全風化花崗巖地層控制性高壓脈動灌漿應用

劉 坪，賓 斌，林 飛，王旭斌

（1. 湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙 410007；2. 湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007）

引 言

我國花崗巖類巖石分布廣泛，出露面積約占全國陸地面積9%[1]。全風化花崗巖地層具有砂土的特性，但高于一般砂土的強度指標，同一地區同一剖面上，上下部位因風化程度不同，強度也可能相差很大。全風化花崗巖遇水有崩解性，崩解速度很快，水中幾分鐘即可崩解70%以上，一般不具膨脹性，地層抗沖刷能力很差，當含水量較高失水時，微收縮，不具可塑性[2]。由于風化差異性，全風化花崗巖地層中往往存在球狀孤石，使其又具有巖體強度較高的特點。因此，對該類地層的防滲處理施工往往存在較大的難度。目前水庫大壩常用的防滲處理方法有：塑性混凝土連續墻、高壓噴射灌漿、靜壓灌漿等。塑性混凝土連續墻在此類地層中遇到球狀風化孤石時很難繼續施工，在施工槽中處理巖塊非常困難；靜壓灌漿只能對裂隙及薄弱地方進行灌漿充填擠密，很難形成完整防滲體；高壓噴射灌漿則存在地層較密實、水力切割困難、灌漿半徑小、工程量大以及遇巖塊時無法噴開等問題，影響施工質量[3]。

本文論述了在實際工程中應用一種控制性的高壓脈動灌漿方法，成功地對某水庫壩體的全風化花崗巖地層進行了防滲處理，最終檢測結果滿足設計要求。相關施工方法及材料、工藝可供類似工程借鑒或參考。

1 工程概況

本文依托的工程背景為湖南省郴州市某個以防洪、灌溉為主，兼顧城鎮供水與發電等綜合效益的大（II）型水利樞紐工程，該水庫正常蓄水位395 m，總庫容1.33億m3，灌溉面積31.2 萬畝，多年平均城鎮供水量2 227萬m3，水電站裝機容量為18 MW，多年平均發電量4 480 萬kW·h。該工程壩址區地表為第四系殘坡積含碎石砂土或粘土質砂，系花崗巖風化產物；下伏基巖為燕山早期（γ52(1)）淺肉紅色中、粗粒斑狀黑云母花崗巖，局部綠泥石化。地層中的礫石和砂礫成分比例較大，一般φ 值較大，c 值較小，在沒有水的影響下，天然強度較高；有水的影響時，強度衰減程度較大[4]。為保證水庫蓄水后整個壩體的穩定性和抗滲性能，需對副壩壩基及左壩肩單薄山脊進行帷幕灌漿處理。

副壩區域地表花崗巖殘坡積砂土層厚1.0～5.0 m，下伏全風化花崗巖埋深21.5～44.7 m。地下水類型為基巖裂隙水，主要貯存于強風化裂隙巖體中，右側山坡地下水埋深高于水庫正常蓄水位，靠左壩肩附近山脊地下水位低于水庫正常蓄水位26.43 m。

2 高壓脈動灌漿施工

2.1 施工布置

1）場地布置。副壩帷幕灌漿軸線起點樁號0+556.67，至樁號0+727.67 結束，總長度171 m。副壩左岸連接段山脊進行了平整，布置兩套制漿灌漿設備可滿足山脊和副壩左岸邊坡的灌漿需求。埡口兩岸邊坡處灌漿施工時分級削坡開挖平臺施工，右岸制漿灌漿站布置在下游側坡腳平臺。

2）鉆孔布置。防滲帷幕設計鉆孔間距1.5 m，先導孔間距24 m。所有孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔（其中優先先導孔），再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，每13個孔設置為一個單元，每單元至少設置一個檢查孔。

2.2 施工流程及參數

1）工藝流程

全風化花崗巖地層采用高壓脈動灌漿工藝分段灌漿[5]，強～弱風化地層則采用常規純水泥漿灌漿。高壓脈動灌漿工藝流程如圖1。

圖1 高壓脈動灌漿工藝流程

2）施工參數

①設計終孔深度為進入強風化花崗巖地層5 m 以上，且終孔壓水試驗透水率＜5 Lu。

②先導孔施工時，進行全孔取芯，且分段進行注水/壓水試驗。首段2 m 進行一次注水試驗，第二段3 m進行一次注水試驗，第三段及后續段次每5 m 進行一次注水試驗，進入強風化地層后每5 m 一段進行壓水試驗。

③高壓脈動灌漿水泥粘土砂石膏漿配合比為水泥：全風化花崗巖砂土∶水∶外加劑=1∶1～2∶2～3∶0.03～0.06（單位kg）。

④高壓脈動灌漿分段段長為0.5 m，灌漿深度與最大灌漿壓力參數見表1。

表1 灌漿深度與最大灌漿壓力參數表

⑤高壓脈動灌漿結束標準：采用灌漿壓力與灌漿量雙控指標，進行控制灌漿結束方式。結束標準如下：

a、當灌漿段注入量達到150 L/段，達到設定最小灌漿壓力1.2 MPa 時，可結束該段灌漿，上提一段進行灌漿。

b、當灌漿段灌漿壓力達到各段深設定的最大壓力，且注入量達到75 L/段時，可結束該段灌漿，上提一段進行灌漿。

c、當灌漿段注入量達到400 L/段以上，仍未達到最小設定壓力1.2 MPa 時，可結束該段灌漿，上提一段進行灌漿。

2.3 施工方法

1）鉆孔放樣定位。直接通過RTK 設備將副壩帷幕線先導孔點位根據樁號放樣并打樁標記，再用皮尺根據1.5 m 孔間距放樣出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔孔位。

2）移機鉆進終孔。移機至孔位鉆孔，孔位偏差不超過5 cm；開孔直徑110 mm，根據設計終孔要求鉆進至終孔，終孔直徑75 mm。

3）澆筑套殼料。孔內灌注水泥粘土漿套殼料（套殼料是由水泥、粘土和水混合制備而成；其中，水泥和粘土的質量比為1∶3，水泥和粘土的總質量與水的質量比為1∶1.5）。

4）下注漿管連接管路。下入直徑大于55 mm 的大口徑注漿管至孔底，孔口高出1 m 左右，安裝拔管機，拔出套管，接好管路、壓力表等裝置。

5）配置離析型漿液[6]。根據設計的配合比參數配置漿液，砂土材料直接取用通過10 mm 方孔篩的全風化花崗巖，選用的特殊外加劑HY-1 能夠保證漿液快速離析、沉淀。

6）分段提升高壓脈動灌漿。以0.5 m/段自下而上對全風化地層進行高壓脈動灌漿，嚴格按照設計灌漿參數控制。

3 施工效果檢查

采用控制性的高壓脈動灌漿方法對該水庫副壩及連接段山體進行了防滲處理，施工過程前后通過專業的檢測單位進行了第三方檢測。檢測方法及結果如下：

1）對灌漿前后地層鉆孔進行聲波測試，灌后Vp值提高，波動幅度變小，說明灌漿處理效果較好。

2）對灌漿前后地層取樣進行土工試驗檢測，原土樣平均干密度1.77 g/cm3，平均孔隙率32.2%；灌漿后土樣平均干密度1.88 g/cm3，平均孔隙率28.2%，說明灌漿后土體密實度有所提高。

3）對灌漿前后地層進行了透水性檢測，原土樣滲透系數3.4×10-4cm/s 和4.9×10-4cm/s，為中透水等級；灌漿后土體滲透系數8.3×10-5cm/s 和7.3×10-5cm/s，為弱透水等級。檢驗說明防滲處理后地層形成一種密實性高、抗滲性能好的均質體復合地基，達到了小于5 Lu的工程設計防滲要求。

4 結 語

本工程應用的離析型漿液是一種在高壓脈動灌漿壓力下，能夠快速離析的水泥粘土砂石膏漿。其粗顆粒漿體能夠對地層產生擠密作用，細顆粒漿體對松散結構進行劈裂填充與固結，同時作用使得全風化花崗巖地層達到一種整體性密實的效果。即使在地層中存在風化孤石時，也能夠使孤石與其周圍地層形成一個緊密的整體。通過本工程對控制性高壓脈動灌漿方法在全風化花崗巖地層防滲處理施工中的成功應用，為今后類似工程提供了更多的方法選擇。由于施工效果好，能節約材料成本等方面的特點，在類似工程中通過相關工藝參數的適當調整，本方法應更具有應用優勢。