特殊地质条件下的大坝坝基帷幕灌浆施工技术探索

特殊地质条件下的大坝坝基帷幕灌浆施工技术探索

李昌云

云南省丽江市华坪县水利局

【摘要】在水利工程水库修建的过程中，根据不同地质情况，多数需要进行坝基帷幕灌浆处理。在特殊的地质条件下，大坝坝基帷幕灌浆的施工技术也要随之改变。本文结合华坪县腊姑河水库工程大坝坝基帷幕灌浆施工中遇到的实际情况，对特殊地质条件下的大坝坝基帷幕灌浆施工技术进行了探讨。

【关键词】特殊地质条件；大坝坝基帷幕灌浆；施工技术

我国受到季风气候的影响，降水分布不均，旱涝灾害频发，水利工程的修建对维护我国经济的稳定发展具有重要的意义。在水利工程水库修建中，其中最重要的一个环节就是大坝坝基帷幕灌浆。这一环节的施工质量对整个水利工程的质量有着重要的影响。在不同的地质条件下，大坝坝基帷幕灌浆施工技术也不同，所以，对不同的地质条件下的大坝坝基帷幕灌浆施工技术进行探讨具有重要的意义。

一、华坪县腊姑河水库工程概况

腊姑河水库地处云南省丽江市华坪县西北部，为新庄河干流龙头水库。水库距华坪县城62km，县城距省会昆明420km、距丽江市古城区220km。水库总库容为1278万m3，其中：死库容62.1万m3，兴利库容964.52万m3。km、距四川省攀枝花市市区71km，交通较方便。

项目的主要建设内容为拦河坝、输水导流隧洞、大坝坝基帷幕灌浆工程、溢洪道、灌溉干渠、水土保持及移民安置等内容。坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高84m，坝轴线长267.5m。坝顶高程2201.0m，坝顶宽8m，坝顶长267.5m。上、下游坝坡各分四级，上游坝坡平均坡比1：1.4047，下游坝坡平均坡比1：1.4。

腊姑河水库坝址位于华坪县通达乡丁王村南、下麻栗坪村正东侧腊姑河“V”型峡谷河段，作为水库坝址枢纽，地形条件较优。

二、工程的地质情况

（一）地层岩性

水库坝址出露地层单一，分布有第四系松散堆积层、震旦系灯影组和零星浸入岩。第四系冲洪积砂卵石层，厚度0~4.7m，分布于河床及两岸冲沟底；崩坡堆积、残坡积层厚度1~5m，分布于两岸陡崖、缓坡地带及山麓。

灯影组：浅灰、深灰、灰白色白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩及泥灰岩、灰质泥岩，薄至中厚层状，间夹厚0.05~0.3m褐黄色粉砂质泥岩。分布于整个坝址，区域厚度大于400m。

（二）地质构造

坝址处于箐河断裂（F1）上盘，属单斜纵谷地质结构，构造简单，岩层产状稳定，沿层面见有局部轻微桡曲，无区域断层穿插，仅发育四条小断层。

（三）特殊地质情况分析

根据坝基的开挖情况和钻孔岩心资料可知，水库坝址部分的基岩属于纹层状泥质灰岩，局部范围内夹杂着一些泥灰岩，夹杂分布的情况不是非常规则，通常是一层泥层夹杂一层灰层，如此交替分布，并且泥层的厚度还不一致，基本厚度在2厘米和3.5厘米之间徘徊。同时泥层的性质大多属于粉砂质粘土和粘土。其中还有岩溶发育，并且很多岩溶洞中都有粘土，少数岩溶洞属于溶蚀空洞。受到岩溶的影响，岩石的完整性比较差，比较破碎，岩石的透水率基本上在10.4和53.5之间[1]。

三、大坝坝基帷幕灌浆施工

（一）工程方案的设计

根据地质条件，通过对坝基渗漏及绕坝渗漏的分析，防渗设计方案为坝基防渗帷幕线沿趾板轴线布置，两岸绕渗带防渗帷幕端界为：左边界以设计正常蓄水位与枯期地下水位交点为界，长451.87m；右边界延长76.65m至上无名沟左岸后折向上游，沿坝顶高程2200m延伸1050m；底界进入枯水期地下水位以下的相对隔水层5~10m。帷幕灌浆的帷幕线，分为左岸趾板、河床段趾板、右岸趾板、左岸灌浆平硐、右岸灌浆平硐，水平帷幕线的总长度为1112.26米。在水库坝址部分，设计33块趾板分块浇筑，趾板宽6~8m，趾板长在10~12之间，灌浆孔在趾板上下游交错布置双排孔，孔距2米，排距1.5米。左岸灌浆平硐长412.95m，右岸灌浆平硐长178.12m，按照单排进行布置，孔距1.5米。对于帷幕的深度要按照设计的底界和深入岩体内的标准进行控制，顶界埋深左岸54~103m之间，右岸50~62m之间，河床相对隔水层顶界埋深54m。在设计的过程中，对于防渗的要求设计在5Lu以下。最终灌浆参数，待做灌浆试验后确定。

（二）帷幕灌浆试验

在河床段进行开挖，在浇筑趾板混凝土之后，在距离帷幕轴线2米的上游位置，进行帷幕灌浆试验。通过对实验结果分析证明，在初步设计方案中的单排灌浆孔不能很好地达到防渗要求，针对这样的实验结果，使用两排孔来对其进行设计，也就是在原有的设计轴线的下游增设一排灌浆孔。灌浆孔之间的距离在1.7米和2米之间，两排灌浆孔之间的距离是1.5米，灌浆孔使用梅花形进行布置，在进行灌浆试验之后，通过对试验结果进行分析，表明通过这样的灌浆孔设置能够有效的达到防渗要求[2]。灌浆试验的施工参数分析如下：

四、帷幕灌浆施工

（一）帷幕灌浆施工材料

帷幕灌浆施工的水泥要保证是新鲜的水泥，水泥没有结块现象，并且水泥的标号要大于525#，同时使用的类型要为普通硅酸盐水泥。灌浆使用的浆液中的水和水泥的比例有七个等级，分别是：5：1；3：1；2：1；1：1；0.8：1；0.6：1；0.5：1[3]。

（二）钻孔、冲洗、压水

帷幕灌浆施工可以分为三个程序来进行施工，分别是：钻孔——冲洗——压水。第一，钻孔。钻孔采用SGZ—IIIA型回转钻机金刚石钻头钻进的方法进行施工，钻孔分基本孔和检查孔两种，由于钻孔直径需现场试验后确定，此处不详细描述。第二，冲洗，在各个孔段钻进完成之后要进行冲洗工作，冲洗的方式是压力水脉动，压力值按照上表中的数值进行控制。第三，在对先导孔进行灌浆之前，要进行合理的压水实验，压力保持在0.3帕左右，压水孔段数量要超过总孔段数量的5%。

（三）灌浆和封孔

在灌浆的时候使用自上而下、孔口封闭孔内循环灌浆法进行灌浆。灌浆过程要严格按照规范执行。各个灌浆孔灌浆完毕之后，要将孔内的稀浆和污物排出来，然后使用机械压浆法进行封孔。封孔使用的浆料的水与水泥的比例是0.5：1。等到水泥浆干缩之后，将孔口脱空的部分使用0.5：1：1的水、灰、砂混合砂浆进行封口。

（四）检查孔

分单元灌浆完毕后，确定相邻几个单元形成帷幕后，进行检查孔的布置，检查孔数量按总孔数量的15%。检查孔分段打孔，进行压水检测，根据记录计算q<5Lu，说明该检查孔合格。

五、特殊地质情况的灌浆处理

在整个趾板和灌浆平硐的灌浆过程中遇见了不同的特殊地质情况，灌浆过程中存在一些问题，如压力不够、冒浆、串浆、超灌等异常情况时有发生。出现问题后，我们及时向领导汇报，现场分析研究，并虚心请教上级水利灌浆专家，分别作出了合理有效的处理措施。

（一）岩石破碎严重、夹泥比较密实

第一，吸水不吸浆。在帷幕灌浆施工的过程中，吸水不吸浆情况比较普遍，出现这种情况的主要原因是地层中的泥层和细微裂缝只能使部分细水泥粒和水通过，粗水泥粒不能很好的通过。在出现这种情况时，可以使用以下方法对其进行处理：在20分钟—30分钟的时间范围内，回浆比重上升超过一个比级，并且回浆的注入率在1升每分钟和2升每分钟之间，要使用原比级的新浆液将其替换。如果在灌浆的过程中，不发生回浓现象，或者回浓现象不明显，就可以一直灌浆直到结束。如果在灌浆的过程中，发生回浓现象，要暂时停止灌浆，等水泥浆初凝的时候，要及时的进行扫空，将稀浆重新进行浇灌，并且通过高压进行人为破碎，然后再次使其胶结。在灌浆的过程中，如果吸浆率在0.4升每分钟以下的时候，要连续灌浆60分钟之后结束，但是总体的灌浆时间仍然要保持在120分钟以上。

（二）岩层破碎、夹泥松散

在帷幕灌浆的过程中，经常会出现失压的情况，通过对这种情况的分析认为，这种情况的出现是由水泥浆击穿夹泥层所致。在这种情况出现的时候，要使用以下方法对其进行解决，具体方法分析如下：使用限制灌入流量法，经过水泥浆的堆积和沉淀，得到正常的回浆。当回浆出现之后，使用逐级升压灌浆法对其进行灌注，当吸浆率在5升每分钟和8升每分钟之间的时候，可以增加0.05帕和0.1帕范围内的任意压力值，保证压力能够达到设计值。如果吸浆率在0.4升每分钟的时候，要持续进行60分钟的灌浆，直到灌浆环节结束。在本文案例中，在夹泥比较松散的地区，就在两排灌浆孔的中间增加了一排灌浆孔，并且将段长进行了适当的缩短，同时在浆液中添加了速凝剂，然后再按照以上流程进行灌浆。

（三）遇灰岩溶洞的回填处理

在左岸6号趾板的位置，灌浆过程中遇见了溶洞，有两个灌浆孔出现掉钻情况。ZB6宽6米，长10米。灌浆掉钻孔编号为331-Ⅰ掉钻1.5m、334-Ⅲ掉钻4.1m。旁边的385-Ⅱ吃浆量特别大，平均280千克每米.该溶洞是在灌浆过程中发现的，按钻孔灌段深度计算，灌浆超过了理论水泥用量的3倍，吃浆量任然很大，通过分析，采用灌砂浆的方法处理。结果灌了约20多方砂浆后，才无法继续注入砂浆，之后又灌注水泥浆，直到无法吃浆才停止。最后统计反复处理灌注9次，注入浆量39608升，注灰量48.05吨，砂子24方。

总结了这次溶洞的处理经验，考虑今后灌浆施工应先找到溶洞，进行溶洞预处理，这样在施工中就不会显得较为被动。溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20mpa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。

（1）处理方法选择由于溶洞埋藏较深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理，有效的处理方法是灌浆法。而在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。因此，采用静压化学灌浆法，同时也可兼用喷射灌浆法，促进填充物强度的加强。

（2）静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样，通过对小主应力面反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。

六、灌浆效果分析

根据灌浆施工规范要求，为了达到最佳的灌浆效果，灌浆孔的钻孔位置确定后，按设计孔序打孔，先后进行灌浆，各序孔前后按规范的时差控制。

在趾板ZB16各个灌浆孔序的水泥注入量如下表所示：

通过对上表的分析可以看出，Ⅰ孔序的水泥平均注入量是135.83千克每米，Ⅱ孔序的水泥的平均注入量是92.34千克每米，递减率是32%；Ⅲ孔序的水泥的平均注入量是79.41千克每米，递减率是14%。表明帷幕灌浆的效果非常好。

结语

该工程的地质条件比较复杂，在帷幕灌浆的过程中，使用上述几种灌浆方法都能取得比较好的施工效果。在对特殊地质的灌浆孔进行灌浆的时候，灌注的浆液要根据实际情况进行确定，在浆液情况出现异常的时候要及时的进行处理。对于地质条件比较差的坝基，如果不受工期和资金的影响，可以适当的增加灌浆孔的排数，或者使用地毯式的方法进行灌浆，同时还可以在局部范围内使用高压喷浆的方法来进行灌浆，可以有效的增强坝基的防渗性能，保证坝基的稳定性。探讨不同地质下的大坝坝基的帷幕灌浆施工技术，对维护坝基的稳定性，维护整个水利工程的稳定性具有重要的意义。

参考文献：

[1]黄德顺.水库坝体坝基灌浆施工技术及设计探讨[J].黑龙江水利科技，2014，（5）：120-122.

[2]姚建成，漆巨彬，徐文明等.高水头、大涌水、裂隙密集等复杂地质条件下帷幕灌浆施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（34）：33-34.

[3]吴金伟，杨海泉.龙王寺水库除险加固劈裂灌浆帷幕灌浆施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（33）：54-55.