壩基內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驗。

揚壓力壩基穩定水泥灌漿化學灌漿

某電站壩基采用高抗硫水泥先后經過3次帷幕灌漿補強。補強灌漿結束后1年內壩基滲流觀測數據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排水孔出水量較之前明顯減少，且隨時間增長呈持續遞減之勢，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，并呈持續上升態勢，甚至臨近補強段壩基揚壓力也出現變大的趨勢。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　工程水文地質條件

1.1工程地質

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靖遠組（C2j）砂巖、泥質灰巖、炭質頁巖等。其中，砂巖段巖體內節理裂隙非常發育，傾角75°～85°，巖層總體傾向右岸，傾角45°左右。

1.2水文地質

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。各涌水部位頻次統計情況見表1。

粉砂質泥巖、砂巖的裂隙中發育的石膏和鐵明礬，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晶性侵蝕性。

表1　不同涌水部位頻次統計情況

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、孔內循環”的灌漿方法進行灌漿。改性水泥穩定漿液配比見表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）結束標準。水泥漿液、改性水泥穩定漿液灌注在規定壓力下，不大于1 L/min時，繼續灌注30 min，灌漿結束。

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）結束標準?；瘜W灌漿結束標準為：在規定壓力下，注入率不大于0.02 L/（min·m）時，繼續灌注30 min或達到膠凝時間，灌漿結束。

（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律不明顯，反映了穩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（穩定漿液）分序單位耗灰量匯總表

（2）主帷幕灌漿（穩定漿液）單位耗灰量頻率區間情況見表5。

表5　主帷幕灌漿分孔單位耗灰量頻率區間匯總表

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

（3）不同孔序巖體透水率頻率區間情況。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，占總數的12.4%；透水率（3～10）Lu有65段，占總數的53.7%；透水率（10～100）Lu有39段，占總數的32.2%；透水率≥100 Lu有2段，占總數的1.7%。隨著孔序的逐漸加密，透水率變化不明顯，說明巖體內孔隙隨機發育，無規律可循。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定漿液進行灌注，穩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間情況見表8。

表8　副帷幕灌漿分孔單位注入量頻率區間匯總表

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

（3）不同孔序巖體透水率頻率區間分布。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，占總數的31.4%；透水率（3～10）Lu有67段，占總數的38.3%；透水率≥10 Lu有53段，占總數的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，占總數的95.7%。壩后觀測孔揚壓力有效降至0.146 MPa以內，滿足設計要求。

4　結語

本次帷幕補強灌漿成果顯示壩基內細微裂隙強烈發育的透水砂巖采用常規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，建議加強廊道內排水孔水質及水量、壩基揚壓力、壩頂測壓孔滲透壓力和壩基變形的監測，通過有關監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，目前從事市場經營及商務管理工作，手機：13975890015。

（2015-10-08）