復合膏漿材料在溶洞灌漿中的應用研究

肖尹亮 胡煥校

摘要：巖溶地區水庫建設與壩堤加固面臨的一個亟需解決的問題是巖溶滲漏問題，巖溶區帷幕注漿是解決該問題的一個有效方法。巖溶區帷幕灌漿使用較多的為純水泥漿液、水泥粘土漿液和水泥砂漿液等材料。本巖溶帷幕灌漿工程以受灌區實際的工程條件、水文條件和地質條件為依據，采用了復合膏漿對滲漏段進行灌漿防滲處理，現場檢測結果顯示灌后防滲效果良好，對復合膏漿材料在巖溶地質條件下的防滲處理類似工程具有一定借鑒指導意義。

關鍵詞：巖溶滲漏? 復合膏漿? 巖溶灌漿? 防滲處理? 巖土工程

Research on Application of Composite Paste Material in Grouting of Karst Cave

XIAO Yinliang? HU Huanxiao

（School of Geosciences and Info-Physics， Central South University， Changsha， Hunan Province ，410083 China）

Abstract： Karst leakage is an urgent problem to be solved in reservoir construction and dam reinforcement in karst area. Curtain grouting in karst area is an effective method to solve this problem..Curtain grouting in karst areas uses pure cement slurry， cement clay slurry， cement mortar and other materials. The karst curtain grouting project is based on the actual engineering conditions， hydrological conditions and geological conditions of the irrigated area. The compound paste grout is used for grouting anti-seepage treatment on the seepage section. The similar engineering of anti-seepage treatment of grout materials under karst geological conditions has certain reference and guiding significance.

Key Words： Karst leakage;Composite paste material; Karst grouting;Anti-seepage treatment; Geotechnical engineering

1 工程概況

1.1 工程概況

湖南省郴州市某水庫壩址區存在較明顯的滲漏情況，滲漏對大壩的安全具有潛在的風險，且造成大量水資源的流失。滲漏段巖性單一，主要是由中厚～外層狀石灰巖組成，巖石結構均一，大理巖化明顯。根據前期鉆探、施工地質及物探資料，地表溶溝溶槽極為發育：淺部（15～20m）溶蝕帶以溶洞、溶孔、溶隙為特征，壩基巖溶主要受斷層控制，其次為層面控制，沿節理呈局部溶蝕狀態。大壩防滲加固常采用帷幕注漿，并取得了較好的處理效果[1-2]。

1.2 灌漿對象

依據工程概況，本次除險加固處理對象主要為水庫8#壩段向右岸山體延伸120m范圍內壩基及壩肩滲漏部位，對處理范圍內不滿足設計防滲要求的巖體進行帷幕灌漿。

2 灌漿布置方案

2.1 孔位布置方案

本次除險加固設計防滲帷幕底線右壩基段以基巖面下延25m為界，具體帷幕防滲深度以壓水試驗透水率小于5Lu（相對不透水層）為界，其中補充勘察孔深度為壓水試驗透水率q≤5Lu再向下鉆一段。右壩肩灌漿處理上限為基巖面頂，下限為相對不透水層。

防滲帷幕沿8#、9#壩段向右岸山體設置，以截斷右岸壩基及壩肩滲漏通道。帷幕總體設計為單排，如圖1所示，孔間距為2.0m。由于8#、9#壩段位于斷層和右壩肩溶洞與涌水點串通部位，因此8#、9#壩段采用雙排孔加密布置，排距1.0m，孔距2.0m，布置方式采用梅花型布置[3-5]。

2.2 復合膏漿材料

由于傳統的水泥凈漿在溶洞中的填充效果較差，現場對于溶洞溶槽的處理多采用復合膏漿材料。復合膏漿材料是一種經過改性的水泥粘土漿液，其局部穩定性好、結實率高、就地取材、高抗滲性能的特點，在實際灌漿工程中，可以調整水固比與外加劑添加量等方式配置形成實際所需的的灌漿材料以滿足不同的工程抗滲或者是強度上的需要，如表1所示。

膏狀充填早在20世紀80年代初就在德國礦山得到應用，后在南非、奧地利、美國、加拿大等國得到應用。在國內出于漿液泵送困難、成本偏高等原因，膏漿材料使用普及率不高;在防滲工程中防滲材料一般采用速凝膏漿，速凝膏漿低水灰比漿液是由大量粘土、膨潤土、粉煤灰和少量外加劑組成。

2.3 灌漿方法及灌漿參數確定

復合膏漿灌漿采用自下而上的灌漿方法，由于復合膏漿灌漿用量大、流動慢的特點，設計各灌漿段長為0.5m，控制膏漿灌漿孔段提升的參數見表2。

可控灌漿水固比宜采用0.7～0.8：1，漿液流動度宜控制在70～110mm之間，漿液流動度一般由大到小進行變換，漿液初始流動度可采用90～110mm，如灌漿壓力長時間達不到設計壓力，漿液流動度可變換至70～90mm。

灌漿結束標準標準如下。

（1）當灌漿壓力達到最小控制壓力Pmin、單位灌入量達到最大灌漿量Vmax時，可以進行下一段灌漿;

（2）當灌漿壓力達到最大控制壓力Pmax、單位灌入量達到最小灌漿量Vmin時，可以進行下一段灌漿;

（3）如果灌漿壓力始終無法達到最小控制壓力時，但當單位灌入量達600L/m時，亦可以進行下一灌漿段的灌漿施工。

2.4 灌漿過程監測及結果檢測手段

灌漿工程屬于隱蔽工程，其灌漿質量需要借助其他技術手段進行反映。為保證灌漿施工質量符合技術要求，針對現場過程采用灌漿壓力及灌漿流量監測，并通過灌后壓水試驗對灌漿質量結果進行檢測，以保證工程安全性和有效性。

2.4.1 灌漿壓力及灌漿量監測

通過灌漿自動記錄儀實現對現場實現灌漿過程的數據采集與處理。通過分析可以得到：在現場灌漿過程中，灌漿壓力的大小主要分布在0.1-1.3MPa之間，穩定灌漿壓力的值主要隨高程的下降而增大，可以看出穩定灌漿壓力與靜水壓力之間存在正相關的關系;灌漿區域中，單位灌漿量最大值為264 kg/m，灌漿量較大區域與壓水試驗得到的巖溶透水區域基本一致;在原始透水率小于5Lu的深部基巖中，單位灌漿量均一致小于15kg/m，證明底部巖體完整性較好，不存在滲漏通道[6]。

現場灌漿量的統計如表 3所示，現場共計灌入水泥凈漿427642.4 L，水泥耗量161383.3kg，各排各序孔的單位灌漿量及單位注灰量表現為：上游排>下游排，I序孔>II序孔>III序孔。

現場共計灌入復合膏漿831472 L，其中前期探明有溶洞發育的1-I-37孔灌入復合膏漿327222 L，占到總量的39.4%。

2.4.2 灌漿質量結果檢查

施工完成后，抽取巖溶發育地段以及灌漿耗量較大位置布置了11個檢查孔，相鄰檢查孔間距保持在10m。檢查孔的檢查方式主要采用了鉆孔取芯和壓水試驗。

檢查孔鉆孔取芯過程中未發現掉鉆情況，取出的巖芯完整，呈柱-長柱狀，如圖3所示，部分檢查孔巖芯可見水泥與基巖結石體，填充效果較好。壓水檢查標準為灌后透水率q≤5Lu。經11個檢查孔施工情況表明，灌漿質量全部達到設計合格標準[7]。

通過11個檢查孔的壓水試驗的檢測結果，11個檢查孔共計60段壓水試驗數據均滿足設計要求，最大呂榮值為2.36Lu，且近80%的段次壓水試驗小于1Lu，帷幕灌漿達到了設計要求，質量合格。

3 結語

灌漿過程監測數據和灌后監測結果顯示灌后巖體抗滲性均已達到防滲要求，能為今后相似巖溶區水庫建設及壩堤帷幕注漿灌漿防滲工程提供參考。

參考文獻

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