佛寺水库坝基岩体裂隙帷幕灌浆技术探讨

摘 要：坝基防渗处理，尤其岩石基础的防渗处理，大都采用帷幕灌浆的方法。通过佛山水库坝基帷幕灌浆实践表明，坝基地质条件不同，基础灌浆处理的方法和施工技术繁简程度也不一样。在很大程度上地质因素决定着灌浆方法。

关键词：帷幕灌浆;透水性;裂隙

佛寺水库位于辽宁省阜新蒙古族自治县境内的细河支流伊吗图河上，是一座具有防洪、供水、灌溉、养鱼等综合效益的大（二）型水库，最大库容为1.47亿m3，水库控制流域面积600km2。大坝基础帷幕灌浆是按如下程序建造的，即：选定防渗要求——分析地质条件和岩体的渗透性——帷幕结构设计——灌浆标准确定、浆材选用、工艺确定——灌浆工艺的实施——施工时的检查和分析——帷幕的运行效果监测。从整个过程可清楚看出，每一环节无不与地质因素密切相关。一般情况下，与帷幕灌浆相关的岩基地质因素主要是岩体透水性。裂隙岩体的透水性主要取决于裂隙开度大小、走向、延伸范围、连通情况，裂隙中的充填物及裂隙面的粗糙度等裂隙几何结构特征。在岩基上设置防渗帷幕最根本的目的就是要减少或截断通过岩体裂隙的渗漏水。裂隙岩层中水的渗流不同于孔隙岩层中水的均匀渗流。由于裂隙大小相差悬殊，分布又不均匀，并且有一定的方向性，所以水沿裂隙岩层渗透具有非均质性和各向异性的特征。一般情況下，大裂隙的数目少、分布较稀疏，小裂隙数目多，分布密度较大。分布较疏的大裂隙具有十分强的导水能力，它在比较稠密的细小裂隙的网络中间起着“排水主渠道”的作用，这种大小裂隙组合起来即形成复杂的网络状裂隙导水系统。防渗帷幕的主要目的是堵塞上述裂隙导水系统中的“排水主渠道”。

岩体的透水性取决于裂隙几何结构特征，这些因素与岩性和岩相密切相关。裂隙的几何结构特征常常影响浆液在裂隙间的流动性，影响帷幕灌浆的设计与施工。

一、岩性的影响

不同的岩性具有不同的裂隙孔隙特征。一般情况是：薄层、软弱岩石（加强风化安山岩、页岩、凝灰岩等）中，裂隙短而窄且密集。如佛寺水库（桩号0+539～0+600）坝段强风化安山岩与侵入脉岩糜棱岩互层地区。坚硬岩石（如安山岩、安山集块岩、闪长岩等）中的裂隙则狭长，并较稀疏。如佛寺水库（桩号0+421～0+539）坝段，裂隙间距大于0.5～20mm。硬而脆的岩石中多为密集、闭合的裂隙，岩体裂隙延伸不远即尖灭，连通性较差。显然，宽而长且连通的裂隙透水性强、浆材易于在其间渗透，可灌性好，易于达到设计灌浆标准，灌浆效果显著。

二、裂隙成因和位置的影响

裂隙形成机制不同，裂隙几何特征相异。按地质构造力学的观点，构造断裂按其形成时的受力性质可分为压性、扭性、张性、压扭性和张扭性等5类断裂。张性或张扭性断裂隙开度大、透水性最强，压性或压扭性断裂裂隙常呈闭合态、透水性最弱。岸边剪切裂隙透水性极强，但因其深延谷底而闭合，以至透水性随深度的增加而减弱。卸荷裂隙分布在河谷两岸的河床一定范围内，其透水性也很强烈。

佛寺水库左坝肩坝基岩体的挤压破碎带，RP基本上不吸浆，裂隙中水泥结石充填的很少。而以（桩号0+401～0+421）坝基张性结构面则耗灰量大、裂隙中有充填紧密的水泥结石。裂隙密度随岩石深度的增加而逐渐减少，且当深度超过40m以后，宽度超过1mm的裂隙数目骤然减少。可见，张性或张扭性构造断裂、浅部岸边剪切裂隙，卸荷裂隙等开度较大、透水性均较强，易于浆液的渗入。而压性或扭性断裂裂隙常呈闭合态、透水性最弱，浆材难以渗入。裂隙密度和开度随深度增加逐渐减少，所以深度岩层的透水性往往较弱。

三、裂隙开度及连通性的影响

在灌浆工作中，灌浆材料对灌浆帷幕的防渗标准与效果有很大影响，但这样影响最终可归结为裂隙几何因素。岩基防渗中广泛应用的水泥灌浆材料。材料的颗粒性决定了它的使用条件，一般来说，裂隙开度要大于水泥最大颗粒尺寸3倍，水泥浆材方能渗入裂隙，起到应有的防渗作用。室内模拟裂隙裂隙灌浆试验表明，当裂隙宽度小于0.15mm时，普通水泥浆体难以渗入。

通过对佛寺水库坝基帷幕灌浆工作实践总结，当裂隙宽度小于灌浆材料所能渗入的临界值时，通过该材料的灌浆往往难以有效减弱基础透水性。所以有些地层仅通过普通水泥灌浆难以达到设计的防渗标准，不得不采用化学灌浆或超细水泥灌浆，以得到特殊的防渗效果。对连通性好、开度大的裂隙易于灌注，在一定的浆材流动范围内，浆液浓度要大，甚至加细砂等粗粒材料，所选灌浆压力可小些;对于不连续、闭合状的节理，浆液则难以渗入，浆液浓度要小，所选灌浆压力要大。

四、裂隙走向与延伸范围的影响

裂隙的走向与延伸的范围也同样影响帷幕灌浆的质量和效果。灌浆孔往往难以穿过陡倾角、易尖灭的裂隙，往往连q≤5Lu的灌浆标准也难实现。佛山水库大坝基础为安山岩、安山集块岩和后期侵入的基性脉岩如闪长岩、糜棱岩互层，不仅有大量的层面裂隙，而且陡倾角裂隙也较发育，连通性一般较差。灌浆过程中，浆液难以通过层面裂隙灌入陡倾角裂隙，但有时又遇到裂隙性集中渗漏，有时当灌浆孔揭穿陡倾角灌浆量将突然增大。对于这种陡倾向裂隙的存在，当岩层厚度有限时，仅通过缩小孔距提高揭穿陡倾角的可能性不大，以此来提高灌浆标准是不经济的，效果也不会改善很大，我们可以根据岩体的深度而合理的增大灌浆压力，增加岩层的可灌性和浆液到达的距离，从而提高灌浆的效果。

五、裂隙中充填物的影响

充填情况不同透水性也不相同。对于构造断裂带，当裂隙被方解石或各种脉岩充填时透水性最弱;被风化岩屑、高岭土、黏土或粉土充填时，透水性较弱;无充填的开阔裂隙透水性最强。

无充填的开阔裂隙采取灌浆帷幕防渗措施渗透性减小效果明显，比较容易达到设计的灌浆标准。在许多坝基裂隙中存在着透水性较弱的充填物，用常规的水泥灌浆方法难以达到高标准，往往采用高压水泥灌浆或化学灌浆可以取得满意的效果。

通过佛寺水库坝基岩体裂隙帷幕灌浆工程实例，无论是灌浆的压力、孔距、材料，还是灌浆的方案、施工的质量都与岩体裂隙特征密切相关。鉴于地质因素的复杂性，故以往同类工程的灌浆经验只能作为参考，不宜直接搬用。岩体的裂隙是灌浆的直接对象，要取得良好得灌浆效果，必须首先对裂隙的性质做详尽的研究。如裂隙的宽度、方向、填充物的种类和密实度等，这些对灌浆方法、灌注材料、钻孔方法等，均有着很大的影响。只有将地质情况摸清后，才能确定正确的处理方案和施工工艺。

作者简介：张鑫慧（1989—）男，辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县人，助理工程师，现主要从事水利工程建设管理工作。