帷幕灌浆在水库岩石基础加固应用中探讨
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摘 要：某水库因库区不存在永久渗漏问题，只有坝基及右岸需采取可靠的防渗措施；根据坝基工程地质、水文地质条件，地形条件及坝基防渗要求，决定在单斜构造单元段设置1179m长的隔水帷幕；结合该工程实例提出详细的加固技术措施，为同行提供参考借鉴。
关键词：水库工程；帷幕灌浆；基础加固；钻灌施工
1． 工程概况
某水库是修建在岩溶地区的大型水利工程，地形封闭条件好，而且水库周围为非可溶岩分水岭所包围，库区回水范围内无通向库区外的渗漏通道。因库区不存在永久渗漏问题，只有坝基及右岸需采取可靠的防渗措施。水库地基按岩层形状及构造特征，可分为单斜构造及构造复杂带两个构造单元。根据坝基工程地质、水文地质条件，地形条件及坝基防渗要求，决定在单斜构造单元段设置1179m长的隔水帷幕，帷幕底部均可接在河床以下的页岩上，在构造复杂带单元通过设置449m长的隔水帷幕，帷幕底部接在透水性相对较弱的白云质灰岩或白云岩层上，成为悬挂式帷幕。
鉴于水库左岸坝外段地质条件较好，布设单排孔，河床段第21-第29坝段及右岸坝外右帷幕分别处于F8和F1断层附近，地质条件较差，布设三排孔，其余部位均布双排孔。双排孔按三角形布设，三排孔按梅花形布设。各排灌浆孔与帷幕线平行，排距1.2m，孔距2.0m。
2． 钻灌施工技术
2.1 钻灌方案提出
本工程水库坝基防渗帷幕灌浆施工方法采用“小口径钻孔，自上向下逐段钻灌，孔口封闭，孔内浆液循环，不待凝不冲洗高压灌浆”工艺。施工时首先采用不少于ø75mm钻具钻透混凝土盖板至基岩深度2.0m，下栓塞压水试验、灌浆完毕，用水灰比0.5：1的浓浆镶嵌ø75mm孔口管，待凝3d后，换ø56mm钻具自上而下分段钻灌。灌浆时在孔口安装封闭器，用钻杆做进浆管，浆液由钻杆与孔壁之间的间隙返回孔口，在回浆管上安装调压阀控制压力。在灌浆施工过程中灌浆压力和浆液注入量的记录采用灌浆自动记录仪，实行每一钻灌段结束后，不待凝即进行下一段钻灌，直至终孔。
2.2 施工次序
二排灌浆孔的施工顺序为：下游排→上游排→中间排，两排孔的施上顺序为：下游排→上游排。每排灌浆孔采取三个工序分步施工。顺序为导孔→I序孔→II序孔→III序扎。在每一排中第II序孔应在第I序孔灌浆深度达到岩石30 m以下再进行施工。第II序孔在第II序孔灌浆深度达到岩石30m以下再进行施工。排与排之间的施工同样也是前序排孔深达30m后再进行后序排的施工。每个灌浆孔的施工过程包括造孔→冲孔→压水→灌浆→封孔（下游排做简易压水，其中导孔做正规压水）。
2.3 灌浆段长、压力、浓度及结束标准
灌浆段长自上而下，岩面下第1I至3段分别采用2m、1m、2m；第四段以下均为5m。灌浆压力第1至4段分别采用1、2、3、4M Pa，第5段以下，对于灰者中的孔段采用4.5MPa，对于灰页岩互层中的孔段采用4MPa，在页岩中采用3MPa。浆材采用水泥浆材，浆液浓度起始水灰比下游排I、II、III序孔分为1：1、2：1、5：1，上游排、中间排均为5：1。遵循由稀变浓的原则逐级改变，在压浆阶段当浆液很浓时容易固管，改为用2：1或3：1稀浆压浆。结束标准采用在设计压力下当灌注率小于0.4L／min时持续60／Min，或灌汀率小于1L／mln持续90Min，或小于2L／min持续120min，三者满足其中一点则可以停止灌浆。
3． 对大耗浆量地段施工处理技术
针对本工程中第21—第29坝段和第65坝段以外的190隧洞的3—6单元，由于断层影响，致使岩溶发育、岩层杂乱，单位注入量很大。为此，对特殊地段采取了特殊的处理措施。
（1）对溶洞先堵后灌。施工过程中，对下游排I序孔结束灌浆压力由5MPa降为3MPa，这样可以避免大量水泥的流失，还可以起到先堵溶洞的作用。上游排和中间排仍采用设计压力，在个别孔段灌浆压力达到3M Pa、注入率保持5—10L/min、持续灌浆超过16h时，即可结束灌浆。
（2）限量待凝。当孔内灌浆灌入量较大或灌入量不随时间的延长减少时，灌入水泥达20t左右则停灌待凝，待凝时间一般为48—72h，若掺入促凝剂，待凝时间为24—48h。
（3）循环灌浆和纯压灌浆交替使用。当灌入量达10t时，将射浆管取出采用孔口封闭、加速凝剂和掺和料进行纯压式灌浆。灌入一定量水泥后待凝，最终以下射浆管的循环灌浆方法结束灌浆。
（4）添加促凝剂。促凝剂包括氯化钙和水玻璃，其掺量适宜不大于水泥至量的3％。这可以有效地加速水泥浆在孔内的固化时间，避免水泥浆因流动过远而造成浪费。
（5）加掺合料。当灌入量特别大时，水泥浆中还可加入砂子和锯末等掺合料，砂浆的配比为0.5：1:1（水：水泥：沙子），锯末为水泥重量的5％。
4． 加固实施效果
4.1 检查孔压水试验结果
检查孔的压水试验成果是评价帷幕灌浆工程优良与否的重要依据，水库帷幕灌浆对于检查孔透水率的具体要求如下：对本工程第一段和第二段的透水率不得超过1.0L u，检查孔压水试验次数的90％透水率应不高于1.0Lu，其余10％的透水率应不高于2.0Lu。各分部工程已完成的检查孔压水试验结果见表1所示，从表1数据可以表明检查孔水压试验均满足设计要求。
表1 检查孔水压试验结果汇总
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工程部位
|
孔数
|
段数
|
透水率（Lu）
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|||||||
|
<0.1
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≤0.1-0.5
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>0.5-1.0
|
<1.0
|
|||||||
|
段数
|
（%）
|
段数
|
（%）
|
段数
|
（%）
|
段数
|
（%）
|
|||
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河床
（190.00m廊道）
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42
|
714
|
284
|
39.8
|
602
|
84.3
|
712
|
99.7
|
714
|
100
|
|
右岸坝肩段
（193.00m隧洞）
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10
|
163
|
65
|
39.9
|
119
|
73.0
|
163
|
100
|
163
|
100
|
|
河床
（190.00m隧洞）
|
3
|
52
|
38
|
73.1
|
52
|
100
|
52
|
100
|
52
|
100
|
4.2 单位注入量随孔序和排序的增加而递减
（1）后序排的单位注入量较前序排的单位注入量减少的幅度很大，从整体上看，先序排的灌浆效果是非常明显的，它起到了封闭的作用，后序排的灌浆作为先序排的继续和补充，可以形成较好的防渗帐幕。同时也证明，本水库大坝廊道内排距为1.2m的设计是合理的、安全的。
（2）后序孔较前序孔注入量减少的也很明显，但是减少的幅度不如排与排之间减少的大，这种现象表明了孔距不宜过大，否则影响灌浆效果。
（3）排距为2.4m的下、上游排灌浆孔结束灌浆后，中间排的灌浆单位注入量已降低到10kg／m或不足10kg／m，效果非常明显。
（4）注浆完毕要用一定压力稠水泥浆封孔，以填充至混凝土顶面为准，以便使地基和基础协调工作。
（5）本工程采用极限注浆法，即使尽可能多的水泥浆注入地层，出到浆液反冒为止，让泥能充分注入地层充填孔隙。注浆孔穿过混凝土基础时，注浆历力可控制在400kPa以上，其余控制在300kP；合计烟囱段注入水泥20.5t，汽机段注入水泥10.4t，锅炉房段注水泥43.4t，化学水车间注入水泥20.1t。
（5）部分注浆孔先灌水玻璃，后再注入水泥浆，水玻璃为无压注入。在水泥灌浆结束后，则对汽机，烟囱外围地段用单液硅化法进行加固。灌浆材料由低浓度的水玻璃溶液加入2.0％—2.5％的氯化钠组成；共灌入水玻璃烟囱地段800kg，轮机地段140kg。
5． 结语
本水库工程地基加固工作自历时二百多天，成孔728个，耗水泥约182t，水玻璃约3.3t。在整个施工过程中，为掌握电厂建(构)筑物的变形情况，沉降观测工作从未间断。地基加固工作完成后，又专门市置了长期观测工作，整个观测工作持续约1年。据前期3个月的观测结果表明，时间的推移，沉降已趋稳定，且总沉降量和差异沉降均在规范允许范围以内。