1、硬脆碎地层及涌水地区灌浆工艺探讨摘要 ：帷幕灌浆在大坝基础处理中发挥着巨大的作用，灌浆的施工工艺和技术参数则因工程的地质条件不同呈现较大差别。本文结合通化桃园水库，论述了在坚硬的石英岩层节理极其发育时，通过对灌浆工艺的优化，采用稳定浆液灌浆，固灌结合和排灌结合的方法，显著提高灌浆效率和灌浆效果，可供在同类地质条件下灌浆时参考。 关键词 ：破碎；涌水；裂隙；排水孔；灌浆 中图分类号： S276 文献标识码： A 本文在常规灌浆基础上，在工程上采用了特殊的施工方法和措施进行了处理，形成了防渗帷幕，达到设计要求。 1 工程概况 桃园水利枢纽位于浑江的支流哈泥河下游，由混凝土重力坝、电站、取水拦河坝和
2、输水隧洞等主要建筑物组成，是以城区供水、发电、防洪、养鱼等进行综合利用的水电工程， 。 1.1 水文地质 坝区地下水类型：第四纪孔隙潜水、基岩裂隙水、裂隙承压水（局部） 。石英岩经过多次构造变动，节理裂隙非常发育，岩层透水性单孔（91mm）涌水量 1618t/h，涌水压力为 0.130.18MPa，河床段钻孔深达 50m 时的吕荣值大于 3Lu。 1.2 工程地质 坝址区断裂构造发育在坝区见有 18 条断层。依据现场施工开挖，发现有多条断层在 3、4、5、6 坝段与坝轴线相交。由此导致石英岩岩层透水性很大，平均透水率为 18.9Lu，最大可达 130Lu。 破碎带走向多为 NE1442，倾向
3、SE，倾角 5575，宽度34m，影响带宽 3545m，断层带内角砾岩的胶结物为硅铁质，个别构造复合位置胶结极差，岩层受层间挤压、错动，普遍存在挠曲现象，局部发生泥化现象。 1.3 坝区基岩岩性 坝区基岩主要是石英岩，细粒结构，呈层状构造，节理裂隙发育。基岩在近地表段受到不同程度的风化，强风化带厚度为 35m，弱风带厚度为 912m。 3 帷幕灌浆设计和施工方案 3.1 特殊坝段帷幕灌浆设计 特殊坝段的情况如下：13 靠近左坝肩，孔壁稳定性相对较差，涌水量 11.5t/h，涌水压力情况相对较小， ；坝段 46 坝段孔壁稳定性最差，涌水量大 1618t/h 涌水压力为 0.130.18MPa，孔
4、口随着涌水返出棱角状岩石角砾，粒径在 35mm，提出钻具后，钻孔坍塌；7-8 坝段岩石相对稳定、坚硬，但是涌水压力和涌水量达到最大。 结合灌浆试验的情况，单排帷幕灌浆孔达不到设计的要求，故在 18坝段将设计的单排帷幕灌浆孔，修改为双排帷幕灌浆孔。灌浆孔排距为1.0m，孔距为 2.0m；上游排灌浆孔为倾角为 85的斜孔，下游排灌浆孔为垂直孔。 3.2 施工工艺方法 灌浆方法为：孔口封闭，自上而下孔内循环分段灌浆方法。 帷幕灌浆施工流程为：测量放孔位埋设孔口管钻孔钻孔冲洗压水试验灌浆钻灌下段（循环）灌浆封孔迁至下一孔。 4 特殊地段石英岩地层的帷幕工程施工 桃园水库坝址处位于低山区，基岩主要为青白
5、口系钓鱼台组石英岩，经过多次构造变动，岩石具有“硬、脆、碎”的特点，且节理裂隙发育异常，局部承压水位高，极大地增加了施工难度。 4.1 完整地层的钻进 坚硬、致密的石英岩石，弱研磨性，可钻性为 9-10 级。采用一般的金刚石钻头钻进经常出现打滑现象，此问题通以下四个方面解决： （1）在金刚石品级方面，采用选用 SMD30 优质的人造金刚石颗粒来制造钻头； （2）在金刚石的粒度方面，采用 60/80 目，易于切入岩石，提高了效率； （3）在金刚石的浓度方面，采用的金刚石浓度为 75，减少了打滑的几率； （4）在金刚石钻头胎体的硬度方面，采用 HRC2228； （5）在钻头的底唇面形状方面，主要采
6、用了锯齿形和单阶梯形。钻头改进设计为小孔径全断面钻进钻头，采用了56 底喷式全断面钻进钻头并结合56 球齿状三牙轮钻头并用，可以不提钻灌浆，效果很好。 4.2 坚硬破碎涌水地层的灌浆 （1）根据各坝段的涌水情况，在施工前先钻 13 个排水孔，用以降低涌水量和涌水压力利于灌浆。若排水孔出现串浆可等返出浓浆液后封堵。 （2）灌浆工艺方面：提高灌浆压力，缩短灌浆设计段长为 0.8-2 米/段，并延长屏浆时间，灌注稳定的浆液0.75:1。 （3）施工工序上采取的措施：限量灌注（800-1000Kg/m） 、 “灌浆待凝扫孔灌浆”循环施工作业，达到帷幕灌浆要求后再进行下一段施工，特殊灌浆段多达 78 次
7、，以达到设计质量要求。 4.3 涌水段灌浆施工 在河床 78 坝段施工中，对于灌浆孔孔口有涌水的灌浆孔应采取综合处理措施，采取具体方法是：预先钻出 2 个排水孔以降低涌水压力和涌水量；稳定灌浆灌注、提高灌浆压力、延长屏浆时间（30-60 分钟） 、采取闭浆待凝、若排水孔与灌浆孔串浆，可先封堵待灌浆结束后按灌浆孔处理。 5 帷幕灌浆质量检查 5.1 压水试验效果验证 帷幕灌浆质量检查以对检查孔进行压水试验为主。检查孔的总数布置为灌浆孔数的 10%。一个坝段或一个单元工程内，至少布置一个检查孔。检查孔在坝段灌浆结束 14d 后进行。本工程共布置检查孔 12 个，完成压水试验 44 段。检查结果：压
8、水试验均小于 3Lu 值，合格率 100%。具体检查结果见下表 表 11-4 单元坝基帷幕灌浆检查孔压水试验成果表 单元 检查孔 总 段 数 透水率区间段数 备注 孔数 进尺 1Lu 12Lu 23Lu 个 m 段数 % 段数 % 段数 % 1 2 35.90 6 2 33 2 33 2 34 1、防渗标准为；透水率小于 3Lu。 2、经压水试验检查各段透水率合格率为 100%。 2 2 38.70 7 4 57 3 43 3 4 106.00 22 22 100 4 4 106.70 22 5 23 17 77 5.2 实际运行效果验证 枢纽经过高、低水位运行后，坝基扬压力观测情况如下表 表
9、 2 坝基扬压力的观测情况表 库水位 实测扬压力最大值（MPa） 库水位 高程 (m) 排水孔 阀情况 观测日期 3 坝段 7 坝段 8 坝段 蓄水前后 0.065 0.027 0.019 全部打开 2001.07.11 高水位 0.060 0.023 0.016 441.25 全部打开 2002.08.07 低水位 0.110 0.084 434.92 全部关闭 2001.11.13 经过一年以上的运行和观测，扬压力值低于设计指标，满足设计和规范要求。通过灌浆以及排水孔形成后，坝基岩体的整体性增强了，显著提高减压效果，渗径延长了，承压水头削减了，坝体稳定性显著提高了。 6 结论与建议 地质条
10、件决定了基岩帷幕灌浆的难度。断层、破碎、裂隙发育、裂隙无胶结、涌水量大且水头压力高，如此复杂的地质条件集中在一个工程项目，是比较少见的，无论是钻孔还是灌浆，都增加了其施工工艺的复杂性和难度系数，结合通化桃园水库，对类似地质条件工程的帷幕灌浆总结出如下建议： （1）在硬、脆、碎地层灌浆，依据具体情况可以适当调整灌浆段段长，增大灌浆的压力，延长屏浆的时间，结合纯压封孔、待凝、复灌等技术手段，进行有效施工。 （2）涌水地段最好采用两排或三排灌浆孔，形成完整连续的防渗帷幕；采用孔口封闭灌浆法并结合纯压灌浆来延长屏浆的时间，让水泥尽快达到初凝，以便达到良好的封堵效果。 （3）涌水量大、承压水头高坝段预先钻 23 个排水孔，使扬压力降低，提高灌浆效果。 （4）建议在裂隙发育地区，灌浆考虑采用稳定浆液（水灰比为0.75-0.8:1 的浆液） ，以达到最优的效果。 参考文献： 1、张景秀.坝基防渗与灌浆技术M ，北京：水利水电出版社，1992
