固结灌浆与惟幕灌浆在新疆某工程中的应用

阎 海

（新疆华瑞工程管理咨询公司 北屯 836000）

1 工程概况与地质特性

新疆某水利枢纽工程的坝体为粘土心墙坝，全长1900m，坝段长740m，最大坝高37.5m。

大坝基础地质主要分为三部分：1+160～1+605段为III级侵蚀阶地，地形较平坦，基岩岩性为片理化变质石英砂岩、绢云母化石英砂石、绿泥石化绢云母化石英片岩、片理化变质石英砂岩，为坚硬岩，产状290°NE∠60°。岩体强风化带厚1～3m，弱风化带厚7.5～12.5m，透水率小于5Lu界线埋深10～24m。1+605～1+845段为古河床段，发育有一断层带，宽155m。岩体强风化带厚1.5～2.5m，弱风化带厚2.5～10m，透水率小于5Lu界线埋深20～30m；1+845～0+900 段为眼球状片麻岩，产状 290°NE∠70°。岩石坚硬，较完整，岩体强风化带厚2m，弱风化带厚1m，透水率小于5Lu界线埋深4m。坝基基岩透水率设计防渗标准为q≤5Lu，为确保大坝基础的渗漏稳定和坝体的安全运行，设计对坝基进行灌浆处理。其中的断层带，地质条件相对比较恶劣，相对不透水层埋藏较深，为坝基灌浆处理的重点部位。

2 灌浆布置与设计要求

2.1 钻孔布置

根据设计要求，坝基灌浆分为两类：一类为防渗帷幕灌浆；一类为浅孔铺盖式固结灌浆。不同的部位有不同的设计布置。1+160～0+605段，按设计要求布置三排帷幕孔，中间排为主帷幕，两边排为副帷幕。主帷幕要求伸入相对不透水层5m，副帷幕为主帷幕深度的2/3。主帷幕线在坝轴线上游1m处，排距2m，孔距2.5m，呈梅花形布置。固结孔以两边副帷幕为基线，向上游以2m的排距布置2排固结孔、向下游以3m的排距布置2排固结孔，孔距3m，孔深5.8m（基岩深度），钻孔角度为偏南，倾角60°。1+605～1+810段，共布置三排帷幕孔，排距 2m，孔距2m。以副帷幕为基线，以2.5m的排距分别向上游布置3排、向下游布置4排固结孔，孔距2.5m，灌浆孔深7m，钻孔角度均为铅直。1+810～1+845段，无混凝土盖板，为活断层带，设计布置10排深孔固结灌浆孔，在距坝轴线上下游各4m处以2m的排距分别向上下游各布置5排固结孔，孔距2m，孔深10～30m。坝轴线上游1m处为主帷幕，排距2m，孔距2m，布置三排帷幕孔。1+845～1+900段的孔排距布置与1+605～1+810段相同。

2.2 灌浆质量标准

根据设计要求，其灌浆质量标准为：灌后岩石透水率q≤5Lu，波速应达不小于2000m/s。

3 施工工艺

3.1 施工程序

灌浆施工以固结→帷幕→检查孔的程序进行。固结灌浆按先边排后中间逐渐向里推进。每排分两序，按Ⅰ序→Ⅱ序的顺序逐渐加密。帷幕灌浆先施工下游排的先导孔，后施工上游排，最后进行主帷幕施工。每排分三序，按Ⅰ序→Ⅱ序→Ⅲ序逐孔加密。

每孔施工顺序为：造孔→冲洗→灌前压水试验（下游副帷幕Ⅰ序孔）→灌浆→钻下段→封孔。

3.2 造孔及冲洗

灌浆孔钻孔采用空气潜孔锤冲击回转钻进，开孔直径为91mm，一径到底，检查孔钻孔采用清水循环岩芯回转钻进，开孔直径76mm，使用双管单动岩芯钻具，提高岩芯采取率。

每一灌浆段钻孔结束后，均进行风水联合冲洗，冲洗压力不大于灌浆压力的80%，一般冲洗时间为10～15min，基本能将孔底和孔壁的岩粉冲洗干净。

3.3 压水试验

灌前压水试验在下游副帷幕Ⅰ序孔（先导孔）中进行，其目的：一是了解岩石灌前透水率，以与灌后相比较；二是参照透水率基本确定帷幕浆孔的段长和施工方法。

压水试验采用单点法：一个压力阶段，自上而下分段进行，段长5m，每5min读一次流量，连续4次，其最大值与最小值之差小于最终值的10%即可结束。第一段压力为0.05MPa，以下各段均为0.3MPa。

3.4 灌浆工艺

3.4.1 灌浆方法

桩号1+605以前的灌浆采用自上而下、孔口卡塞、孔内循环的方法。具体操作方法为第一段将栓塞卡在混凝土盖板中进行低压接触段灌浆，以下各段灌浆应将栓塞卡在混凝土盖板下基岩2m处，借此达到增加上部盖重和隔离混凝土盖板的目的，使其能够承受底部较大的灌浆压力。桩号1+605以后的灌浆采用自下而上分段卡塞填压式灌浆方法（主要指帷幕孔）。

3.4.2 抬动观测

灌浆施工是在坝基浇筑的1m左右厚度的混凝土盖板上进行的。灌浆过程主要以相对抬动观测为主（百分表监测），设计要求最大抬动量不超过0.2mm。根据观测情况显示，灌浆过程中混凝土盖板基本不动或个别产生微量抬动，均未出现过量抬动。

3.4.3 帷幕深度确定及段长划分

主帷幕深度主要以指挥部下达的深度为准，一般不再加深。确定的依据主要是相对不透水层埋藏深度。因此，帷幕孔最深30mm左右，最浅10m，形成一道连续的起伏变化较大的帷幕防渗体。

灌浆段长在桩号1+605以前，固结分为两段：第一段（接触段）段长2m，2m以下为第二段长为5m；桩号1+605以后，分为一段，帷幕孔根据透水率和注灰量大小考虑，如岩石比较完整，段长可适当延长至10m。

3.4.4 灌浆压力控制

灌浆压力是影响灌浆质量的重要参数。灌浆过程如进行合理的调整和掌握，对灌浆效果有较大影响。控制的原则是：在混凝土面板抬动量不大于0.2mm的情况下，结合吃浆量大小尽量提高灌浆压力，在吃浆量较小的情况下，尽快达到设计压力。各部位灌浆压力见下表。

灌浆压力表

3.4.5 灌浆材料、浆液配比及其使用

a.灌浆材料采用由普通硅酸盐42.5R水泥和膨润土及减水剂配制的稳定性浆液。

b.开始灌浆时，在桩号1+605以前采用的水灰比为3∶1（水∶水泥）的浆液开灌，以后为 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，共六个比级的稳定性浆液；桩号1+605以后灌浆水灰比定为 2∶1、1∶1、0.7∶1 三个比级，一律自 2∶1 开灌。

c.当灌浆压力保持不变、注入率无改变或改变不明显时，某一比级浆液注入量已过600L以上就改浓一级。当某一灌段变至最浓浆液（0.7∶1），灌注灰量已达1000kg/m，仍不见注浆率减少或压力上升时，采用间歇灌浆或待凝扫孔复灌处理。

d.稳定性浆液采用高速搅拌机制浆，转速为1000～1200r/min，容量为460L和300L两种，加料顺序为：先拌制好水泥浆，再加入膨润土浆，最后加入减水剂溶液。膨润土使用3h前用20～30倍的水先搅成泥浆，使其充分水化后才能使用。

3.4.6 灌浆结束标准和封孔方法

无论固结灌浆还是帷幕灌浆，每段结束标准基本满足在设计压力下注浆率不大于0.4L/min、延续30min即可结束。

全孔灌浆结束以后，采用灌浆封孔和人工封孔相结合封填密实，避免留下后患。具体做法为：灌浆封孔为最后一段灌浆结束后，将栓塞卡在孔口，采用0.7∶1的浓浆在0.5MPa的压力下灌浆，直至注浆率不大于0.4L/min。人工封孔是灌浆结束孔凝固24h以后，用风管将孔内积水和污物吹出，然后用1∶1水泥砂浆人工捣实填平。

4 灌浆效果的分析与质量检查

4.1 灌浆资料成果分析

大坝桩号1+605以前290m灌浆范围，固结灌浆进尺2459m，总注灰是9869kg，平均单注40.1kg/m；帷幕灌浆进尺6669m，总注灰量144582kg，平均单注21.7kg/m。

灌浆成果分析表显示，桩号1+605以前固结灌浆Ⅰ序、Ⅱ序和检查孔平均单注由41.3kg/m递减到29.3kg/m和8.4kg/m，帷幕灌浆Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序和检查孔平均单注为25kg/m、20.4kg/m、20.5kg/m和8.1kg/m，与此相应单注较大的区间段数逐渐减少。桩号1+605以后固结灌浆Ⅰ序、Ⅱ序分别为21.8kg/m和18.1kg/m，帷幕灌浆Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序分别为23.1kg/m、20.7kg/m和13.5kg/m，逐渐减小。

成果统计显示：根据施工程序逐排加密表现出平均单注逐渐递减，反映出较正常的灌浆规律和一定的灌浆效果。

4.2 灌后效果检查及说明

4.2.1 压水试验成果资料分析

大坝桩号 1+160～1+260、1+360～1+550两段部分灌浆孔做了灌前压水试验，成果分析反映固结灌浆Ⅰ序、Ⅱ序和检查孔透水率q≤5Lu各自所占的区间比例分别为30%、48%和91%，灌前Ⅰ序孔压水试验基本反映了岩石原始透水性，灌前基岩透水率q＞5Lu占70%，灌后递减到9%（检查孔），帷幕灌浆Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序和检查孔透水率q≤5Lu占各自区间的比例分别为 40%、52%、68%和90%，灌前帷幕Ⅰ序孔岩石透水率q＞5Lu占60%，灌后递减到10%。说明岩石的透水性降低，岩石的完整性有了一定程度的提高，灌浆效果比较明显。

4.2.2 检查孔资料分析说明

坝体桩号 1+160～1+260、1+360～1+550 两段共布置32个检查孔，其中，固结检查孔18个，帷幕检查孔14个，固结检查孔压水试验22段，透水率q≤5Lu的有20段，合格率91%，q最大值为9.19Lu，均满足设计要求的帷幕灌浆质量检查标准。

检查孔均采取岩芯，从取出的岩芯来看，水泥结石多出现在接触段和4m深的范围内，结石厚度最小的为0.2～0.3cm，宽的为1～2cm厚，从裂隙充填的情况来看，结石比较密实，灌浆效果较好。

4.2.3 声波检测成果说明

为比较全面地分析评价灌浆质量和效果，按设计要求选择6个先导孔（Ⅰ序孔）和8个检查孔分别进行灌前、灌后声波测试，使用SD—1型声波检测仪。测试结果显示：有部分0～2.5m的基岩灌前波速小于2000m/s，灌后基本不小于2100m/s，弱风化上部岩石灌后检测波速基本不小于2250m/s。灌后测试波速与先导孔测试结果相比，波速值小于2000m/s的地层，灌浆后波速提高15%左右；波速值不小于2300m/s的基岩，主要为弱风化底部基岩，灌后波速值变化不明显；完整基岩，灌后波速值基本没有变化。

就整个测试结果来看，灌浆后的纵波速度基本大于设计指标值，即vp≥2000m/s。

5 结 语

坝基灌浆处理已顺利完成，从灌前灌后岩石透水率和部分声波检测结果来看，坝基岩石的完整性和强度均有了一定程度的提高和改善；从部分检查孔检测结果来看，坝基灌后岩石的各项指标基本满足设计质量标准，在安全运行多年后没有出现质量问题。■