壩基內(nèi)強透水砂巖帷幕灌漿效果分析

陳善華　周　林

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司　長沙市　410123）

壩基內(nèi)強透水砂巖帷幕灌漿效果分析

陳善華周林

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長沙市410123）

針對某電站壩基地下水揚壓力過高、地下礦物不斷溶出等影響壩基穩(wěn)定的問題，分別采用水泥灌漿及化學灌漿進行處理。施工過程中，通過及時調(diào)整灌漿工藝，達到形成帷幕、降低揚壓力的目的。為類似工程處理提供了良好的施工經(jīng)驗。

揚壓力壩基穩(wěn)定水泥灌漿化學灌漿

某電站壩基采用高抗硫水泥先后經(jīng)過3次帷幕灌漿補強。補強灌漿結(jié)束后1年內(nèi)壩基滲流觀測數(shù)據(jù)基本滿足安全運行條件。隨著時間的增長，帷幕補強處理的壩段內(nèi)排水孔出水量較之前明顯減少，且隨時間增長呈持續(xù)遞減之勢，而壩基部分揚壓力觀測孔測得的揚壓力卻較處理前明顯升高，并呈持續(xù)上升態(tài)勢，甚至臨近補強段壩基揚壓力也出現(xiàn)變大的趨勢。為降低揚壓力，減少滲流量，特對該段壩基進行第四次帷幕補強施工。

1　工程水文地質(zhì)條件

1.1工程地質(zhì)

本次帷幕補強地段主要地層有第四系人工堆積（Qs）混凝土和石炭系中統(tǒng)靖遠組（C2j）砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖等。其中，砂巖段巖體內(nèi)節(jié)理裂隙非常發(fā)育，傾角75°～85°，巖層總體傾向右岸，傾角45°左右。

1.2水文地質(zhì)

帷幕補強地段地下水類型主要為基巖裂隙水。主要賦存于壩址區(qū)石炭系地層中。鉆探過程中，當鉆孔揭露至粗顆粒砂巖層時，涌水量多在（30～70）L/ min，涌水壓力最大達0.198 MPa，具明顯承壓性質(zhì)。各涌水部位頻次統(tǒng)計情況見表1。

粉砂質(zhì)泥巖、砂巖的裂隙中發(fā)育的石膏和鐵明礬，受滲透水溶蝕造成試驗段地下水中SO32-含量高（1 200 mg/L～1 500 mg/L），地下水對混凝土具結(jié)晶性侵蝕性。

表1　不同涌水部位頻次統(tǒng)計情況

2　帷幕灌漿

為有效處理壩基砂巖細微裂隙的強滲透性，同時考慮前期已使用過的處理方案，本次設計二排帷幕灌漿，上游排采用水泥漿或穩(wěn)定漿液，下游排采用丙烯酸鹽化學漿材；上游排孔距（1～2）m，下游排孔距為1.5 m；先施工上游排，后施工下游排，單排灌漿孔分三序施工。

2.1水泥灌漿

（1）灌漿方法及漿液配比。采用“孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”的灌漿方法進行灌漿。改性水泥穩(wěn)定漿液配比見表2。

表2　不同配合比改性水泥漿的物理性能試驗

（2）灌漿分段及灌漿壓力。灌漿按第一、二、三、四及以下各段的不同注漿段進行分段，第一段段長2.0 m，孔口表壓設計注漿壓力為（0.2～0.4）MPa，第二段段長3.0 m，孔口表壓設計注漿壓力為0.6 MPa，第三段及以下各段段長為5.0 m，孔口表壓設計注漿壓力依次為1.0 MPa、1.2 MPa、1.5 MPa。

（3）結(jié)束標準。水泥漿液、改性水泥穩(wěn)定漿液灌注在規(guī)定壓力下，不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注30 min，灌漿結(jié)束。

2.2化學灌漿

（1）灌漿方法及漿液配比。丙烯酸鹽材料主要用于下游排及上游排部分III序孔破碎砂巖強透水段。對于丙烯酸鹽灌漿材料，采用“自上而下、分段阻塞”純壓式灌漿方法進行灌漿。丙烯酸鹽化學漿液配比見表3。

表3　丙烯酸鹽灌漿材料漿液配合比

（2）灌漿段長及灌漿壓力。灌漿按第一、二、三及以下各段的不同注漿段進行分段，第一段段長2.0 m，孔口表壓設計注漿壓力為（0.2～0.4）MPa，第二段段長3.0 m，孔口表壓設計注漿壓力為0.5 MPa，第三段及以下各段段長≤4.0 m，孔口表壓設計注漿壓力分別為1.0 MPa、≤1.2 MPa。

（3）結(jié)束標準。化學灌漿結(jié)束標準為：在規(guī)定壓力下，注入率不大于0.02 L/（min·m）時，繼續(xù)灌注30 min或達到膠凝時間，灌漿結(jié)束。

（4）防滲標準。設計防滲標準為≤3 Lu，觀測孔揚壓力小于0.146 MPa。

3　灌漿成果分析

3.1主帷幕水泥灌漿成果分析

（1）主帷幕灌漿（穩(wěn)定漿液）單位耗灰量情況。主帷幕各孔序單位耗灰量匯總情況見表4。

從表4看出，帷幕灌漿平均單耗為21.04 kg/m，說明補強地段壩基地層經(jīng)前3次灌漿后，大的裂隙通道已被封堵，可灌性總體較差。分序統(tǒng)計的I序孔平均單耗為21.73 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗為23.87 kg/ m，Ⅲ序孔平均單耗為18.52 kg/m，也表明隨著灌漿孔序的加密，平均單耗隨序減少規(guī)律不明顯，反映了穩(wěn)定漿液對壩基地層細微裂隙的可灌性十分有限。

表4　主帷幕（穩(wěn)定漿液）分序單位耗灰量匯總表

（2）主帷幕灌漿（穩(wěn)定漿液）單位耗灰量頻率區(qū)間情況見表5。

表5　主帷幕灌漿分孔單位耗灰量頻率區(qū)間匯總表

從表5看出，隨著孔序的逐漸加密，Ⅰ序孔單耗〉100的頻率區(qū)間占17.8%，Ⅱ序孔單耗〉100的頻率區(qū)間占46.7%，遠超Ⅰ序孔，穩(wěn)定漿液單位耗灰量分布區(qū)間受局部巖體完整性控制；而Ⅲ序孔單耗〉100的頻率區(qū)間占8.6%，單耗0～20的頻率區(qū)間占53.2%，超過一半，這說明通過Ⅰ、Ⅱ序孔的灌漿后，地層內(nèi)可灌性有一定的改變。

（3）不同孔序巖體透水率頻率區(qū)間情況。121段，壓水試驗成果分析見表6。

表6　主帷幕灌漿分序壓水試驗成果表

從表6可見，主帷幕灌漿孔壓水試驗共計121段，其中透水率≤3 Lu有15段，占總數(shù)的12.4%；透水率（3～10）Lu有65段，占總數(shù)的53.7%；透水率（10～100）Lu有39段，占總數(shù)的32.2%；透水率≥100 Lu有2段，占總數(shù)的1.7%。隨著孔序的逐漸加密，透水率變化不明顯，說明巖體內(nèi)孔隙隨機發(fā)育，無規(guī)律可循。分析其原因為：前期3次壩基帷幕水泥灌漿已將多數(shù)大的裂隙封堵，大部分細微裂隙通道封堵不理想，本次主帷幕采用流動性能更好的穩(wěn)定漿液進行灌注，穩(wěn)定漿液在細微裂隙中的擴散半徑有限，加之巖體陡傾角裂隙發(fā)育、砂巖吸水不吸漿帶來的不利影響，導致巖體滲透性能并未隨孔序的逐漸加密而有所變化。針對該種地質(zhì)條件，需采用流動性能更好的化學漿材進行滲透灌漿。

3.2副帷幕化學灌漿成果分析

（1）副帷幕分序單位注入量情況見表7。

表7　副帷幕（化學漿液）分序單位注入量匯總表

從表7看出，帷幕灌漿平均注入量為49.1 kg/ m，說明化學漿液在該補強地段壩基地層可灌性非常好。分序統(tǒng)計的I序孔平均注入量為34.54 kg/m，Ⅱ序孔平均注入量為71.63 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗為43.04 kg/m，也表明隨著灌漿孔序的加密，平均單耗隨序減少規(guī)律不明顯，反映了化學漿液注入量受壩基局部巖體完整性控制。

（2）副帷幕單位耗灰量頻率區(qū)間情況見表8。

表8　副帷幕灌漿分孔單位注入量頻率區(qū)間匯總表

從表8看出，隨著孔序的逐漸加密，Ⅰ序孔單位注入量〉100的頻率區(qū)間占9.6%，Ⅱ序孔單耗〉100的頻率區(qū)間占27.1%，遠超Ⅰ序孔，化學漿液單位注入量分布區(qū)間受局部巖體完整性控制；而Ⅲ序孔單位注入量〉100的頻率區(qū)間占11.2%，單位注入量0～20的頻率區(qū)間占52%，超過一半，這說明通過Ⅰ、Ⅱ序孔的灌漿后，地層內(nèi)可灌性有一定的改變。

（3）不同孔序巖體透水率頻率區(qū)間分布。副帷幕灌漿孔共23個，共計完成壓水試驗175段，壓水試驗成果分析見表9。

表9　副帷幕灌漿分序壓水試驗成果表

從表9可見，副帷幕灌漿孔壓水試驗共計175段，其中透水率≤3Lu有55段，占總數(shù)的31.4%；透水率（3～10）Lu有67段，占總數(shù)的38.3%；透水率≥10 Lu有53段，占總數(shù)的30.3%。隨著孔序的逐漸加密，透水率變化較為明顯，說明化學漿液在巖體內(nèi)大部分細微裂隙通道中的封堵效果較為理想。3.3檢查孔壓水試驗

副帷幕檢查孔共10個，共計完成壓水試驗69段，設計防滲標準為≤3 Lu。副帷幕檢查孔壓水試驗檢查合格率95.7%。成果分析詳細情況見表10。

表10　檢查孔壓水試驗成果表

從表10可以看出副帷幕檢查孔壓水試驗共計69段，壓水試驗透水率滿足防滲標準≤3 Lu有66段，占總數(shù)的95.7%。壩后觀測孔揚壓力有效降至0.146 MPa以內(nèi)，滿足設計要求。

4　結(jié)語

本次帷幕補強灌漿成果顯示壩基內(nèi)細微裂隙強烈發(fā)育的透水砂巖采用常規(guī)水泥漿材灌漿效果十分有限，而通過溶液型化學漿材丙烯酸鹽進一步灌漿補強，細微裂隙可得到較充分的填充，透水性能得到根本的改善，檢查孔壓水試驗和揚壓力觀測成果表明：采用丙烯酸鹽化學漿材壩基帷幕補強灌漿已達到設計標準，滿足防滲要求。但由于化學漿材自身特殊的性質(zhì)，建議加強廊道內(nèi)排水孔水質(zhì)及水量、壩基揚壓力、壩頂測壓孔滲透壓力和壩基變形的監(jiān)測，通過有關監(jiān)測資料進一步判斷帷幕體的耐久性。

陳善華（1984-），男，湖南邵陽人，大學本科，工程師，目前從事市場經(jīng)營及商務管理工作，手機：13975890015。

（2015-10-08）