柴窝水库扩容工程坝基泉眼处理技术简述

2014-12-12陈令建

江苏水利 2014年8期

关键词：泉眼坝基黏土

陈令建

（徐州市贾汪区水利局，江苏徐州 221011）

1 工程概况

1.1 基本情况

柴窝水库扩容工程位于徐州市贾汪区城东10 km 处，本工程在原上级库大坝下游约400 m 处新建一道黏土均质坝，与现状柴窝水库形成总体水库。新建大坝长度2235 m，坝顶高程58.4 m，坝顶宽9 m，最大坝高12.4 m。

1.2 地质构造及地层岩性

徐州地区位于中国东部新华夏系第二隆起带与秦岭～昆仑纬向构造带的复合部位。区域上主要构造为徐宿弧形构造和新华夏系构造，基本上控制着本区域的构造格局。库区位于贾汪复式向斜的南东翼，根据区域地质资料，场地及外围附近有多条断裂发育，但均为非全新活动断裂，区域构造较为稳定。根据区域地质资料及勘察成果，库区下伏基岩为古生界寒武系石灰岩，地层走向北东，倾向北西，倾角5°～10°，较为平缓。

1.3 坝基岩土层的分布与性质

根据勘察成果，勘察深度范围内岩土层结构较为简单，可划分为3层，其中，层1 表土，主要为耕植土，层2 粉质黏土为第四纪晚更新世（Q3）沉积，层3 中风化石灰岩为古生代寒武纪（ε）沉积。现自上而下对各岩土层描述如下：

层1 表土：主要为耕植土，土质以黄、黄褐色黏性土为主，含有少量植物根系，软～硬塑，厚度0.40～0.70 m，平均0.51 m。

层2 粉质黏土：褐、棕褐色，硬塑-坚硬，局部可塑，干强度高，韧性高，含少量铁锰结核及砂姜，局部砂姜较多，切面无光泽，厚度分布不均匀，大坝两端较薄甚至基岩裸露，中间较厚且变化较大，厚度0.00～7.60 m，平均1.67 m。

层3 中风化石灰岩：青灰色、灰白色、褐黄色，细晶结构，中薄层状构造，岩石完整性为较破碎-较完整，风化程度为中风化，坚硬程度为较硬岩，岩体基本质量等级主要为Ⅲ～Ⅳ级。岩面处岩石较破碎，常见冲刷溶蚀痕迹，多为溶孔、溶槽，且多被可塑-硬塑状黏性土充填，连通性差。该层未揭穿。

岩溶充填物：成分主要为黏土，黄褐色，可塑-硬塑，光滑，干强度高，韧性高，含碎石及少量铁锰结核，碎石大小不一，棱角～次棱角状。该类土为石灰岩岩石裂隙、溶洞充填物，受岩石裂隙、溶洞发育程度控制，埋深及厚度无规律。

2 出现问题

2013年2月，在上级库低水位（55.0 m）时，新建黏土坝开始坝基清理，当清理至桩号0+500-0+600 时，上级库泄洪河位于桩号0+600-0+700 之间，地表土含水量较大，局部有积水现象。当把含水量大的表土清除干净后，裸露出高低不平岩石，且在坝轴线上游侧出现3 处泉眼（2012年12月份曾经沿大坝轴线实施了单排孔帷幕灌浆），不停向外冒水，导致施工填筑的筑坝土料含水量大，无法达到设计压实度要求，必须对泉眼进行封堵，封堵后才能进行土坝施工。

3 处理措施

3.1 施工方案设定

（1）经过现场查勘，初步判明泉眼的成因是由于上级库水下渗通过岩石裂隙汇流到新坝坝基处，压重不够，所以从地下涌出。经过讨论，初步决定采用传统的封堵泉眼方法对其中一个泉眼进行试验封堵，见图1，即将一根橡胶软管插入泉眼，水流通过软管继续流出，软管周围用快干水泥封堵，待水泥凝固后，用软木塞塞住软管。因为本工地的泉眼是由岩石裂隙发育而成，具有不规则的特点，故封堵难度比较大，将一个点封堵后，泉水又从其他地方冒出来，而且橡胶管插入泉眼的位置封堵不密实也是影响工程效果的重要因素。

图1 泉眼封堵示意图

（2）传统方法行不通，决定在桩号0+500-0+600 段大坝轴线上游侧增加6 排孔帷幕灌浆进行处理，见图2、图3。

（3）为验证方案的可行性，首先对1#泉眼进行灌浆处理（距离泉眼1.5 m 处布置4 个灌浆孔，孔深10 m），灌浆材料为P42.5 水泥浆，见图4。

图2 帷幕灌浆布置平面图

图3 坝基泉眼水泥灌浆纵剖面图

图4 泉眼处灌浆孔布置图

3.2 灌浆施工工艺及控制

（1）施工工艺。①钻孔。采用4 台XY-Ⅰ地质回转钻机施工，钻孔至设计孔深。②灌浆。灌浆方法：灌浆孔采用孔口封闭自上而下、逐段循环的灌浆，每段5 m。

（2）施工控制。灌浆材料：灌浆所用水泥为P42.5 级普通硅酸盐水泥，对水泥细度要求为通过80 μm 方孔筛筛余量不大于5%。浆液配比及变换标准：灌浆水灰比采用5 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.5 ∶1，在灌浆中严格按要求逐级变浆。某一浆比注入量达到600 L 时，注入率与初始值之比大于0.8，则加浓一级浆比，否则按原比级灌至结束。当0.5 ∶1 浆液注入量大于1000 L 后，压力及注入率变化不大时，采用间歇灌浆，间歇时间为10～20 min，直至达到结束标准。灌浆结束标准：在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min 时继续灌注15 min，或当注入率不大于1.0 L/min 时延续灌注30 min 后结束。

由于严格按照相关规范和设计文件施工且在施工中采取针对具体情况的应对措施，单孔泉眼的封堵效果比较明显，因此，按照设计文件在大坝中轴线上游侧实施了6 排孔灌浆。

3.3 施工中的特殊情况及处理措施

岩溶孔段灌浆过程中，因冒浆及灌浆段注入量大使灌浆难以结束的情况经常出现：①冒浆。冒浆主要发生在地质软弱、吸水量高的孔位，例如：在灌注第二排6#孔时，发现距离孔位4 m 左右的下游坝基处冒浆，便立即停止灌浆，并用60 cm 厚12%水泥土对冒浆处进行覆盖，20 min 后待浆液初凝，降压并提高一级浆液浓度继续灌注，直至无冒浆。②串浆。在处理第二个泉眼时发现2 个灌浆孔串浆，便及时对注浆管进行适当调整，调整后的注浆管为Φ25 镀锌管，钢管长度为9 m，钢管上部套内丝，便于用丝堵封堵钢管，然后将注浆管放入注浆孔，孔口用细粒式混凝土封孔。待灌浆孔灌浆结束后，对串浆孔再行扫孔冲洗，而后继续钻进和灌浆。如果条件具备也可采用两台灌浆泵对两孔同时进行灌浆。③灌浆量特别大。遇到灌浆量特别大的孔段可以采用间歇灌浆的方法，即：灌注一段时间，间隔10～20 min 后，重新灌浆，反复几次。如果这种间歇灌浆还不能减少吃浆量，可采取综合提高浆液浓度、在水泥浆中增加速凝剂、低压浓浆间歇灌浆等方法，只要措施得力，便可取得很好的灌浆效果。

3.4 检查孔资料分析

灌浆施工结束后，共布置了10个检查孔，检查孔孔位信息见表1。在检查孔施工过程中，根据要求采用Φ108 mm 的合金钻具钻孔，并下入Φ108 mm 套管保护孔壁，然后采用Φ89 mm 金刚石钻具开孔至设计底高程。取出钻具，下入压水试验工作管，先不加压力或采用较小的压力放水冲洗20 min，达到钻孔压水试验中对钻孔冲洗的要求时，停止清孔。检查孔压水试验成果见表2。

表1 检查孔孔位信息

表2 检查孔压水试验成果表

检查孔芯样外观质量，共抽查10个孔，西侧岩体多为青灰色，完整坚硬，裂隙较小或无裂隙，浆液难以灌入。东侧岩体呈褐红色，裂隙相对发育，开度大、连续性好的裂隙得到了良好填充，细小裂隙难以灌入。局部黏土夹层可取到完整的水泥土芯样，表面岩溶充填部分得到了有效灌入。从检查孔q 值来看，均小于5 Lu，满足设计要求。