帷幕灌漿試驗在水庫防滲堵漏中的應用

姜力波

(桓仁世元工程質量檢測有限公司，遼寧 本溪 117200)

水庫滲漏是影響水庫安全運行的一個重要問題。李利蓉[1]以貴州某水庫為例，分析庫區水文地質條件對滲漏的影響，結合水庫特征，認為水庫可能存在繞壩滲漏的問題；程康[2]以平原某水庫為例，認為地基滲透性相對隔水層大是造成該水庫產生滲漏的主要原因。影響水庫滲漏的原因眾多，帷幕灌漿技術是處理水庫滲漏的一種常用方法。王旭斌等[3]、洪振國等[4]對花崗巖地區的帷幕灌漿試驗進行研究，認為帷幕灌漿技術具有較好的防滲堵漏效果；郝永志[5]以大石門水庫為例，對帷幕灌漿技術在砂礫石深覆蓋層防滲處理中的應用進行研究，工程防滲效果較為明顯；李榮軍[6]以引漢濟渭工程為例對帷幕灌漿試驗進行研究，針對南北分界特殊氣候帶的灌漿工藝進行分析。針對裂隙巖體灌漿，需要合適的漿液配比才能保證合適的灌漿速度、降低灌漿量，減少工程投資。李召峰[7]研發了富水破碎巖體注漿材料，通過試驗，所配置的漿液具有較好的加固效果；趙鵬[8]通過試驗方法對具有黏度時變特性的漿液的注漿擴散規律進行分析，對于巖體滲漏具有較好的堵漏效益。合適的注漿材料和注漿工藝是保證注漿效果的關鍵。以遼寧某水庫為例，通過工程地質調查，水庫壩址區表層為砂覆蓋層，基巖結構面較為發育，可分為強風化層和中風化層，存在滲漏可能。水庫主要承擔防洪、灌溉、生活供水兼具發電的作用。

1 帷幕灌漿試驗

帷幕灌漿具備防滲堵漏的效果，在水利工程中使用較多。通過灌漿試驗可為正式施工提供以下參數：鉆孔排距、間距、孔深、透水率、灌漿分段、灌漿壓力、灌漿材料、施工工藝措施。同時，通過灌漿試驗可對灌漿效果進行檢查[9]。帷幕灌漿試驗應當滿足規范SL 62—2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》要求[10]。灌漿試驗區應當選擇可以充分代表工程區工程各地質條件特點的區域，同時應盡可能包含較多的地層和需要進行灌漿處理的區域。在進行灌漿之前，首先應當進行前期壓水試驗，試驗結果見表1。

表1 前期壓水試驗成果綜合分析表

1.1 灌漿方案設計

根據試驗區內的巖土體特征(類型、結構面發育情況、滲透性)確定灌漿試驗的鉆孔的孔排、孔距、孔徑。通過綜合考慮選擇三角形布孔方式，鉆孔開孔直徑為110mm，終孔直徑為75mm，孔深10.0m。通過前期的壓水試驗可知，壓力影響半徑不小于2.0m，但漿液黏度大于清水，因此，設計擴散半徑R為2.0m。排距為1.7R=3.4m，孔距為1.5R=3.0m。如圖1、圖2所示。

圖1 灌漿孔及檢測孔布孔圖

圖2 灌漿孔及檢測孔布置圖

1.2 壓水試驗

完成孔壁沖洗作業后，各孔均需要進行壓水試驗，根據前期鉆探取芯和壓水試驗可知試驗區內巖體完整性較差，當采用單點法進行壓水時，最大壓力達到0.15MPa則出現巖體裂隙破壞和地面漏水的現象。因此一、二水壓為0.10MPa或者0.15MPa。流量穩定標準應滿足以下條件：5min測試一次壓入流量，連續四次讀數的最大值與最小值的差值小于終值的10%或者小于1L/min，此段壓水試驗即可結束，選取終值作為計算流量。

1.3 注漿漿液選擇

采用普通硅酸鹽水泥+黏土作為灌漿試驗材料，使用減水劑作為外摻劑，水泥強度為P.O.42.5，黏土采用人工鈉基膨潤土。進行漿液配比時，水泥可以與水體均勻混合，加入減水劑可以提高漿液的早期強度。與普通硅酸鹽素水泥漿液相比，配比的漿液24h固結收縮體積較小，體積減少量約為素水泥的2/3。配比漿液固結收縮體積小，將保證灌漿后巖體結構、裂隙被充分充填，提高防滲效果。

2 帷幕灌漿效果分析

2.1 水泥注入量分析

根據灌漿試驗布置方案，設計兩排共5個灌漿孔。灌漿試驗結果見表3。

從表3可知，灌漿試驗5個灌漿孔總注漿量為7754.5kg，注入水泥量共5428.2kg，各個注漿孔的單位注漿量如圖3所示。從表3和圖3可知，單位注漿量與灌漿孔序幾乎無相關性，表明試驗區內地質結構較為復雜，巖土體裂隙分布無規則可循。

2.2 水泥注入量頻率區間成果分析

各段序孔單位注灰量與累計頻率關系曲線如圖4所示。

從圖4可知，由于存在地面漏漿現象，第一段序灌漿段在400kg/m范圍內所占孔段數少于第二灌漿段。進行第二段序灌漿時，能對上一段完成補充灌漿，因此可采用大壓力、大流量的方法進行灌注，因此，在第二段出現較多的大單位注灰量。研究區內5個灌漿孔的總注漿量相差較小，各孔之間的影響相對較小，同時也反映了各孔所在區域地層裂隙充填程度差別較小，漿液擴散較為均勻。進行注漿可以有效保證裂隙充填程度，對壩基防滲具有明顯的提升作用。

表2 水泥+黏土+減水劑試驗性能表

表3 灌漿成果表

表4 灌漿前各孔段透水率分析

圖3 各灌漿孔單位注灰量柱狀圖

圖4 各段序孔單位注灰量與累計頻率關系曲線

2.3 壓水試驗分析

灌漿前各孔段透水率分析結果見表4。

由灌漿壓水試驗可知，6.0～10.0m深度范圍內地層巖體結構較為破碎，第一段的平均透水率為144.6Lu，第二段的平均透水率為117.3Lu。通過表4、表5可知，灌漿試驗前后滲透性發生了較大的變化，滲透率大大降低，第一段降低至5.19Lu，第二段降低至9.73Lu。通過對比可知，灌漿前后巖土體透水率發生了較大的變化，灌漿試驗加固范圍內的地層抗滲性能明顯提升。

JC2灌漿試驗前后壓水試驗的結果見表6。

通過表6可知，JC2灌漿前后的地層破碎程度較為相似，Lu值范圍為197.5～204.3之間，地層巖土體滲透系數為2.7310-3～3.1210-3cm/s，加固后Lu值范圍為0.75～8.74之間，滲透系數為9.4410-6～1.3910-4cm/s，地層滲透系數降低1～2個數量級，灌漿防滲效果較為明顯。

表5 檢驗孔透水率分析

表6 JC2灌漿前后壓水試驗結果對比表

3 結論

(1)通過漿液配比試驗可知水泥+黏土+減水劑組成的混合漿液具有早期強度高，24h固結收縮體積小的特點，對于含裂隙巖體具有較好的灌漿適用性。

(2)通過現場灌漿試驗結果可知，灌漿加固范圍內的巖體的防滲性能得到了明顯的提升。地層破碎程度較為均勻，但裂隙分布無規則。灌漿試驗采取的灌漿參數取得了較好防滲效果，可為后期工程施工提供參考。