郑 雪 王春明

（云南水利水电职业学院，云南 昆明 650499）

0 引言

位于岩石破碎带上的水利枢纽工程，应提前开展地质勘查，根据岩层裂隙发育情况、裂缝分布与走向等相关信息，制定基础防渗处理方案。通过选择科学的技术措施，封堵裂缝，达到防渗与加固的有机统一。根据以往的工程实践，帷幕灌浆、劈裂注浆、高压喷射灌浆等都是常用的基础防渗技术。但是从技术应用效果来看，帷幕灌浆具有裂缝封堵效果好、适应范围广、操作比较简单等特点，具有推广应用价值。

1 工程概况

某水利枢纽工程正常蓄水位258.1 m，防洪高水位260.0 m，总库容1.58亿m3。坝顶高程272.6 m，最大坝高90.2 m，坝顶宽8.3 m，坝顶总长度266.1 m。该水利枢纽工程兼有发电、灌溉等功能，属于二等大（Ⅱ）型工程。根据气象资料，该水利枢纽工程所在地区属于中亚热带季风气候区，全年平均降雨量2 546.2 mm，六七月份降雨集中，易发生暴雨、洪水。结合地质调查资料，该水利枢纽工程所在地区存在贯穿库区的断层带，破碎带呈全风化状。综合该区地质条件和水文特点，最终选择帷幕灌浆技术进行基础防渗处理。

2 工程基础帷幕灌浆处理技术

2.1 孔位布置

该工程帷幕灌浆所用孔采用单排布置形式，每一排包含8个灌浆孔。其中Ⅰ序孔2个，间距为10 m；Ⅱ序孔4个，间距分别为4 m和8 m；Ⅲ序孔2个，间距为12 m；2个检查孔，间距为12 m；另外还有1个抬动观测孔。现场施工时，首先根据施工图纸确定抬动观测孔位置，然后依次进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔和检查孔的施工。

2.2 施工设备与材料

本次工程中使用到的设备主要有2台最大深度为300 m的钻孔机；1台最大压力为10 MPa、排量为120 L∕min的灌浆机；1台容量为500 L的制浆机；1台压力为8 MPa、排量为120 L∕min的清水泵；1台测斜仪。帷幕灌浆施工所用材料为42.5R水泥，制备泥浆前检查水泥批次、标号以及质检合格证，确定无质量问题后，使用80μm方孔筛子进行筛选，以筛余量≤总质量的5%为合格。将筛选过后的水泥倒入搅拌机中，然后再按照设计好的配合比依次加入砂子、黏性土、粉煤灰、水玻璃等掺合料，最后使用温度在0～30℃的清水进行拌和［1］。

2.3 钻孔施工

本次工程中使用2台XY-2PC型钻机进行钻孔。复核孔位，确定孔位坐标正确后，按照布孔顺序依次完成钻孔。第一段孔径的直径为110 mm，钻孔深度达到岩层2 m处后，确定孔口、孔壁无开裂问题，进行清孔作业。将孔内泥渣等清理干净后，埋设直径为98 mm的孔口管。第二段、第三段灌浆孔的孔径均为80 mm。现场钻孔作业时，使用测斜仪进行孔斜检测，发现孔斜率接近最大偏差值时要及时调整钻头角度。全孔测斜发现孔斜率偏大时，应视作废孔。

2.4 裂隙冲洗与压水试验

钻孔结束后，破碎岩层的裂隙中可能会残留一些碎石、泥土，为保证灌浆防渗效果，需要进行裂隙冲洗。操作方法：使用中空钻杆完成钻孔后，打开顶部法兰，连接清水泵的注水管口，设定好注水压力后，利用高压水冲洗钻孔侧壁岩石裂隙中的砂子、石屑、泥土。在孔口观察返水，直到返水清澈、无杂质后，说明裂隙内冲洗干净，继续冲洗5 min后停止冲洗［2］。如果是单孔冲洗，整个冲洗时间不少于20 min；如果是多孔联合冲洗，时间不低于1 h。

本次工程中在正式灌浆前开展了压水试验，目的是掌握地层透水性，为浆液制备提供依据。压水试验采用单点法压水，压水压力为灌浆压力的80%，最大不超过1 MPa。压水试验中透水率的计算如式（1）所示。

式中：Q为每分钟注入的水量，L∕min；H为总的压水力，以水头计，m；L为压水试验段的长度，m。

2.5 孔口封闭灌浆

完成清孔与压水试验后，抽干孔内积水，镶铸孔口管。选择直径为90 mm、长度为2 m的无缝钢管插入已经完成的钻孔中，钢管深入基岩1.6～1.8 m，上端高出作业面20～40 cm。端部焊接法兰盘，方便与孔口封闭器连接。钢管采用分段插入的方式，到达第一段的底部后，从顶端连接常规灌浆器，开始注浆，直到浆液的液面达到孔口封闭器，第一段灌浆完成。然后使用0.5∶1的水泥浆液置换孔内浆液，继续进行第二段的灌注，施工方法同上，直到无缝钢管达到指定深度即可结束灌浆。整个施工流程如图1所示。

图1 孔口封闭法灌浆示意图

在孔口封闭法灌浆中，要注意各道工序应做到有序衔接，不得随意中断施工。确实有特殊情况（如浆液准备不足），也应保证中断时间控制在1 h以内，防止上部浆液终凝后难以继续向下灌浆。同时，要求孔口管必须固定牢固，在灌浆压力≥5 MPa时，孔口管深入基岩的深度≥2 m。为了实现浆液在孔内循环的灌浆效果，要求注浆管的管口与孔底之间的距离＜50 cm［3］。

2.6 灌浆特殊情况处理

由于该工程所在地区存在断层破碎带，因此在注浆时容易出现孔内漏浆现象，不仅浪费泥浆、增加成本，而且对防渗与加固效果也会产生负面影响。在现场施工时采用浓浆灌注和低压力灌浆的方法，可以有效解决吸浆量偏大、孔内漏浆等问题。现场采取以下处理措施：中止注浆后，将注浆管内泥浆排空，然后替换成1∶1的高浓度泥浆进行灌注，同时将灌浆设备的压力参数从4.0 MPa调节为2.5 MPa，灌浆方法从持续灌浆调整为间歇灌浆，间歇时间为30 min。第一次灌浆量为4 046 kg，等待30 min，在泥浆初凝后继续进行第二次灌浆，灌浆量为6 885 kg，同时密切关注有无地面冒浆等情况。等待30 min，按照同样的方法完成第三次灌浆，灌浆量为6 757 kg［4］。

3 工程基础帷幕灌浆处理后的防渗效果评定

3.1 灌浆压力分析

帷幕灌浆施工中，灌浆压力是决定基础防渗效果的关键因素之一。保持适度的压力，可以使浆液的扩散范围达到理想状态，保证水利枢纽工程基础防渗与加固效果达到最优。相反，压力偏小会导致浆液扩散范围偏小，压力太大则会对基础岩石造成破坏。另外，本次工程中使用的是孔口封闭法灌浆，由于上部灌浆区会反复施加压力，要想避免破碎的岩层出现抬动现象，也会对灌浆压力提出较为严格的要求。因此，在灌浆施工时需要对孔内压力做好密切监测，从注浆10 min后收集第一组数据，之后每隔10 min采集一次数据，共收集11组数据，根据所得数据绘制灌浆压力、流量随时间的变化曲线，整个灌浆过程中压力基本维持在2.5～3.0 MPa，相对稳定；浆液流量呈现出逐渐降低的趋势。在初始注浆阶段，灌浆压力为2.5 MPa的情况下，浆液流量为34.5 L∕min；在注浆50 min后，同样的压力条件下，浆液流量仅有6.0 L∕min。从第70 min开始，灌浆流量稳定为0，说明破碎岩层的裂隙已经完全被浆液填满，不再有新的浆液消耗，达到了理想的填充防渗效果。

3.2 透水率与耗灰量分析

帷幕灌浆施工中各次序孔的透水率和耗灰量（单位注入量）频率累计曲线如图2所示。

图2 透水率与单位耗灰量频率累计曲线图

结合图2可知，各次序孔的透水率呈现出下降趋势。本次工程中，Ⅰ序孔压水试验316段，最大压水透水率为1 207.5 Lu，平均透水率为40.1 Lu；Ⅱ序孔压水试验288段，最大压水透水率48.6 Lu，平均透水率为10.4 Lu；Ⅲ序孔压水试验583段，最大压水透水率为6.7 Lu，平均透水率为6.7 Lu。其中，各次序孔中透水率≤5 Lu的，Ⅰ序孔占31%，Ⅱ序孔占37%，Ⅲ序孔占80%。同时，各次序孔单位注入量也呈现下降趋势。Ⅰ序孔总的水泥消耗量为522 571 kg，单位注入量402.5 kg∕m；Ⅱ序孔总的水泥消耗量为248 103 kg，单位注入量203.3 kg∕m；Ⅲ序孔总的水泥消耗量为21 6451 kg，单位注入量92.5 kg∕m。横向对比上述数据可以发现，经过帷幕灌浆处理后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆孔的耗水量与单位耗灰量均呈现递减趋势，达到了预期的灌浆效果。

3.3 帷幕灌浆质量检查

本次工程中设有25个单元，共有灌浆孔283个，故选择检查孔28个进行施工质量检查。检查方法采用单点法压水试验，以压水透水率作为评价指标。试验结果显示，28个检查孔中最大压水透水率为2.01 Lu，最小压水透水率为0.57 Lu，平均压水透水率为1.27 Lu［5］。这一试验数据表明本次帷幕灌浆施工中防渗效果良好，施工质量达到了预期。除此之外，通过钻孔提取岩芯的方式，检查破碎岩层处的注浆效果。发现多处水泥结石脉充填胶结，胶合较好，厚度为0.6～2.2 mm，说明破碎岩层的缝隙内被泥浆完全充填，起到了较好的阻水防渗与加固效果。

3.4 防渗效果评定

该水利枢纽工程的基础防渗处理中，帷幕灌浆施工孔共计283个，帷幕长度366.4 m，水泥耗灰量946 t，平均单位注入量214.4 kg∕m。随机抽取的28个检查孔中，压水试验175段，帷幕灌浆长度703.5 m，平均压水透水率1.27 Lu，防渗效果良好。25个单位经工程质量检查全部合格，优良单位25个，优良率达到100%。

4 结语

帷幕灌浆是水利枢纽工程基础防渗与加固处理中较为常用的技术手段之一。在技术应用中，一方面要结合地质勘查资料设计施工方案，并提前准备好帷幕灌浆施工所用的材料、设备；另一方面，还要结合施工流程采取精益化管理，重点做好成孔施工、孔口封闭灌浆等环节的质量管控。通过加强综合管控，才能保证基础防渗效果达到施工要求，进而保障水利纽工程的质量安全。