高海拔地區(qū)巖層性狀變化下的帷幕灌漿施工重點(diǎn)淺析

王海艷，王樹生，婁旭峰

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司，拉薩，850000)

1 工程地質(zhì)

1.1 旁多水利樞紐

基巖為閃長(zhǎng)玢巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，熔結(jié)凝灰?guī)r出露于山體坡腳，閃長(zhǎng)玢巖與熔結(jié)凝灰?guī)r呈熔融接觸，中等風(fēng)化帶厚度約為30m～120m。地下水埋藏3m～80m。右岸壩頭有f4斷層，斷層寬約5cm～25cm，破碎帶由碎裂巖和黃褐色斷層泥組成，該斷層為順坡向逆斷層。

1.2 結(jié)巴水庫

壩址區(qū)基巖山體部位，地形坡度35°～45°，地形完整，沖溝不發(fā)育，地層巖性為喜山期花崗巖，呈強(qiáng)～弱風(fēng)化狀態(tài)。

1.3 拉洛水利樞紐

壩址地處夏布曲峽谷進(jìn)口河段，河谷形態(tài)呈不對(duì)稱的“U”型橫向谷。河床、漫灘砂礫石層厚3.5m～13.5m，右岸Ⅰ級(jí)階地礫卵石層厚1.2m～15.2m?；鶐r為T3n板巖，單斜構(gòu)造，板理傾向北東，傾角50°～70°。未見較大規(guī)模的斷層破碎帶發(fā)育。強(qiáng)風(fēng)化層厚0～6.3m，弱風(fēng)化厚0～38.6m，兩岸邊坡為橫向坡。

壩址基巖中存在承壓水，承壓水賦存于板巖板理、裂隙或?qū)娱g擠壓帶中，為脈狀裂隙性承壓水，連通性較差，與夏布曲河水基本無直接水力聯(lián)系，補(bǔ)給來源較穩(wěn)定，推測(cè)來自兩岸高山融雪水。

1.4 卓于水庫

地處雅魯藏布江右岸普布扎維山脈。受近東西向北喜馬拉雅拗褶帶控制，普布扎維山脈呈近東西向延伸，山勢(shì)往北向雅魯藏布江河谷坡緩。流域內(nèi)地形以高山為主，地貌上表現(xiàn)為深切割高山寬谷特征，屬構(gòu)造剝蝕高山地形。兩岸山體雄厚，大部基巖裸露，巖性為長(zhǎng)石石英砂巖夾粉砂質(zhì)板巖，呈強(qiáng)風(fēng)化。

1.5 雅礱水庫

壩址區(qū)兩岸及河床下部砂質(zhì)板巖強(qiáng)風(fēng)化帶：飽和抗壓強(qiáng)度20MPa～30MPa，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，裂隙連通性較好，滲透性較強(qiáng)，據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料，強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖透水率q=12lu～86lu，屬中等透水層。弱風(fēng)化：飽和抗壓強(qiáng)度40MPa～45MPa，裂隙較不發(fā)育，裂隙連通性較差，滲透性較弱，據(jù)鉆孔試驗(yàn)，弱風(fēng)化砂質(zhì)板巖透水率q=3lu～7.6lu，屬弱透水層。

上述地質(zhì)條件中，除結(jié)巴水庫為花崗巖滲透性較弱外，其他巖層透水性均較強(qiáng)，尤其雅礱水庫、卓于水庫的部分巖層達(dá)到一定灌漿壓力有巖體劈裂情況發(fā)生，造成孔段吸漿量大幅提升。

2 先導(dǎo)孔施工

帷幕灌漿孔施工前先施工先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔具有一定的補(bǔ)充勘探作用，根據(jù)先導(dǎo)孔的施工情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)地勘成果、了解底層巖性分層、確定帷幕底線，從而對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)與施工方案是否合理。

先導(dǎo)孔的布置選取每個(gè)單元下游排最深的I序孔作為先導(dǎo)孔進(jìn)行先行施工。先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)采取單點(diǎn)法分段卡塞進(jìn)行，壓力為對(duì)應(yīng)段次灌漿壓力的80%，且不超過1MPa，壓力表選用量程較小的壓力表。

先導(dǎo)孔施工完成后，根據(jù)先導(dǎo)孔的施工數(shù)據(jù)畫出巖芯柱狀圖，并對(duì)灌漿地層、巖性進(jìn)行分析，分析巖性分層對(duì)注漿量的影響和帷幕底線的巖性以及受壓力影響的大小，對(duì)比施工方案是否合理、可行。

3 灌漿壓力控制

灌漿壓力及其運(yùn)行是水泥灌漿施工中最重要、最復(fù)雜、影響因素最多、對(duì)灌漿質(zhì)量影響最大，同時(shí)也是顯著影響工程造價(jià)和工程進(jìn)度的設(shè)計(jì)參數(shù)和工藝參數(shù)。

3.1 壓力要達(dá)到設(shè)計(jì)要求

灌漿壓力在施工過程中受影響的因素較多，如：漿柱自重產(chǎn)生的壓力、地下水對(duì)灌漿的壓力、漿管和孔壁的摩擦力造成的壓力損失等。在灌漿施工作業(yè)中，特別是現(xiàn)今多采用的高壓灌漿施工中，由于灌漿壓力很大(大于3MPa)，漿柱壓力、地下水壓力、管路損失都相對(duì)較小，因此，除有特別精確要求外，施工中常常就采用壓力表作為灌漿壓力。

不得為了加快施工進(jìn)度而刻意降低灌漿壓力，例如：設(shè)計(jì)灌漿壓力要求3.0MPa，施工中為了減少成本，節(jié)約時(shí)間而私自將灌漿壓力降低至2.0MPa，甚至1.5MPa，可能會(huì)導(dǎo)致灌漿質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，或后期帷幕效果衰減較快，不可取。

條件允許的情況下，應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，以便于水泥漿液的擴(kuò)散半徑滿足設(shè)計(jì)的帷幕效果。

3.2 壓力濾水

壓力濾水也簡(jiǎn)稱壓濾，其產(chǎn)生的條件有兩個(gè)：一是壓力，二是濾水。兩者剛好是形成灌漿的主要條件，即灌漿壓力和巖層的透水性。

壓濾在灌漿過程中的主要作用是用壓力讓水泥漿液中的水分通過巖層裂隙滲走，從而增加水泥結(jié)石的強(qiáng)度，也縮短水泥漿液凝結(jié)時(shí)間。從上述情況來看，灌漿過程中的閉漿時(shí)間(注入量小于1L/min，保持該段次最大壓力的情況下持續(xù)30min)屬于壓濾階段，既保證了漿液中的水分通過裂隙滲走，又通過壓力將結(jié)石壓實(shí)。雅礱水庫、旁多水利樞紐等工程在施工過程中都按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求堅(jiān)持閉漿時(shí)間，檢查結(jié)果不僅水泥結(jié)石較多，防滲效果也很出色。

3.3 灌漿壓力過大的副作用

帷幕灌漿在面臨高壓灌漿的時(shí)代，副作用也很多，如：巖體劈裂、漿液過度擴(kuò)散造成浪費(fèi)、抬動(dòng)等。

雅礱水庫的帷幕灌漿就曾遇到過巖體劈裂的情況，設(shè)計(jì)壓力要求3.0MPa，但是在灌漿壓力達(dá)到2.0MPa時(shí)會(huì)出現(xiàn)注入量突增、壓力下降的情況，當(dāng)時(shí)是將漿液濃度調(diào)整為0.5∶1，灌漿壓力降低，持續(xù)灌注，單耗達(dá)到1t后待凝、復(fù)灌，循環(huán)多次后注入量減少、壓力回升，才慢慢結(jié)束。

所以，根據(jù)帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，確定適宜當(dāng)?shù)氐讓拥墓酀{壓力也至關(guān)重要，可避免巖體劈裂、抬動(dòng)、浪費(fèi)漿液、浪費(fèi)時(shí)間等情況發(fā)生。

4 水泥灌漿漿液

4.1 灌漿的種類

水泥灌漿漿液的主要材料是水泥和水，根據(jù)工程地質(zhì)條件和施工需要可適當(dāng)添加膨潤(rùn)土、粉煤灰、砂等摻合料。

水泥灌漿一般使用純水泥漿液，常用的水泥灌漿漿液有普通水泥漿液、細(xì)水泥漿液、膏狀漿液等。

4.2 漿液的水灰比

漿液中水與水泥含量的比值稱為漿液水灰比，通常采用質(zhì)量比。《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL 62-2014)規(guī)定水灰比分為六個(gè)等級(jí)，即5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。

工程地質(zhì)情況變化多樣，裂隙的大小也不同，施工中是通過灌前壓水的透水率來確定開灌的水灰比，透水率較小，則使用稀漿開灌。如結(jié)巴水庫巖性為花崗巖，多數(shù)裂隙較小，很多部位稀漿就可以結(jié)束灌漿，如果采用濃漿開灌，則有可能擴(kuò)散半徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求就達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)了，結(jié)果就是：雖然該灌漿達(dá)到了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，但是并未形成帷幕，灌漿效果大打折扣。

反之，灌前壓水透水率較大的情況，如雅礱水庫右岸壩肩槽帷幕灌漿中遇到的塌孔、掉鉆，其本身裂隙較寬，采用稀漿開灌不僅會(huì)造成大量浪費(fèi)，還毫無效果。這種情況下灌漿漿液可以適當(dāng)加入膨潤(rùn)土、粉煤灰、砂等摻和料，填充空腔。

灌漿過程中，灌前壓水要分段卡塞進(jìn)行并保持?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，才能根據(jù)透水率確定開灌水灰比，從而進(jìn)一步保證灌漿質(zhì)量。

5 灌漿方法

在灌漿工程中，自上而下和自下而上灌漿法是最常用的灌漿方法，實(shí)際操作過程中上述兩種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，及其適用的地質(zhì)條件。

5.1 自上而下灌漿法

自上而下灌漿法是自上而下分段鉆孔，分段下設(shè)灌漿塞進(jìn)行灌漿的方法。通常采用的是空口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下灌漿的方法。

(1)優(yōu)點(diǎn)：孔內(nèi)上部灌漿部位在每次灌漿時(shí)都在重復(fù)灌注，在灌注本段的同時(shí)對(duì)上部進(jìn)行“查漏補(bǔ)缺”，質(zhì)量較有保證。

(2)缺點(diǎn)：重復(fù)做功、漿液損耗多、進(jìn)度緩慢。

該灌漿法適用于裂隙發(fā)育完全、陡傾角裂隙發(fā)育的地層。

5.2 自下而上灌漿法

自下而上灌漿法是一次性將灌漿孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，然后逐段安裝灌漿塞從下往上灌漿的方法。這種灌漿方法屬于純壓式灌漿。

(1)優(yōu)點(diǎn)：鉆孔、灌漿工序分開，流程簡(jiǎn)化、提高功效，減少漿液浪費(fèi)。

(2)缺點(diǎn)：裂隙較發(fā)育或陡傾角的地層易發(fā)生繞塞返漿現(xiàn)象，造成灌漿塞筑死。

該方法適用于裂隙較小的穩(wěn)定地層。

以上兩種灌漿方法有其各自的適用地層，灌漿施工前可根據(jù)先導(dǎo)孔的施工情況選用合理的灌漿方法。如根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)巴水庫施工時(shí)采用的是自下而上灌漿法；而雅礱水庫、卓于水庫由于地質(zhì)原因采用的是自上而下灌漿法。

6 灌漿檢查

灌漿檢查隨著科技的進(jìn)步也實(shí)現(xiàn)了多樣化，如檢查孔壓水試驗(yàn)、鉆孔取芯、物探檢測(cè)、聲波檢測(cè)等。灌漿檢查作為灌漿工程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，不能馬虎大意、放松監(jiān)管。

帷幕灌漿檢查孔施工及檢測(cè)成果是評(píng)價(jià)帷幕灌漿質(zhì)量的主要依據(jù)，正確地進(jìn)行檢查孔施工和試驗(yàn)工作具有十分重要的意義。灌漿檢查孔應(yīng)布置在施工薄弱部位或灌漿工程質(zhì)量容易發(fā)生問題的部位，目的在于能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的不足，對(duì)不足的部位進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。

檢查的數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確、真實(shí)，并監(jiān)管到位，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以采用第三方介入檢查。雅礱水庫在帷幕灌漿結(jié)束后，項(xiàng)目為了檢查的真實(shí)性，自己引進(jìn)第三方進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題可以及時(shí)處理。

7 結(jié)語

(1)先導(dǎo)孔具有一定的補(bǔ)充勘探作用，具有驗(yàn)證設(shè)計(jì)地勘成果、了解底層巖性分層、確定帷幕底線、對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)與施工方案是否合理的作用。

(2)灌漿壓力是水泥灌漿中最重要的參數(shù)，嚴(yán)格控制灌漿壓力是灌漿成功與否的重要基礎(chǔ)。

(3)根據(jù)灌前壓水的透水率確定開灌水灰比，并按照規(guī)范要求合理變換漿液濃度是必要的。

(4)根據(jù)先導(dǎo)孔施工情況選定合理的灌漿方法，可以節(jié)約大量時(shí)間，提高功效。

(5)灌漿檢查是一個(gè)查漏補(bǔ)缺的重要環(huán)節(jié)。