佛寺水庫壩基巖體裂隙帷幕灌漿技術探討

摘 要：壩基防滲處理，尤其巖石基礎的防滲處理，大都采用帷幕灌漿的方法。通過佛山水庫壩基帷幕灌漿實踐表明，壩基地質條件不同，基礎灌漿處理的方法和施工技術繁簡程度也不一樣。在很大程度上地質因素決定著灌漿方法。

關鍵詞：帷幕灌漿;透水性;裂隙

佛寺水庫位于遼寧省阜新蒙古族自治縣境內的細河支流伊嗎圖河上，是一座具有防洪、供水、灌溉、養魚等綜合效益的大（二）型水庫，最大庫容為1.47億m3，水庫控制流域面積600km2。大壩基礎帷幕灌漿是按如下程序建造的，即：選定防滲要求——分析地質條件和巖體的滲透性——帷幕結構設計——灌漿標準確定、漿材選用、工藝確定——灌漿工藝的實施——施工時的檢查和分析——帷幕的運行效果監測。從整個過程可清楚看出，每一環節無不與地質因素密切相關。一般情況下，與帷幕灌漿相關的巖基地質因素主要是巖體透水性。裂隙巖體的透水性主要取決于裂隙開度大小、走向、延伸范圍、連通情況，裂隙中的充填物及裂隙面的粗糙度等裂隙幾何結構特征。在巖基上設置防滲帷幕最根本的目的就是要減少或截斷通過巖體裂隙的滲漏水。裂隙巖層中水的滲流不同于孔隙巖層中水的均勻滲流。由于裂隙大小相差懸殊，分布又不均勻，并且有一定的方向性，所以水沿裂隙巖層滲透具有非均質性和各向異性的特征。一般情況下，大裂隙的數目少、分布較稀疏，小裂隙數目多，分布密度較大。分布較疏的大裂隙具有十分強的導水能力，它在比較稠密的細小裂隙的網絡中間起著“排水主渠道”的作用，這種大小裂隙組合起來即形成復雜的網絡狀裂隙導水系統。防滲帷幕的主要目的是堵塞上述裂隙導水系統中的“排水主渠道”。

巖體的透水性取決于裂隙幾何結構特征，這些因素與巖性和巖相密切相關。裂隙的幾何結構特征常常影響漿液在裂隙間的流動性，影響帷幕灌漿的設計與施工。

一、巖性的影響

不同的巖性具有不同的裂隙孔隙特征。一般情況是：薄層、軟弱巖石（加強風化安山巖、頁巖、凝灰巖等）中，裂隙短而窄且密集。如佛寺水庫（樁號0+539～0+600）壩段強風化安山巖與侵入脈巖糜棱巖互層地區。堅硬巖石（如安山巖、安山集塊巖、閃長巖等）中的裂隙則狹長，并較稀疏。如佛寺水庫（樁號0+421～0+539）壩段，裂隙間距大于0.5～20mm。硬而脆的巖石中多為密集、閉合的裂隙，巖體裂隙延伸不遠即尖滅，連通性較差。顯然，寬而長且連通的裂隙透水性強、漿材易于在其間滲透，可灌性好，易于達到設計灌漿標準，灌漿效果顯著。

二、裂隙成因和位置的影響

裂隙形成機制不同，裂隙幾何特征相異。按地質構造力學的觀點，構造斷裂按其形成時的受力性質可分為壓性、扭性、張性、壓扭性和張扭性等5類斷裂。張性或張扭性斷裂隙開度大、透水性最強，壓性或壓扭性斷裂裂隙常呈閉合態、透水性最弱。岸邊剪切裂隙透水性極強，但因其深延谷底而閉合，以至透水性隨深度的增加而減弱。卸荷裂隙分布在河谷兩岸的河床一定范圍內，其透水性也很強烈。

佛寺水庫左壩肩壩基巖體的擠壓破碎帶，RP基本上不吸漿，裂隙中水泥結石充填的很少。而以（樁號0+401～0+421）壩基張性結構面則耗灰量大、裂隙中有充填緊密的水泥結石。裂隙密度隨巖石深度的增加而逐漸減少，且當深度超過40m以后，寬度超過1mm的裂隙數目驟然減少。可見，張性或張扭性構造斷裂、淺部岸邊剪切裂隙，卸荷裂隙等開度較大、透水性均較強，易于漿液的滲入。而壓性或扭性斷裂裂隙常呈閉合態、透水性最弱，漿材難以滲入。裂隙密度和開度隨深度增加逐漸減少，所以深度巖層的透水性往往較弱。

三、裂隙開度及連通性的影響

在灌漿工作中，灌漿材料對灌漿帷幕的防滲標準與效果有很大影響，但這樣影響最終可歸結為裂隙幾何因素。巖基防滲中廣泛應用的水泥灌漿材料。材料的顆粒性決定了它的使用條件，一般來說，裂隙開度要大于水泥最大顆粒尺寸3倍，水泥漿材方能滲入裂隙，起到應有的防滲作用。室內模擬裂隙裂隙灌漿試驗表明，當裂隙寬度小于0.15mm時，普通水泥漿體難以滲入。

通過對佛寺水庫壩基帷幕灌漿工作實踐總結，當裂隙寬度小于灌漿材料所能滲入的臨界值時，通過該材料的灌漿往往難以有效減弱基礎透水性。所以有些地層僅通過普通水泥灌漿難以達到設計的防滲標準，不得不采用化學灌漿或超細水泥灌漿，以得到特殊的防滲效果。對連通性好、開度大的裂隙易于灌注，在一定的漿材流動范圍內，漿液濃度要大，甚至加細砂等粗粒材料，所選灌漿壓力可小些;對于不連續、閉合狀的節理，漿液則難以滲入，漿液濃度要小，所選灌漿壓力要大。

四、裂隙走向與延伸范圍的影響

裂隙的走向與延伸的范圍也同樣影響帷幕灌漿的質量和效果。灌漿孔往往難以穿過陡傾角、易尖滅的裂隙，往往連q≤5Lu的灌漿標準也難實現。佛山水庫大壩基礎為安山巖、安山集塊巖和后期侵入的基性脈巖如閃長巖、糜棱巖互層，不僅有大量的層面裂隙，而且陡傾角裂隙也較發育，連通性一般較差。灌漿過程中，漿液難以通過層面裂隙灌入陡傾角裂隙，但有時又遇到裂隙性集中滲漏，有時當灌漿孔揭穿陡傾角灌漿量將突然增大。對于這種陡傾向裂隙的存在，當巖層厚度有限時，僅通過縮小孔距提高揭穿陡傾角的可能性不大，以此來提高灌漿標準是不經濟的，效果也不會改善很大，我們可以根據巖體的深度而合理的增大灌漿壓力，增加巖層的可灌性和漿液到達的距離，從而提高灌漿的效果。

五、裂隙中充填物的影響

充填情況不同透水性也不相同。對于構造斷裂帶，當裂隙被方解石或各種脈巖充填時透水性最弱;被風化巖屑、高嶺土、黏土或粉土充填時，透水性較弱;無充填的開闊裂隙透水性最強。

無充填的開闊裂隙采取灌漿帷幕防滲措施滲透性減小效果明顯，比較容易達到設計的灌漿標準。在許多壩基裂隙中存在著透水性較弱的充填物，用常規的水泥灌漿方法難以達到高標準，往往采用高壓水泥灌漿或化學灌漿可以取得滿意的效果。

通過佛寺水庫壩基巖體裂隙帷幕灌漿工程實例，無論是灌漿的壓力、孔距、材料，還是灌漿的方案、施工的質量都與巖體裂隙特征密切相關。鑒于地質因素的復雜性，故以往同類工程的灌漿經驗只能作為參考，不宜直接搬用。巖體的裂隙是灌漿的直接對象，要取得良好得灌漿效果，必須首先對裂隙的性質做詳盡的研究。如裂隙的寬度、方向、填充物的種類和密實度等，這些對灌漿方法、灌注材料、鉆孔方法等，均有著很大的影響。只有將地質情況摸清后，才能確定正確的處理方案和施工工藝。

作者簡介：張鑫慧（1989—）男，遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣人，助理工程師，現主要從事水利工程建設管理工作。