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1、地质环境与灌浆施工以大桥水库主坝左岸帷幕灌浆为例冉 隆 元摘要 本文通过凉山州大桥水库主坝左岸帷幕灌浆施工实践，阐明了地质环境对灌浆施工的方法、灌浆压力、造孔等技术的制约关系。关键词 地质环境 灌浆施工 水灰比 灌浆压力 昔格达岩组 0、帷幕灌浆作为地基防渗处理的一项主要措施，几乎在所有的水利水电工程中已被广泛应用，但如何以最小的工作量达到最佳的效果，始终是建设单位及施工单位的愿望，因此，研究地质环境对灌浆施工的关系，无疑具有对提高灌浆效率和质量，提高经济效益，保证工程安全性是有重要价值的。 1、概况大桥水库工程位于安宁河上游四川冕宁县大桥镇，是安宁河流域水资源开发总体规划的龙头水库。经过近七
2、年的施工于二OOO年六月底已全部竣工。主坝为一面板堆石坝，最大坝高97m。左岸为一单薄分水岭，设计岸幕线长173m，沿岸线采用单排布孔，孔深110120m，孔距1.5m。设计钻孔总量12335m，施工总量12229m（其中灌浆段长度8445m）。岸幕于1998年5月开始灌浆，99年5月完工。通过压水试验检查，10个单元，压水试验159段，灌后岩体透水率q=02.97Lu，均小于设计防渗标准3Lu。封孔检查2个，水泥芯强度高，饱满密实，无蜂窝现象。灌浆、封孔均符合设计要求。2、主坝左岸帷幕灌浆段的地质环境坝址区位于安宁河断裂带东支断裂（F6）、西支断裂（F3）之间，区内经历了多期构造运动及岩浆活
3、动，地质条件复杂。左岸幕LW1LW10共10个块段中，LW3LW10块段上部均覆盖有第四系全新统昔格达组（Q1x）之砂岩、泥岩。岩石呈半胶结状态，具有密度小，抗渗高、崩解快、弱膨胀等特点，表部风化呈褐黄色，下部新鲜岩石为灰深灰色。昔格达组下伏印支期中酸性混染岩 （051）。岩性复杂，以花岗岩、闪长岩为主（占60 80%），次为辉绿岩（占1122.7%），少量角砾岩，辉绿岩以脉状及捕虏体形式产出。混染岩在昔格达组地层沉积之前存在古风化壳，全风化带厚03m，强风化带厚2237.56m，弱风化带厚11.525m。地基岩体内断层和裂隙发育。据勘探资料统计有5组裂隙，裂隙一般延伸长度0.52m，个别达5
4、m，间距0.10.3m，张开度110mm，裂面多含泥膜。平均每10m有1条宽0.10.5m的小断层。LW2LW7块段，有坝区大断层f114从钻孔中、下部通过，厚度达22.8228m，其组成物质以35cm的碎块，碎粒及粉粒为主，少量角砾，局部夹较完整岩石的扁豆体。受断层和裂隙的切割，岩体完整性差，岩块一般为1030cm。在断层影响带及辉绿岩地段，形成裂隙密积带，岩块一般38cm。处于全风化带内的岩体为散体结构，岩体质量为V类；强风化及卸荷带岩体，岩体纵波速Vp为20003000m/s，岩石湿抗压强度为54.2Mpa，岩体质量为B类；弱风化岩体，Vp值一般为30004000m/s，岩石湿抗压强度7
5、4.55Mpa，岩体质量为A类。上述地质条件表明，灌浆区内地质条件均一性差。混染岩具有硬、脆、碎特点，但风化程度不同，岩体质量有差异；断层f114由混染岩经挤压形成，为散体结构，且软硬不均一；昔格达组地层具有弱膨胀特点。不同特点的岩石在钻进时会出现不同的孔内问题；对钻头及钻探工艺要求也不一样。因此，了解灌浆区的地质条件对灌浆方法的选择和灌浆施工的各个环节都有不可低估的作用。3、灌浆施工的几个主要技术问题3.1灌浆方法的选择按灌浆原理、参数、工艺、材料的种种组合，目前有多种帷幕灌浆施工方法。常见的有孔口封闭法、GIN法（强度值法）、常规灌浆法、综合灌浆法等。由于各工程的地质条件差异较大，而每种灌
6、浆方法均有自己的优、缺点及适用条件。针对大桥水库工程，地质条件复杂，左岸幕孔深多达120m。GIN法要求地质条件较均一，常规灌浆法对深孔的灌浆难于见效，综合灌浆法适用于特殊、复杂、有特殊要求的坝基防渗处理。孔口封闭法适用于灌浆压力大于3Mpa的高压灌浆，而大桥水库工程左岸幕设计灌浆压力第一段为0.5Mpa，以下每段增加0.5Mpa最大灌浆压力为2.5Mpa，孔口封闭法是否适合呢？通过常规灌浆法与孔口封闭法的对比试验，常规灌浆法难于满足要求，孔口封闭法操作简单，灌浆效果好，岩心中结石较多，压水试验岩体透水率符合设计要求，通过大桥水库工程的灌浆施工及其它工程施工证实，对于灌浆压力小于3Mpa的工程
7、、孔口封闭法也是适用的，且裂隙连通性好的岩体，不需要太大的灌浆压力；灌浆压力过大，串浆很远，特别是序孔，造成很大的浆材浪费。但孔口封闭法的缺点也较明显；易发生埋管，对设备和管路的耐压性能要求较高；孔内占浆较大，有一定的浆材浪费。3.2昔格达组地层的造孔问题由于98年7月暴雨的作用，左岸幕线上，地表1015m的昔格达组地层产生坡体蠕滑，将已浇筑好的面板全部拉裂，正在施工的灌浆孔孔口管拉斜，施工一度停止。如果将蠕滑体挖除后再进行灌浆施工，对施工工期、工程造价都将造成重大影响，也作过帷幕改线的方案，工程投资增加近百万。为此，采用避开雨季施工，重新浇面板，并作好地面排水沟，不使地表水渗入坡体内；且用架
8、管搭设平台，减少机械设备对地面的振动，保证了灌浆施工中坡体不产生新的滑动。由于受滑坡错动后的昔格达组砂、泥岩，结构松散、垮孔严重，完整的昔格达组砂、泥岩又有缩径现象。为此，采用110或130硬质金钻头开孔，用干钻钻至相对完整的岩石后，下108套管护壁，然后用91口径的钻头，用少量清水循环，钻穿Q1x地层及下面的全风化岩层，下89孔口管至昔格达底部。昔格达地层必须连续钻完，否则，缩径后要造成许多问题。3.3断层破碎带的钻灌问题由于f114断层破碎带厚度大，呈散体结构，有软的物质，又有硬的扁豆体，且多位于孔深8090m以下，能否顺利终孔，主要取决于对f114破碎带的钻灌处理。在钻进时，段长一般控制
9、在23m，采用不同硬度的金刚石钻头钻进，特别软的，可用合金钻头钻进，段长不宜加大，加大段长，垮孔严重，钻、灌、洗均困难。钻完后，必须用打砂器将岩粉处理干净，尽量避免用大水大压冲洗。灌浆开始时，压力要作适当控制，然后逐渐升高，灌浆压力过大，会将断层中的软弱带击穿，使浆液从附近钻孔返出（一般串浆为1015m，最远达30m）。3.4昔格达组与混染岩接触段的灌浆问题由于接触带往往是地下水渗漏的通道，处理不当会形成沿接触带集中渗漏，因此，是灌浆工作的一个重点。但接触带地质条件相对复杂，例如，砂卵石层与基岩的接触带，沿接触带地下水流量大；坝体与基岩的接触带，接触带上、下材料的强度、透水性等特性差异大；昔格
10、达组地层与古风化壳的接触带，上面为不透水层，下面为弱透水层，且二者岩体强度均较低。因此，接触带的灌浆工艺及灌浆参数（压力、水灰比、段长等）都应重点研究，才能收到预期效果。由于接触带多位于灌浆的第一段，当接触带以上是硬质岩石或砼时，用卡塞法比较好处理；如果是砂卵石层，昔格达组岩层或其它软弱层时，均需考虑别的方法。大桥工程昔格达组砂、泥岩、岩性软弱，夹不住，且厚度多达25m以上，如果方法选择不当，难于处理好接触带的灌浆。我们利用昔格达地层的缩径特性，用91钻头开孔，连续钻完第1段，用89套管作孔口管，将孔口管下入基岩顶部并用管夹夹住将第一段灌完后，再将套管用吊锤打入基岩中，座好孔口管。值得注意的是
11、，孔口管的连接采用丝口和焊接相结合的方法，以免孔口管连接不牢或连接处漏浆，造成事故。由于全风化带厚度多为23m，段长控制为23m较合适。设计考虑昔格达地层有一定厚度，接触带采用0.5Mpa的压力起灌，多数孔是可行的，但山顶部位，风化卸荷强烈，施工时，有击穿串浆、大量吃浆现象，遇到此种现象，需降低灌浆压力至0.2Mpa。用岩体透水率确定起灌水灰比，接触带岩体透水率q=310Lu，因此常用3：1起灌，多为1：1结束。3.5洗孔问题帷幕灌浆钻孔的冲洗是整个灌浆过程的重要一环，是能否灌好浆的关键，如果重视不够，直接影响到灌浆质量。对冲洗方法、冲洗压力和冲洗时间三方面都要认真对待。因为灌浆孔多不采取岩心
12、，大多数岩心被打成岩粉沉淀在孔内，当孔深较大时，岩粉难于冲出。“脉动冲洗”是将孔内岩粉冲出的一种较有效的办法，裂隙中的充填物在“脉动压力”的作用下也容易洗干净。冲洗压力一般为灌浆压力的80%，但在断层破碎带等散体结构岩体段，压力过大，易垮孔，越洗孔内沉淀越多，孔内形成坍腔，灌浆时，处理困难。只宜用适当的冲洗压力，可将冲洗时间延长。一般冲洗时间应达到孔口返出清水后延续10min，整个冲洗时间不少于30min。但回水中有较多砂子时，应继续冲洗干净。3.6灌浆压力许多人和资料都谈到，在设备允许的情况下，尽量使用高压力和浓浆施灌，可使灌浆时间缩短，结石强度提高。我则认为：灌浆压力首先应满足库水头对灌浆
13、压力的要求，其次，要分析地质条件和灌浆孔序。如果裂隙张开大、连通性好，灌浆压力过大，串浆距离可达30m或更远，要灌的部位灌不好，不需要灌的地方串去大量浆液，造成时间和浆液的浪费。灌浆时，浆液总是先在大的通道中流动，张开小的裂隙不易充填，为此，灌序孔时，压力应低一些，主要灌大裂隙，灌、序孔时，压力应提高一些，这样，有利于形成完整帷幕。大桥水库的灌浆施工主要按设计压力实施，少量孔段进行了改进、效果良好。3.7浆液水灰比问题浆液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级，根据灌前压水试验q值的大小确定起灌水灰比。当q10Lu时，采用2：1起灌浆液变换严格按照
14、SL6294规范进行。起灌水灰比按灌前压水试验确定是比较科学的，若灌前岩体透水率较大，灌注太多的稀浆，不但浪费时间，且稀浆结石强度也较差。若用较浓的浆液起灌，就能较快的达到需要的帷幕效果。当灌前岩体透水率较小时，用较稀的浆起灌能充填细小裂隙。结束语帷幕灌浆的施工方法较多，各工程的地质条件差异较大，对复杂岩层地区，选择好帷幕灌浆方法是保证帷幕灌浆质量的关键。系统的了解并分析灌浆区水文、工程地质条件，对不同地质条件采取相应的钻、灌、洗措施，对帷幕的形成起着重要的作用，且对工期、材料的节约都有重大影响，最终影响到经济效益。灌浆工作虽然以施工为主，但对前期地勘资料不熟悉，或虽熟悉而不加以分析，灌浆时就有一定的盲目性。如果对灌浆地段的地质条件认识比较清楚，对保证灌浆质量，提高工效及经济效益具有重要意义。
