复合膏浆材料在溶洞灌浆中的应用研究

肖尹亮 胡焕校

摘要：岩溶地区水库建设与坝堤加固面临的一个亟需解决的问题是岩溶渗漏问题，岩溶区帷幕注浆是解决该问题的一个有效方法。岩溶区帷幕灌浆使用较多的为纯水泥浆液、水泥粘土浆液和水泥砂浆液等材料。本岩溶帷幕灌浆工程以受灌区实际的工程条件、水文条件和地质条件为依据，采用了复合膏浆对渗漏段进行灌浆防渗处理，现场检测结果显示灌后防渗效果良好，对复合膏浆材料在岩溶地质条件下的防渗处理类似工程具有一定借鉴指导意义。

关键词：岩溶渗漏  复合膏浆  岩溶灌浆  防渗处理  岩土工程

Research on Application of Composite Paste Material in Grouting of Karst Cave

XIAO Yinliang  HU Huanxiao

（School of Geosciences and Info-Physics， Central South University， Changsha， Hunan Province ，410083 China）

Abstract： Karst leakage is an urgent problem to be solved in reservoir construction and dam reinforcement in karst area. Curtain grouting in karst area is an effective method to solve this problem..Curtain grouting in karst areas uses pure cement slurry， cement clay slurry， cement mortar and other materials. The karst curtain grouting project is based on the actual engineering conditions， hydrological conditions and geological conditions of the irrigated area. The compound paste grout is used for grouting anti-seepage treatment on the seepage section. The similar engineering of anti-seepage treatment of grout materials under karst geological conditions has certain reference and guiding significance.

Key Words： Karst leakage;Composite paste material; Karst grouting;Anti-seepage treatment; Geotechnical engineering

1 工程概況

1.1 工程概况

湖南省郴州市某水库坝址区存在较明显的渗漏情况，渗漏对大坝的安全具有潜在的风险，且造成大量水资源的流失。渗漏段岩性单一，主要是由中厚～外层状石灰岩组成，岩石结构均一，大理岩化明显。根据前期钻探、施工地质及物探资料，地表溶沟溶槽极为发育：浅部（15～20m）溶蚀带以溶洞、溶孔、溶隙为特征，坝基岩溶主要受断层控制，其次为层面控制，沿节理呈局部溶蚀状态。大坝防渗加固常采用帷幕注浆，并取得了较好的处理效果[1-2]。

1.2 灌浆对象

依据工程概况，本次除险加固处理对象主要为水库8#坝段向右岸山体延伸120m范围内坝基及坝肩渗漏部位，对处理范围内不满足设计防渗要求的岩体进行帷幕灌浆。

2 灌浆布置方案

2.1 孔位布置方案

本次除险加固设计防渗帷幕底线右坝基段以基岩面下延25m为界，具体帷幕防渗深度以压水试验透水率小于5Lu（相对不透水层）为界，其中补充勘察孔深度为压水试验透水率q≤5Lu再向下钻一段。右坝肩灌浆处理上限为基岩面顶，下限为相对不透水层。

防渗帷幕沿8#、9#坝段向右岸山体设置，以截断右岸坝基及坝肩渗漏通道。帷幕总体设计为单排，如图1所示，孔间距为2.0m。由于8#、9#坝段位于断层和右坝肩溶洞与涌水点串通部位，因此8#、9#坝段采用双排孔加密布置，排距1.0m，孔距2.0m，布置方式采用梅花型布置[3-5]。

2.2 复合膏浆材料

由于传统的水泥净浆在溶洞中的填充效果较差，现场对于溶洞溶槽的处理多采用复合膏浆材料。复合膏浆材料是一种经过改性的水泥粘土浆液，其局部稳定性好、结实率高、就地取材、高抗渗性能的特点，在实际灌浆工程中，可以调整水固比与外加剂添加量等方式配置形成实际所需的的灌浆材料以满足不同的工程抗渗或者是强度上的需要，如表1所示。

膏状充填早在20世纪80年代初就在德国矿山得到应用，后在南非、奥地利、美国、加拿大等国得到应用。在国内出于浆液泵送困难、成本偏高等原因，膏浆材料使用普及率不高;在防渗工程中防渗材料一般采用速凝膏浆，速凝膏浆低水灰比浆液是由大量粘土、膨润土、粉煤灰和少量外加剂组成。

2.3 灌浆方法及灌浆参数确定

复合膏浆灌浆采用自下而上的灌浆方法，由于复合膏浆灌浆用量大、流动慢的特点，设计各灌浆段长为0.5m，控制膏浆灌浆孔段提升的参数见表2。

可控灌浆水固比宜采用0.7～0.8：1，浆液流动度宜控制在70～110mm之间，浆液流动度一般由大到小进行变换，浆液初始流动度可采用90～110mm，如灌浆压力长时间达不到设计压力，浆液流动度可变换至70～90mm。

灌浆结束标准标准如下。

（1）当灌浆压力达到最小控制压力Pmin、单位灌入量达到最大灌浆量Vmax时，可以进行下一段灌浆;

（2）当灌浆压力达到最大控制压力Pmax、单位灌入量达到最小灌浆量Vmin时，可以进行下一段灌浆;

（3）如果灌浆压力始终无法达到最小控制压力时，但当单位灌入量达600L/m时，亦可以进行下一灌浆段的灌浆施工。

2.4 灌浆过程监测及结果检测手段

灌浆工程属于隐蔽工程，其灌浆质量需要借助其他技术手段进行反映。为保证灌浆施工质量符合技术要求，针对现场过程采用灌浆压力及灌浆流量监测，并通过灌后压水试验对灌浆质量结果进行检测，以保证工程安全性和有效性。

2.4.1 灌浆压力及灌浆量监测

通过灌浆自动记录仪实现对现场实现灌浆过程的数据采集与处理。通过分析可以得到：在现场灌浆过程中，灌浆压力的大小主要分布在0.1-1.3MPa之间，稳定灌浆压力的值主要随高程的下降而增大，可以看出稳定灌浆压力与静水压力之间存在正相关的关系;灌浆区域中，单位灌浆量最大值为264 kg/m，灌浆量较大区域与压水试验得到的岩溶透水区域基本一致;在原始透水率小于5Lu的深部基岩中，单位灌浆量均一致小于15kg/m，证明底部岩体完整性较好，不存在渗漏通道[6]。

现场灌浆量的统计如表 3所示，现场共计灌入水泥净浆427642.4 L，水泥耗量161383.3kg，各排各序孔的单位灌浆量及单位注灰量表现为：上游排>下游排，I序孔>II序孔>III序孔。

现场共计灌入复合膏浆831472 L，其中前期探明有溶洞发育的1-I-37孔灌入复合膏浆327222 L，占到总量的39.4%。

2.4.2 灌浆质量结果检查

施工完成后，抽取岩溶发育地段以及灌浆耗量较大位置布置了11个检查孔，相邻检查孔间距保持在10m。检查孔的检查方式主要采用了钻孔取芯和压水试验。

检查孔钻孔取芯过程中未发现掉钻情况，取出的岩芯完整，呈柱-长柱状，如图3所示，部分检查孔岩芯可见水泥与基岩结石体，填充效果较好。压水检查标准为灌后透水率q≤5Lu。经11个检查孔施工情况表明，灌浆质量全部达到设计合格标准[7]。

通过11个检查孔的压水试验的检测结果，11个检查孔共计60段压水试验数据均满足设计要求，最大吕荣值为2.36Lu，且近80%的段次压水试验小于1Lu，帷幕灌浆达到了设计要求，质量合格。

3 结语

灌浆过程监测数据和灌后监测结果显示灌后岩体抗渗性均已达到防渗要求，能为今后相似岩溶区水库建设及坝堤帷幕注浆灌浆防渗工程提供参考。

参考文献

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