高海拔地区岩层性状变化下的帷幕灌浆施工重点浅析

王海艳，王树生，娄旭峰

(中国水电基础局有限公司西藏分公司，拉萨，850000)

1 工程地质

1.1 旁多水利枢纽

基岩为闪长玢岩、熔结凝灰岩，熔结凝灰岩出露于山体坡脚，闪长玢岩与熔结凝灰岩呈熔融接触，中等风化带厚度约为30m～120m。地下水埋藏3m～80m。右岸坝头有f4断层，断层宽约5cm～25cm，破碎带由碎裂岩和黄褐色断层泥组成，该断层为顺坡向逆断层。

1.2 结巴水库

坝址区基岩山体部位，地形坡度35°～45°，地形完整，冲沟不发育，地层岩性为喜山期花岗岩，呈强～弱风化状态。

1.3 拉洛水利枢纽

坝址地处夏布曲峡谷进口河段，河谷形态呈不对称的“U”型横向谷。河床、漫滩砂砾石层厚3.5m～13.5m，右岸Ⅰ级阶地砾卵石层厚1.2m～15.2m。基岩为T3n板岩，单斜构造，板理倾向北东，倾角50°～70°。未见较大规模的断层破碎带发育。强风化层厚0～6.3m，弱风化厚0～38.6m，两岸边坡为横向坡。

坝址基岩中存在承压水，承压水赋存于板岩板理、裂隙或层间挤压带中，为脉状裂隙性承压水，连通性较差，与夏布曲河水基本无直接水力联系，补给来源较稳定，推测来自两岸高山融雪水。

1.4 卓于水库

地处雅鲁藏布江右岸普布扎维山脉。受近东西向北喜马拉雅拗褶带控制，普布扎维山脉呈近东西向延伸，山势往北向雅鲁藏布江河谷坡缓。流域内地形以高山为主，地貌上表现为深切割高山宽谷特征，属构造剥蚀高山地形。两岸山体雄厚，大部基岩裸露，岩性为长石石英砂岩夹粉砂质板岩，呈强风化。

1.5 雅砻水库

坝址区两岸及河床下部砂质板岩强风化带：饱和抗压强度20MPa～30MPa，节理裂隙较为发育，裂隙连通性较好，渗透性较强，据钻孔压水试验资料，强风化砂质板岩透水率q=12lu～86lu，属中等透水层。弱风化：饱和抗压强度40MPa～45MPa，裂隙较不发育，裂隙连通性较差，渗透性较弱，据钻孔试验，弱风化砂质板岩透水率q=3lu～7.6lu，属弱透水层。

上述地质条件中，除结巴水库为花岗岩渗透性较弱外，其他岩层透水性均较强，尤其雅砻水库、卓于水库的部分岩层达到一定灌浆压力有岩体劈裂情况发生，造成孔段吸浆量大幅提升。

2 先导孔施工

帷幕灌浆孔施工前先施工先导孔，先导孔具有一定的补充勘探作用，根据先导孔的施工情况，验证设计地勘成果、了解底层岩性分层、确定帷幕底线，从而对比设计参数与施工方案是否合理。

先导孔的布置选取每个单元下游排最深的I序孔作为先导孔进行先行施工。先导孔压水试验采取单点法分段卡塞进行，压力为对应段次灌浆压力的80%，且不超过1MPa，压力表选用量程较小的压力表。

先导孔施工完成后，根据先导孔的施工数据画出岩芯柱状图，并对灌浆地层、岩性进行分析，分析岩性分层对注浆量的影响和帷幕底线的岩性以及受压力影响的大小，对比施工方案是否合理、可行。

3 灌浆压力控制

灌浆压力及其运行是水泥灌浆施工中最重要、最复杂、影响因素最多、对灌浆质量影响最大，同时也是显著影响工程造价和工程进度的设计参数和工艺参数。

3.1 压力要达到设计要求

灌浆压力在施工过程中受影响的因素较多，如：浆柱自重产生的压力、地下水对灌浆的压力、浆管和孔壁的摩擦力造成的压力损失等。在灌浆施工作业中，特别是现今多采用的高压灌浆施工中，由于灌浆压力很大(大于3MPa)，浆柱压力、地下水压力、管路损失都相对较小，因此，除有特别精确要求外，施工中常常就采用压力表作为灌浆压力。

不得为了加快施工进度而刻意降低灌浆压力，例如：设计灌浆压力要求3.0MPa，施工中为了减少成本，节约时间而私自将灌浆压力降低至2.0MPa，甚至1.5MPa，可能会导致灌浆质量达不到设计要求，或后期帷幕效果衰减较快，不可取。

条件允许的情况下，应尽快达到设计压力，以便于水泥浆液的扩散半径满足设计的帷幕效果。

3.2 压力滤水

压力滤水也简称压滤，其产生的条件有两个：一是压力，二是滤水。两者刚好是形成灌浆的主要条件，即灌浆压力和岩层的透水性。

压滤在灌浆过程中的主要作用是用压力让水泥浆液中的水分通过岩层裂隙渗走，从而增加水泥结石的强度，也缩短水泥浆液凝结时间。从上述情况来看，灌浆过程中的闭浆时间(注入量小于1L/min，保持该段次最大压力的情况下持续30min)属于压滤阶段，既保证了浆液中的水分通过裂隙渗走，又通过压力将结石压实。雅砻水库、旁多水利枢纽等工程在施工过程中都按照规范和设计要求坚持闭浆时间，检查结果不仅水泥结石较多，防渗效果也很出色。

3.3 灌浆压力过大的副作用

帷幕灌浆在面临高压灌浆的时代，副作用也很多，如：岩体劈裂、浆液过度扩散造成浪费、抬动等。

雅砻水库的帷幕灌浆就曾遇到过岩体劈裂的情况，设计压力要求3.0MPa，但是在灌浆压力达到2.0MPa时会出现注入量突增、压力下降的情况，当时是将浆液浓度调整为0.5∶1，灌浆压力降低，持续灌注，单耗达到1t后待凝、复灌，循环多次后注入量减少、压力回升，才慢慢结束。

所以，根据帷幕灌浆生产性试验，确定适宜当地底层的灌浆压力也至关重要，可避免岩体劈裂、抬动、浪费浆液、浪费时间等情况发生。

4 水泥灌浆浆液

4.1 灌浆的种类

水泥灌浆浆液的主要材料是水泥和水，根据工程地质条件和施工需要可适当添加膨润土、粉煤灰、砂等掺合料。

水泥灌浆一般使用纯水泥浆液，常用的水泥灌浆浆液有普通水泥浆液、细水泥浆液、膏状浆液等。

4.2 浆液的水灰比

浆液中水与水泥含量的比值称为浆液水灰比，通常采用质量比。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL 62-2014)规定水灰比分为六个等级，即5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1。

工程地质情况变化多样，裂隙的大小也不同，施工中是通过灌前压水的透水率来确定开灌的水灰比，透水率较小，则使用稀浆开灌。如结巴水库岩性为花岗岩，多数裂隙较小，很多部位稀浆就可以结束灌浆，如果采用浓浆开灌，则有可能扩散半径达不到设计要求就达到结束标准了，结果就是：虽然该灌浆达到了结束标准，但是并未形成帷幕，灌浆效果大打折扣。

反之，灌前压水透水率较大的情况，如雅砻水库右岸坝肩槽帷幕灌浆中遇到的塌孔、掉钻，其本身裂隙较宽，采用稀浆开灌不仅会造成大量浪费，还毫无效果。这种情况下灌浆浆液可以适当加入膨润土、粉煤灰、砂等掺和料，填充空腔。

灌浆过程中，灌前压水要分段卡塞进行并保持数据准确，才能根据透水率确定开灌水灰比，从而进一步保证灌浆质量。

5 灌浆方法

在灌浆工程中，自上而下和自下而上灌浆法是最常用的灌浆方法，实际操作过程中上述两种方法各有其优缺点，及其适用的地质条件。

5.1 自上而下灌浆法

自上而下灌浆法是自上而下分段钻孔，分段下设灌浆塞进行灌浆的方法。通常采用的是空口封闭、孔内循环、自上而下灌浆的方法。

(1)优点：孔内上部灌浆部位在每次灌浆时都在重复灌注，在灌注本段的同时对上部进行“查漏补缺”，质量较有保证。

(2)缺点：重复做功、浆液损耗多、进度缓慢。

该灌浆法适用于裂隙发育完全、陡倾角裂隙发育的地层。

5.2 自下而上灌浆法

自下而上灌浆法是一次性将灌浆孔钻进至设计孔深，然后逐段安装灌浆塞从下往上灌浆的方法。这种灌浆方法属于纯压式灌浆。

(1)优点：钻孔、灌浆工序分开，流程简化、提高功效，减少浆液浪费。

(2)缺点：裂隙较发育或陡倾角的地层易发生绕塞返浆现象，造成灌浆塞筑死。

该方法适用于裂隙较小的稳定地层。

以上两种灌浆方法有其各自的适用地层，灌浆施工前可根据先导孔的施工情况选用合理的灌浆方法。如根据地质条件，结巴水库施工时采用的是自下而上灌浆法；而雅砻水库、卓于水库由于地质原因采用的是自上而下灌浆法。

6 灌浆检查

灌浆检查随着科技的进步也实现了多样化，如检查孔压水试验、钻孔取芯、物探检测、声波检测等。灌浆检查作为灌浆工程的最后一个环节，不能马虎大意、放松监管。

帷幕灌浆检查孔施工及检测成果是评价帷幕灌浆质量的主要依据，正确地进行检查孔施工和试验工作具有十分重要的意义。灌浆检查孔应布置在施工薄弱部位或灌浆工程质量容易发生问题的部位，目的在于能及时发现施工中的不足，对不足的部位进行补充灌浆。

检查的数据应准确、真实，并监管到位，适当的时候可以采用第三方介入检查。雅砻水库在帷幕灌浆结束后，项目为了检查的真实性，自己引进第三方进行检查，发现问题可以及时处理。

7 结语

(1)先导孔具有一定的补充勘探作用，具有验证设计地勘成果、了解底层岩性分层、确定帷幕底线、对比设计参数与施工方案是否合理的作用。

(2)灌浆压力是水泥灌浆中最重要的参数，严格控制灌浆压力是灌浆成功与否的重要基础。

(3)根据灌前压水的透水率确定开灌水灰比，并按照规范要求合理变换浆液浓度是必要的。

(4)根据先导孔施工情况选定合理的灌浆方法，可以节约大量时间，提高功效。

(5)灌浆检查是一个查漏补缺的重要环节。