基于排土場壩體防滲注漿工藝研究

朱道軍

(安徽省地質礦產勘查局321地質隊，安徽 銅陵 244000)

壩體的安全性能是提高壩體服務年限和質量的基礎，同時也是減少潰壩潛在風險的主要途徑[1]。因此，加強壩體防滲功能至關重要。本文以某排土場污水庫的壩體防滲施工目的為研究對象，分析其注漿工藝，在解決實際問題的同時，為該防滲注漿工藝的推廣使用提供參考依據。

1 工程基本概況

排土場污水庫的壩體由左右壩與壩基共同組成，壩體由鋼筋混凝土+土工膜防滲碾壓堆石組成壩型，壩基主要由石英砂巖、碎石夾黏土等組成。研究區左右壩為山坡地形，巖石呈層狀展布，巖層走向與壩軸方向一致，傾向北西，傾角40°。壩體的北岸主要由中厚層—薄層的砂質頁巖、粉砂巖等組成，巖石極為破碎，風化深度均大于南岸的巖石；壩體南岸由中厚層狀石英砂巖組成，該類巖石堅硬，但層面裂隙較發育，導致巖石較為破碎。

研究區位于常年性大沖溝內，屬于三面環山的山間凹地地貌，周邊地形地貌起伏變化較大，最高點高程150 m，最低污水庫底標高44.74 m。壩頂長67 m，壩底長18.8 m，壩頂標高52.9 m，庫底標高47.7 m。施工的注漿孔布置在排土場左右壩底部1 m處，平行左右壩布置，近南—北方向展布，采用單排孔等距離線性布置形式。帷幕長42 m，幕體厚度4 m，設計注漿孔孔距2 m，注漿鉆孔15個，總進尺約160.60 m，預計注漿量為123 m3(圖1)。

圖1 壩體及注漿孔位布置示意圖

2 施工順序及技術參數

2.1 工程施工順序

工程施工順序為先施工Ⅰ序孔再施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔從幕址兩端向中間施工。單孔施工流程：施工準備→測量定位→鉆探成孔→安裝注漿管→注漿→終止注漿(圖2)。

圖2 鉆探注漿工藝流程圖

2.2 注漿施工技術

(1)注漿方法。根據施工現場地質特征及巖性組合等，本次注漿方式采用“自上而下—分段—孔口封閉注漿法”，使得鉆孔注漿過程中能夠實現反復注漿滲透充填。同時，為提高注漿質量，注漿時采用自動監測設備，及時記錄相關參數[2]。本次注漿過程中應注意以下幾點：①注漿壓入方式采用“自溜+水泵壓入”的組合方式，自溜過程中泵壓升高后更換濃度更高的混合漿采用水泵壓入，直至單孔達到注漿結束要求為止；②為提高注漿質量，可采用孔口封閉孔內循環加壓注漿的方式，可使得注漿段能夠反復的充填、堵塞，進而提高注漿段的巖石密實度。

(2)注漿分段。根據工程要求，注漿段長為5 m，特殊情況下可適當縮短或加長，當遇到斷層、軟弱破碎帶、塌孔、集中漏水等不良地質注漿段時，縮短段長[3]。當鉆孔穿過破碎巖體漏水嚴重時，先行注漿，待初凝后再進行鉆注；當遇到需加長注漿段時，需要結合場地實際情況變更材料。

(3)注漿材料和配比。注漿材料為水泥漿(添加水玻璃)，漿液濃度由稀至濃，水玻璃占干料質量分數2%～10%，施工時視實際情況進行調整。

(4)壓水試驗。本次采用單點法壓水的方式進行壓水試驗，然后計算研究區的地下水的流量等參數，壓水試驗的結果是確定壩體防滲注漿濃度和漿液類型的主要依據。本次試驗采用的注漿泵型號為BW-250，初始的壓水試驗壓力為1 MPa。為提高壓水試驗結果的準確性，在每段注漿前均進行壓水試驗，壓水試驗方法均采用單點法。在進行壓水試驗之前需要記錄孔內的水位，在試驗過程中，每5 min讀取一次壓入流量，當泵壓連續4次讀取值中最大值與最小值的差值小于10%時，說明本次注漿達到預期效果，可結束壓水試驗；或者泵壓連續4次讀取值中最大值與最小值的差值小于1 L/min時，可結束壓水試驗，且將該數值作為最終值參與后續計算[4]。

(5)注漿壓力。注漿終壓大于靜水壓力2倍，設計注漿壓力為0.2～0.5 MPa，根據現場實際情況確定。注漿壓力是漿液擴散的主要動力來源，同時也是分析漿液在巖石裂隙中擴散擠密是否正常的主要參考指標[5]。此外，為充分分析壓力變化特征，一般將其分為初始壓力、過程壓力和終值壓力，結合地下水壓力，綜合考慮漿液強度等，研究區不同區域注漿段采用不同的注漿終壓[6]。同時，在基巖區域注漿時，其注漿終壓一般采用大壩基礎灌漿的經驗值，其壓力值應為水頭壓力的1.5～2.0倍[7]。本次注漿壓力設計見表1。

表1 不同注漿段設計注漿終壓

漿液的濃度不同則比重不同，因此，上表中孔口表壓數值僅是參考數，實際操作中有一定變化范圍。根據鉆孔孔深，封孔注漿孔口表壓力不小于上表對應孔深孔口表壓。

(6)注漿結束指標。注漿過程正常進行時，依據以下三點結束注漿：

①單次注漿結束標準：在注漿過程中當壓力持續均勻上升至最終的設計壓力，同時孔內注漿吸收量小于10 L/min時，在穩壓20～30 min后可以結束注漿。單次未達到上述標準的區段注漿(如間歇注漿、設備故障引起的中斷注漿)掃孔后可以不壓水直接注漿，直到單次注漿達到上述標準。

②注漿段結束標準：在注漿壓力指標達到注漿結束要求后，首先沖洗注漿孔。完成上述處理后進一步開展壓水試驗，若在壓水試驗過程中泵壓呈持續的上升狀態，且最終達到設計終壓時，在穩壓20～30 min后，經計算單孔吸水率小于5Lu時即可終止注漿[8]。

③注漿孔(整孔注漿)結束標準：各段達到結束標準，在灌注后掃孔，全孔壓水試驗達到結束標準時，單位吸水率小于7Lu時，即可認為達到終孔結束標準；對于地面冒漿孔，間歇次數不得超過2次，每次間歇時間≥6 h；若在第3次注漿又發生冒漿時，結束注漿。

綜上所述，根據注漿結束標準判斷注漿是否可靠時，一般采用設計的理論壓力、鉆孔的吸漿(水)率和穩定時間等多個指標進行綜合判斷。因此，只有加強設計的合理性，才能有效地使各個注漿段和注漿孔均達到注漿結束標準，獲得有效的注漿堵水效果。

(7)封孔。注漿孔結束后，采用壓力注漿封孔，并將孔口抹平。灌漿段封孔采用不分段一次性壓力灌漿封孔。

2.3 鉆孔注漿成果分析

本次壩體注漿的鉆孔總進尺為116.51 m，注漿量為79.617 m3，單位注漿量為0.683 m3/m。隨著鉆孔的延伸，注漿量呈明顯減小的趨勢，表明布孔孔距合理，漿液在地下有效擴散，前后施工鉆孔注漿體搭接良好，注漿效果明顯[9]。從鉆孔的取芯情況(圖3)來看，在孔內不同深度的破碎地帶、裂隙處取上大量水泥漿和碎石塊固結體巖芯，可在多處裂隙面上看出有水泥漿侵入。根據提取的固結體巖芯特征可得出，本次注漿對深部破碎帶、裂隙等進行了有效的充填，其漿液的擴散范圍滿足了設計要求，在壩體形成了一道帷幕，對壩體滲漏起到了很好的隔離作用。

圖3 注漿結束后的鉆孔取芯示意圖

3 結束語

綜上所述，采用“自上而下—分段—孔口封閉注漿法”在研究區取得了良好的應用效果，注漿后經過鉆孔取芯，可見注漿質量好，對破碎帶、裂隙等的充填效果好，漿液擴散效果好，在壩體形成了一道帷幕，對壩體滲漏起到了很好的隔離作用。因此，該技術方法可以應用于相似類型的壩體的防滲注漿施工中。