坝基内强透水砂岩帷幕灌浆效果分析

陈善华　周　林

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司　长沙市　410123）

坝基内强透水砂岩帷幕灌浆效果分析

陈善华周林

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410123）

针对某电站坝基地下水扬压力过高、地下矿物不断溶出等影响坝基稳定的问题，分别采用水泥灌浆及化学灌浆进行处理。施工过程中，通过及时调整灌浆工艺，达到形成帷幕、降低扬压力的目的。为类似工程处理提供了良好的施工经验。

扬压力坝基稳定水泥灌浆化学灌浆

某电站坝基采用高抗硫水泥先后经过3次帷幕灌浆补强。补强灌浆结束后1年内坝基渗流观测数据基本满足安全运行条件。随着时间的增长，帷幕补强处理的坝段内排水孔出水量较之前明显减少，且随时间增长呈持续递减之势，而坝基部分扬压力观测孔测得的扬压力却较处理前明显升高，并呈持续上升态势，甚至临近补强段坝基扬压力也出现变大的趋势。为降低扬压力，减少渗流量，特对该段坝基进行第四次帷幕补强施工。

1　工程水文地质条件

1.1工程地质

本次帷幕补强地段主要地层有第四系人工堆积（Qs）混凝土和石炭系中统靖远组（C2j）砂岩、泥质灰岩、炭质页岩等。其中，砂岩段岩体内节理裂隙非常发育，倾角75°～85°，岩层总体倾向右岸，倾角45°左右。

1.2水文地质

帷幕补强地段地下水类型主要为基岩裂隙水。主要赋存于坝址区石炭系地层中。钻探过程中，当钻孔揭露至粗颗粒砂岩层时，涌水量多在（30～70）L/ min，涌水压力最大达0.198 MPa，具明显承压性质。各涌水部位频次统计情况见表1。

粉砂质泥岩、砂岩的裂隙中发育的石膏和铁明矾，受渗透水溶蚀造成试验段地下水中SO32-含量高（1 200 mg/L～1 500 mg/L），地下水对混凝土具结晶性侵蚀性。

表1　不同涌水部位频次统计情况

2　帷幕灌浆

为有效处理坝基砂岩细微裂隙的强渗透性，同时考虑前期已使用过的处理方案，本次设计二排帷幕灌浆，上游排采用水泥浆或稳定浆液，下游排采用丙烯酸盐化学浆材；上游排孔距（1～2）m，下游排孔距为1.5 m；先施工上游排，后施工下游排，单排灌浆孔分三序施工。

2.1水泥灌浆

（1）灌浆方法及浆液配比。采用“孔口封闭、自上而下分段、孔内循环”的灌浆方法进行灌浆。改性水泥稳定浆液配比见表2。

表2　不同配合比改性水泥浆的物理性能试验

（2）灌浆分段及灌浆压力。灌浆按第一、二、三、四及以下各段的不同注浆段进行分段，第一段段长2.0 m，孔口表压设计注浆压力为（0.2～0.4）MPa，第二段段长3.0 m，孔口表压设计注浆压力为0.6 MPa，第三段及以下各段段长为5.0 m，孔口表压设计注浆压力依次为1.0 MPa、1.2 MPa、1.5 MPa。

（3）结束标准。水泥浆液、改性水泥稳定浆液灌注在规定压力下，不大于1 L/min时，继续灌注30 min，灌浆结束。

2.2化学灌浆

（1）灌浆方法及浆液配比。丙烯酸盐材料主要用于下游排及上游排部分III序孔破碎砂岩强透水段。对于丙烯酸盐灌浆材料，采用“自上而下、分段阻塞”纯压式灌浆方法进行灌浆。丙烯酸盐化学浆液配比见表3。

表3　丙烯酸盐灌浆材料浆液配合比

（2）灌浆段长及灌浆压力。灌浆按第一、二、三及以下各段的不同注浆段进行分段，第一段段长2.0 m，孔口表压设计注浆压力为（0.2～0.4）MPa，第二段段长3.0 m，孔口表压设计注浆压力为0.5 MPa，第三段及以下各段段长≤4.0 m，孔口表压设计注浆压力分别为1.0 MPa、≤1.2 MPa。

（3）结束标准。化学灌浆结束标准为：在规定压力下，注入率不大于0.02 L/（min·m）时，继续灌注30 min或达到胶凝时间，灌浆结束。

（4）防渗标准。设计防渗标准为≤3 Lu，观测孔扬压力小于0.146 MPa。

3　灌浆成果分析

3.1主帷幕水泥灌浆成果分析

（1）主帷幕灌浆（稳定浆液）单位耗灰量情况。主帷幕各孔序单位耗灰量汇总情况见表4。

从表4看出，帷幕灌浆平均单耗为21.04 kg/m，说明补强地段坝基地层经前3次灌浆后，大的裂隙通道已被封堵，可灌性总体较差。分序统计的I序孔平均单耗为21.73 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为23.87 kg/ m，Ⅲ序孔平均单耗为18.52 kg/m，也表明随着灌浆孔序的加密，平均单耗随序减少规律不明显，反映了稳定浆液对坝基地层细微裂隙的可灌性十分有限。

表4　主帷幕（稳定浆液）分序单位耗灰量汇总表

（2）主帷幕灌浆（稳定浆液）单位耗灰量频率区间情况见表5。

表5　主帷幕灌浆分孔单位耗灰量频率区间汇总表

从表5看出，随着孔序的逐渐加密，Ⅰ序孔单耗〉100的频率区间占17.8%，Ⅱ序孔单耗〉100的频率区间占46.7%，远超Ⅰ序孔，稳定浆液单位耗灰量分布区间受局部岩体完整性控制；而Ⅲ序孔单耗〉100的频率区间占8.6%，单耗0～20的频率区间占53.2%，超过一半，这说明通过Ⅰ、Ⅱ序孔的灌浆后，地层内可灌性有一定的改变。

（3）不同孔序岩体透水率频率区间情况。121段，压水试验成果分析见表6。

表6　主帷幕灌浆分序压水试验成果表

从表6可见，主帷幕灌浆孔压水试验共计121段，其中透水率≤3 Lu有15段，占总数的12.4%；透水率（3～10）Lu有65段，占总数的53.7%；透水率（10～100）Lu有39段，占总数的32.2%；透水率≥100 Lu有2段，占总数的1.7%。随着孔序的逐渐加密，透水率变化不明显，说明岩体内孔隙随机发育，无规律可循。分析其原因为：前期3次坝基帷幕水泥灌浆已将多数大的裂隙封堵，大部分细微裂隙通道封堵不理想，本次主帷幕采用流动性能更好的稳定浆液进行灌注，稳定浆液在细微裂隙中的扩散半径有限，加之岩体陡倾角裂隙发育、砂岩吸水不吸浆带来的不利影响，导致岩体渗透性能并未随孔序的逐渐加密而有所变化。针对该种地质条件，需采用流动性能更好的化学浆材进行渗透灌浆。

3.2副帷幕化学灌浆成果分析

（1）副帷幕分序单位注入量情况见表7。

表7　副帷幕（化学浆液）分序单位注入量汇总表

从表7看出，帷幕灌浆平均注入量为49.1 kg/ m，说明化学浆液在该补强地段坝基地层可灌性非常好。分序统计的I序孔平均注入量为34.54 kg/m，Ⅱ序孔平均注入量为71.63 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗为43.04 kg/m，也表明随着灌浆孔序的加密，平均单耗随序减少规律不明显，反映了化学浆液注入量受坝基局部岩体完整性控制。

（2）副帷幕单位耗灰量频率区间情况见表8。

表8　副帷幕灌浆分孔单位注入量频率区间汇总表

从表8看出，随着孔序的逐渐加密，Ⅰ序孔单位注入量〉100的频率区间占9.6%，Ⅱ序孔单耗〉100的频率区间占27.1%，远超Ⅰ序孔，化学浆液单位注入量分布区间受局部岩体完整性控制；而Ⅲ序孔单位注入量〉100的频率区间占11.2%，单位注入量0～20的频率区间占52%，超过一半，这说明通过Ⅰ、Ⅱ序孔的灌浆后，地层内可灌性有一定的改变。

（3）不同孔序岩体透水率频率区间分布。副帷幕灌浆孔共23个，共计完成压水试验175段，压水试验成果分析见表9。

表9　副帷幕灌浆分序压水试验成果表

从表9可见，副帷幕灌浆孔压水试验共计175段，其中透水率≤3Lu有55段，占总数的31.4%；透水率（3～10）Lu有67段，占总数的38.3%；透水率≥10 Lu有53段，占总数的30.3%。随着孔序的逐渐加密，透水率变化较为明显，说明化学浆液在岩体内大部分细微裂隙通道中的封堵效果较为理想。3.3检查孔压水试验

副帷幕检查孔共10个，共计完成压水试验69段，设计防渗标准为≤3 Lu。副帷幕检查孔压水试验检查合格率95.7%。成果分析详细情况见表10。

表10　检查孔压水试验成果表

从表10可以看出副帷幕检查孔压水试验共计69段，压水试验透水率满足防渗标准≤3 Lu有66段，占总数的95.7%。坝后观测孔扬压力有效降至0.146 MPa以内，满足设计要求。

4　结语

本次帷幕补强灌浆成果显示坝基内细微裂隙强烈发育的透水砂岩采用常规水泥浆材灌浆效果十分有限，而通过溶液型化学浆材丙烯酸盐进一步灌浆补强，细微裂隙可得到较充分的填充，透水性能得到根本的改善，检查孔压水试验和扬压力观测成果表明：采用丙烯酸盐化学浆材坝基帷幕补强灌浆已达到设计标准，满足防渗要求。但由于化学浆材自身特殊的性质，建议加强廊道内排水孔水质及水量、坝基扬压力、坝顶测压孔渗透压力和坝基变形的监测，通过有关监测资料进一步判断帷幕体的耐久性。

陈善华（1984-），男，湖南邵阳人，大学本科，工程师，目前从事市场经营及商务管理工作，手机：13975890015。

（2015-10-08）