工工艺限制，自流浆液仅在重力作用下无法对反向密闭空间进行有效填充。所以需进一步改善材料性能、改进施工工艺以达到仅靠自流控制灌浆就能实现同时满足结构与防渗两大要求。

4.2 规程规范及技术标准

遗憾的是，目前自流控制灌浆施工技术在国内还处于理论研究阶段，也没有工程实例供参考，更没有相关的设计规范、施工规范、检测及试验规程、质量评定标准等。基于以上原因，虽然技术方案可行，红石岩堰塞湖整治工程最终还是没有采取自流控制灌浆方案。

5 结束语

实验研究表明：自流控制灌浆对复杂堆石体防渗是一种简单易行的实用技术。由于自流控制灌浆具有工艺简单，造孔简便，施工成本低，方便补强，风险可控等优点，在大坝除险加固、堰塞体加固、改善复杂地层的物理力学性能等工程中具有广阔的应用前景，有着明显的作用与优势，应尽快用于工程实践。

参考文献：

[1]SL678-2014.胶结颗粒料筑坝技术导则[Z].中华人民共和国水利部.

[2]红石岩堰塞体自流控制灌浆加固现场试验报告[R].昭通市水利水电勘测设计研究院.

[3]云南省牛栏江红石岩堰塞湖整治工程可行性研究报告[R].中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司.

[4]DL/T5148-2012.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[Z].中华人民共和国水利部.