基于排土场坝体防渗注浆工艺研究

2022-05-05朱道军

资源信息与工程 2022年2期

朱道军

(安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽铜陵 244000)

坝体的安全性能是提高坝体服务年限和质量的基础，同时也是减少溃坝潜在风险的主要途径[1]。因此，加强坝体防渗功能至关重要。本文以某排土场污水库的坝体防渗施工目的为研究对象，分析其注浆工艺，在解决实际问题的同时，为该防渗注浆工艺的推广使用提供参考依据。

1 工程基本概况

排土场污水库的坝体由左右坝与坝基共同组成，坝体由钢筋混凝土+土工膜防渗碾压堆石组成坝型，坝基主要由石英砂岩、碎石夹黏土等组成。研究区左右坝为山坡地形，岩石呈层状展布，岩层走向与坝轴方向一致，倾向北西，倾角40°。坝体的北岸主要由中厚层—薄层的砂质页岩、粉砂岩等组成，岩石极为破碎，风化深度均大于南岸的岩石；坝体南岸由中厚层状石英砂岩组成，该类岩石坚硬，但层面裂隙较发育，导致岩石较为破碎。

研究区位于常年性大冲沟内，属于三面环山的山间凹地地貌，周边地形地貌起伏变化较大，最高点高程150 m，最低污水库底标高44.74 m。坝顶长67 m，坝底长18.8 m，坝顶标高52.9 m，库底标高47.7 m。施工的注浆孔布置在排土场左右坝底部1 m处，平行左右坝布置，近南—北方向展布，采用单排孔等距离线性布置形式。帷幕长42 m，幕体厚度4 m，设计注浆孔孔距2 m，注浆钻孔15个，总进尺约160.60 m，预计注浆量为123 m3(图1)。

图1 坝体及注浆孔位布置示意图

2 施工顺序及技术参数

2.1 工程施工顺序

工程施工顺序为先施工Ⅰ序孔再施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔从幕址两端向中间施工。单孔施工流程：施工准备→测量定位→钻探成孔→安装注浆管→注浆→终止注浆(图2)。

图2 钻探注浆工艺流程图

2.2 注浆施工技术

(1)注浆方法。根据施工现场地质特征及岩性组合等，本次注浆方式采用“自上而下—分段—孔口封闭注浆法”，使得钻孔注浆过程中能够实现反复注浆渗透充填。同时，为提高注浆质量，注浆时采用自动监测设备，及时记录相关参数[2]。本次注浆过程中应注意以下几点：①注浆压入方式采用“自溜+水泵压入”的组合方式，自溜过程中泵压升高后更换浓度更高的混合浆采用水泵压入，直至单孔达到注浆结束要求为止；②为提高注浆质量，可采用孔口封闭孔内循环加压注浆的方式，可使得注浆段能够反复的充填、堵塞，进而提高注浆段的岩石密实度。

(2)注浆分段。根据工程要求，注浆段长为5 m，特殊情况下可适当缩短或加长，当遇到断层、软弱破碎带、塌孔、集中漏水等不良地质注浆段时，缩短段长[3]。当钻孔穿过破碎岩体漏水严重时，先行注浆，待初凝后再进行钻注；当遇到需加长注浆段时，需要结合场地实际情况变更材料。

(3)注浆材料和配比。注浆材料为水泥浆(添加水玻璃)，浆液浓度由稀至浓，水玻璃占干料质量分数2%～10%，施工时视实际情况进行调整。

(4)压水试验。本次采用单点法压水的方式进行压水试验，然后计算研究区的地下水的流量等参数，压水试验的结果是确定坝体防渗注浆浓度和浆液类型的主要依据。本次试验采用的注浆泵型号为BW-250，初始的压水试验压力为1 MPa。为提高压水试验结果的准确性，在每段注浆前均进行压水试验，压水试验方法均采用单点法。在进行压水试验之前需要记录孔内的水位，在试验过程中，每5 min读取一次压入流量，当泵压连续4次读取值中最大值与最小值的差值小于10%时，说明本次注浆达到预期效果，可结束压水试验；或者泵压连续4次读取值中最大值与最小值的差值小于1 L/min时，可结束压水试验，且将该数值作为最终值参与后续计算[4]。

(5)注浆压力。注浆终压大于静水压力2倍，设计注浆压力为0.2～0.5 MPa，根据现场实际情况确定。注浆压力是浆液扩散的主要动力来源，同时也是分析浆液在岩石裂隙中扩散挤密是否正常的主要参考指标[5]。此外，为充分分析压力变化特征，一般将其分为初始压力、过程压力和终值压力，结合地下水压力，综合考虑浆液强度等，研究区不同区域注浆段采用不同的注浆终压[6]。同时，在基岩区域注浆时，其注浆终压一般采用大坝基础灌浆的经验值，其压力值应为水头压力的1.5～2.0倍[7]。本次注浆压力设计见表1。

表1 不同注浆段设计注浆终压

浆液的浓度不同则比重不同，因此，上表中孔口表压数值仅是参考数，实际操作中有一定变化范围。根据钻孔孔深，封孔注浆孔口表压力不小于上表对应孔深孔口表压。

(6)注浆结束指标。注浆过程正常进行时，依据以下三点结束注浆：

①单次注浆结束标准：在注浆过程中当压力持续均匀上升至最终的设计压力，同时孔内注浆吸收量小于10 L/min时，在稳压20～30 min后可以结束注浆。单次未达到上述标准的区段注浆(如间歇注浆、设备故障引起的中断注浆)扫孔后可以不压水直接注浆，直到单次注浆达到上述标准。

②注浆段结束标准：在注浆压力指标达到注浆结束要求后，首先冲洗注浆孔。完成上述处理后进一步开展压水试验，若在压水试验过程中泵压呈持续的上升状态，且最终达到设计终压时，在稳压20～30 min后，经计算单孔吸水率小于5Lu时即可终止注浆[8]。

③注浆孔(整孔注浆)结束标准：各段达到结束标准，在灌注后扫孔，全孔压水试验达到结束标准时，单位吸水率小于7Lu时，即可认为达到终孔结束标准；对于地面冒浆孔，间歇次数不得超过2次，每次间歇时间≥6 h；若在第3次注浆又发生冒浆时，结束注浆。

综上所述，根据注浆结束标准判断注浆是否可靠时，一般采用设计的理论压力、钻孔的吸浆(水)率和稳定时间等多个指标进行综合判断。因此，只有加强设计的合理性，才能有效地使各个注浆段和注浆孔均达到注浆结束标准，获得有效的注浆堵水效果。

(7)封孔。注浆孔结束后，采用压力注浆封孔，并将孔口抹平。灌浆段封孔采用不分段一次性压力灌浆封孔。

2.3 钻孔注浆成果分析

本次坝体注浆的钻孔总进尺为116.51 m，注浆量为79.617 m3，单位注浆量为0.683 m3/m。随着钻孔的延伸，注浆量呈明显减小的趋势，表明布孔孔距合理，浆液在地下有效扩散，前后施工钻孔注浆体搭接良好，注浆效果明显[9]。从钻孔的取芯情况(图3)来看，在孔内不同深度的破碎地带、裂隙处取上大量水泥浆和碎石块固结体岩芯，可在多处裂隙面上看出有水泥浆侵入。根据提取的固结体岩芯特征可得出，本次注浆对深部破碎带、裂隙等进行了有效的充填，其浆液的扩散范围满足了设计要求，在坝体形成了一道帷幕，对坝体渗漏起到了很好的隔离作用。