浅谈岩溶地区帷幕灌浆不良地质条件处理措施

浅谈岩溶地区帷幕灌浆不良地质条件处理措施

杨桂林 ,崔玉萍

文山州德厚水库建设管理处  云南   文山  663099

摘要：根据德厚水库工程库区生产性帷幕灌浆揭露的宽大裂隙、管道、溶洞和溶洞群等特殊地质情况，采用脉动高压灌浆泵进行控制性灌注砂浆、膏浆，特殊孔段能大幅度提高掺砂率减少水泥用量、增加浆液浓度的同时可灌性仍能满足防渗要求，浆液扩散半径可控且工程质量可靠。具有减少水泥单位注入量、施工工效提高、工程质量可靠、工程投资最省等优势。

关键词：岩溶不良地质帷幕灌浆膏浆

1工程概况

德厚水库位于云南省东南部的文山市境内，距文山市31km，距昆明市317km。水库坝址位于文山市德厚镇德厚河中下游河段，水库坝址以上河道总长55.4km，控制径流面积565km2，水库总库容1.13亿m3。是一座以城乡生活、工业供水、农业灌溉为主，兼顾发电等综合利用的大（2）型水利枢纽工程，由大坝枢纽工程、防渗工程及输水工程组成。防渗工程为坝址区防渗及咪哩河库区防渗，库区防渗帷幕线总长2713m，帷幕灌浆总进尺约11.1万m，防渗面积20.18 万m2。

2工程地质情况

德厚水库库区咪哩河库尾至罗世鲊村附近长2713m的库岸及河间地块出露地层为个旧组上段（T2g2）灰岩、白云质灰岩，该段地下水位低于河水位，该河段河水补给地下水，地下水向盘龙河方向排泄，且灰岩岩溶发育，存在向盘龙河方向渗漏的问题，渗漏形式为管道～溶隙型，采取防渗帷幕进行防渗处理。

防渗区地层岩溶发育，石芽、岩溶洼地、宽大溶隙、充填和半充填溶洞和溶洞群等岩溶特征广布，几乎囊括了所有的岩溶形态，地质条件复杂，国内较为罕见。

防渗线路布置于咪哩河库尾右岸的罗世鲊附近，防渗线路沿地形成折线布置，总长2713m。帷幕灌浆顶界为正常蓄水位1377.50m，帷幕底界进入强岩溶带下限以下10m，按单排孔布置，孔距2m。

库区防渗工程地质特点及施工难点：

（1）库区灌浆在地表进行，顶界位于地表下5～10m ，一般近地表10～30m 内为强溶蚀风化带，岩层破碎、广泛分布石芽夹泥，部分覆盖层厚度超过20m。经试验，近地表段耐压能力低，上部反复劈裂、冒浆，水泥浆、掺砂灌注效果不理想，灌浆期间浆液往往会击穿最薄弱部位进行渗透，需要多次复灌对软弱夹层挤密、置换达到一定强度后才能达到结束条件，浆液扩散不可控，单位注入量大。

（2）库区部分区域存在强岩溶发育、强透水、溶洞联通性好、充填不密实的情况，此类地层的处理很困难，以水泥浆、掺砂灌注均耗量巨大，工效低。

3不良地质条件处理方案

3.1覆盖层、软弱破碎带

覆盖层、破碎带、软弱夹层等土石混杂的灌段，采用膏浆进行充填、挤密灌注，膏浆充填破碎带空隙、挤密或置换泥夹层形成混合固结体，待凝一定时间后灌注水泥浆形成连续有效的帷幕体。

3.2宽大裂隙、小规模岩溶空腔

岩层相对完整，存在部分宽大裂隙、小规模岩溶空腔的灌段，采用脉动高压灌浆泵灌注砂浆，大量掺砂提高砂浆稠度控制浆液扩散半径的同时灌浆压力可达到3.0MPa及以上确保灌浆效果，减少水泥用量。

3.3宽大溶沟溶槽，充填和半充填溶洞、溶洞群

宽大溶沟溶槽，充填和半充填溶洞、溶洞群等地质段空隙率较大，需要大量的浆液充填、挤密，由于大部分类似地质段存在大量的通道及空腔，任由浆液扩散大范围灌注是不经济的做法。采用低流动度膏浆进行控制性灌浆，浆液扩散半径可控，以帷幕轴线为中心形成一定厚度的连续防渗体即可满足工程要求，使用大量的粘土、砂当地材料与水泥搅拌均匀形成膏浆，利用脉动高压灌浆泵高压推动低流动浆液进入孔内，通过限压限量双重措施控制浆液扩散范围，注入量较大类似空腔的孔采取限量灌注待凝后扫孔复灌控制浆液堆积边界，是针对宽大溶沟溶槽，充填和半充填溶洞、溶洞群特殊地质段经济有效的处理措施。

3.4宽大管道、地下暗河、无充填型溶洞

遇宽大管道、地下暗河、无充填型溶洞等特殊孔段时，采取探、灌相结合的方式摸清规模，利用孔内成像仪探、灌注一定量膏浆待凝后扫孔注水查看与灌前的变化。如规模较大的采取扩孔或新开大口径孔灌混凝土，灌混凝土效果不好的及时组织投放级配料，级配料粒由小到大逐级变化，投放满级配料后加压灌注砂浆或膏浆，原则上考虑一次灌注起压。

4施工控制措施

4.1覆盖层、软弱破碎带

（1）采取Ⅰ序孔先进行地质改良灌注后再进行水泥浆自上而下补充灌注，Ⅱ、Ⅲ序孔自上而下水泥浆灌注，遇特殊孔段启动膏浆灌注的综合灌浆工艺。针对Ⅱ、Ⅲ序孔上部30m～45m反复冒浆、吃浆量大难以结束的实际情况，按分序加密的原则先进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔上部30m～45m左右灌段膏浆灌注形成盖板，最大限度减少冒浆造成浪费，完成该部分膏浆灌注后，再进行Ⅰ序孔施工。

（2）分序加密完成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔上部30m～45m左右灌段膏浆灌注后，进行Ⅰ序孔下部钻孔压水，若灌前透水率＜20Lu，不再继续往下钻进，采用膏浆回填待凝后自上而下逐段灌注水泥浆。若透水率大于

20Lu或透水率虽然小于20Lu但钻孔过程中遇泥夹层，逐段钻孔压水，直至灌前透水率＜20Lu，但不得超过30m，下射浆管至孔底1m处组织膏浆灌注。膏浆灌注压力以30m～60m部位3.0～5.0MPa、60m以下部位3.0～6.0MPa为参考，主要以不发生劈裂抬动为准，出现冒浆立即停灌待凝。

（3）Ⅱ序孔自上而下逐段钻进压水灌浆，若灌前透水率＞20Lu时，先不进行水泥浆灌注，继续钻进下一段，直至灌前透水率小于20Lu，对灌前透水率大于20Lu的部位组织膏浆灌注，对于灌注膏浆无压力或压力较小的部位膏浆注入量按5～6m³/m控制，膏浆灌注压力结合Ⅰ序孔对应孔深确定。

（4）Ⅲ序孔自上而下逐段钻进压水灌浆，若灌前透水率＞20Lu时，若采用0.5:1水泥浆灌注过程中注入率、压力均无明显变化，采取间歇、缓慢升压、限流灌注仍无效果的孔段换用膏浆进行灌注；若灌前透水率大于50Lu直接组织膏浆灌注，对于灌注膏浆无压力或压力较小的部位膏浆注入量按5～6m³/m控制，膏浆灌注压力结合Ⅰ序孔对应孔深确定。

4.2 宽大裂隙、小规模岩溶空腔

岩层相对完整，存在部分宽大裂隙、小规模岩溶空腔的灌段，采用脉动高压灌浆泵灌注砂浆，大量掺砂提高砂浆稠度控制浆液扩散半径，压力达到3.0MPa～4.0MPa停灌待凝，砂浆注入量达到3～5m³/m待凝。

4.3宽大溶沟溶槽，充填和半充填溶洞、溶洞群

（1）膏浆灌注底界及膏浆启动条件以灌前透水率＞20Lu进行控制。

（2）按分序加密的原则开展膏浆灌注，即Ⅰ序孔逐段钻进压水，分层分段进行膏浆灌注，膏浆灌注过程中采取限压、限量双重控制措施，若Ⅰ序孔灌注最浓一级膏浆仍无压力，采取限量灌注待凝的处理措施，每米灌段膏浆注入量为3～5m3/m。

（2）Ⅰ序孔灌注膏浆无压力或压力较小（＜1.5MPa）的，待凝48h后开始钻进相邻Ⅱ序孔，逐段钻进压水，对灌前透水率＞20Lu或透水率为15～20Lu有泥夹层的灌段进行膏浆灌注，膏浆灌注过程中采取限压、限量双重控制措施，若Ⅱ序孔灌注最浓一级膏浆无压力或压力较小（＜1.5MPa）的，采取限量灌注待凝的处理措施，每米灌段膏浆注入量为3～5m3/m；若Ⅰ序孔膏浆灌注达到设计压力，不再进行Ⅱ序孔膏浆灌注。

（3）Ⅱ序孔灌注膏浆无压力或压力较小（小于1.5MPa）的，待凝48h后开始钻进相邻Ⅲ序孔，逐段钻进压水，对灌前透水率＞20Lu或透水率为15～20Lu有泥夹层的灌段进行膏浆灌注，膏浆灌注过程中采取限压、限量双重控制措施，若Ⅲ序孔灌注最浓一级膏浆无压力或压力较小（小于1.5MPa）的，采取限量灌注待凝的处理措施，每米灌段膏浆注入量为3～5m3/m；若Ⅱ序孔膏浆灌注达到设计压力，不再进行Ⅲ序孔膏浆灌注。

（4）若Ⅲ序孔灌注最浓一级膏浆无压力或压力较小（＜1.5MPa）的，Ⅲ序孔膏浆灌注结束后开始Ⅰ序孔扫孔，直接采用膏浆进行复灌。按分序加密原则依次循环进行膏浆灌注直至达到设计压力。

（5）膏浆灌注按分层分段进行，原则上按30m灌段为一层、1m为一段进行膏浆灌注，但遇到大溶洞、强岩溶和宽大裂隙较为发育的地层，在造孔允许的条件下可一次性钻孔至灌前透水率＜20Lu的位置，下膏浆管至距孔底1m处自下而上拔管灌注，遇塌孔严重难以成孔的在塌孔区域先进性膏浆灌注补强，膏浆注单次入量以3～5m3/m进行控制。

（6）膏浆灌注结束条件为：30m孔深范围内压力为1.5～2.5MPa，30m～60m孔深范围内压力为2.0～3.5MPa，60m孔深以下压力为2.0～3.5MPa。

4.4宽大管道、地下暗河、无充填型溶洞

遇地下暗河、无充填型溶洞等特殊孔段时，灌注一定量膏浆待凝后扫孔注查看与灌前的变化。如规模较大的采取扩孔或新开大口径孔灌混凝土，灌混凝土效果不好的及时组织投放级配料，级配料粒由小到大逐级变化，投放满级配料后加压灌注砂浆或膏浆。

5效果分析

采用脉动高压灌浆泵进行控制性灌注砂浆、膏浆，特殊孔段能大幅度提高掺砂率减少水泥用量、增加浆液浓度的同时可灌性仍能满足防渗要求，浆液扩散半径可控且工程质量可靠。通过第三方进行检查孔压水试验透水率和渗透系数满足设计要求。

库区帷幕灌浆检查孔压水（注水）试验成果表（第三方）

6结语

根据库区生产性帷幕灌浆揭露的宽大裂隙、管道、溶洞和溶洞群等特殊地质情况，采用膏浆地质改良灌注与常规灌浆结合的综合灌浆法是最经济有效的方法之一，具有减少水泥单位注入量、施工工效提高、工程质量可靠、工程投资最省等优势。

参考文献 ：

【1】田辉，符

峰，谭志华等．云南省文山州德厚水库工程初步设计报告[R].昆明：云南省水利水电勘测设计研究院，2015。

【2】扬锡银，扬像峰．三峡泄洪坝段特殊地质条件下的帷幕灌浆施工．中国三峡建设，2004，(1)：25—29。

【3】郑国萍，黄少梅．特殊地质条件下的帷幕灌浆施工．西部探矿工程，2005，(6)：61-62。

【4】李荣伟，侯恩科．岩溶地区水下隧道帷幕灌浆实践与研究．水科学与工程技术。2007，(2)：47—50。