云南省水利水电工程有限公司 云南昆明 650000
摘要：20世纪80年代以前，水利水电大坝为中低坝，地质条件相对简单，目前随着大坝技术发展，水利水电大坝向高坝发展，水利水电大坝常见的花岗岩地质条件，灌浆施工方法较为复杂。因此，进行花岗岩地质条件下的帷幕灌浆试验研究是必要的。其目的在于了解全—弱风化花岗岩上的灌浆方法，解决基础防渗问题的合理性，通过对灌浆的分析和评价，调整和改进灌浆设计和施工工艺、灌浆施工参数，进而论证帷幕灌浆在技术上的可行性、效果上的可靠性、经济上的合理性。本文以阿岗水利枢纽黏土心墙风化料坝帷幕灌为例，根据全—弱风化花岗岩的地质条件、工程地质情况进行相似工程类比，选择合理的灌浆施工工艺及技术参数等，采用灌前透水率、灌浆材料耗量、帷幕形成情况论证帷幕灌浆方案的合理性。
关键词：花岗岩地质；帷幕灌浆；试验
1 工程概况
阿岗水库位于云南省曲靖市罗平县阿岗镇下拖白村附近、九龙河上游的篆长河上。工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等，其主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、导流泄洪隧洞、输水发电隧洞、坝后电站、挖玉冲改河隧洞等。主坝为粘土心墙堆石坝，溢洪道布置于主坝左坝肩，为岸边式溢洪道，泄洪隧洞布置在左岸，采用“龙抬头”型式与导流隧洞相结合。
2 坝址区坝地质条件
阿岗水库枢纽区地形呈左岸凸、右岸凹的特点，左岸冲沟相对不发育，地形完整性较好，右岸在坝轴线上游侧地形相对完整，冲沟不发育；左岸坝基：坝基表层局部有第四系残坡积层含碎石砂壤土，富含植物根系外，均为基岩出露，流面倾向下游偏右岸，且倾角较缓，岸坡基本稳定；河床坝基：河床堆积有第四系冲洪积层砂卵砾石，堆积厚度3～8m，结构松散，强度低，存在压缩变形，河床坝基清除冲洪积层，深度3.0～8.0m。坝址出露大量上升温泉群W1～W6，温泉群出露范围与F1断层分布范围大致相当，温泉总流量约0.58m3/s，坝基开挖时，基坑涌水量大；右岸坝基：右岸表层覆盖有第四系残坡积含碎石、块石砂壤土，覆盖厚度2.0～14.0m，结构松散，强度低，存在压缩变形。
3 帷幕灌浆试验设计
3.1 灌浆区段选取及布置
根据坝基工程地质条件和渗漏情况、坝基防渗范围作如下考虑：①防渗底界深入地下水位以下，于透水率＜5Lu的弱透水层顶界以下5m。②两岸坡边界地下水位与正常蓄水位交点甚远，防渗帷幕边界按坝高一倍水头向两岸延伸。③坝基岩层走向与坝轴线近于直交，为确保延坝轴线防渗帷幕的形成，同时考虑坝高因素，死水位高程以下采用双排孔帷幕，死水位高程以上采用单排孔帷幕。按以上原则防渗帷幕边界为：左岸向山内延伸（混凝土盖板与正常蓄水位交点向山内），右岸向山内延伸（混凝土盖板与正常蓄水位交点向山内）,坝基帷幕灌浆采用接地式帷幕，防渗范围深度为正常蓄水位以下至坝基帷幕底界。灌浆孔分三序孔布置，帷幕防渗标准：灌后岩体透水率﹤5Lu。
3.2 灌浆施工方法选取
根据不同的地质条件和工程要求，常见灌浆方法有：孔口封闭灌浆法、自下而上分段灌浆法、自上而下分段灌浆法。(1)孔口封闭式灌浆法。在钻孔的孔口安装孔口管，自上而下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆的方法。①盖板段孔口封闭式。采用分段卡塞方式，先对第1、2灌浆段进行灌浆，并经灌后检查合格后，在孔内下入符合设计深度要求的套管，并向管内加压注入0.5∶1.0以上浓浆直至管外壁冒出浓浆为止，待凝72h后，形成强固套管，之后的各灌浆段均采用孔口封闭法灌浆。②非盖板段孔口封闭式。非灌段钻进完毕后，在孔内下入符合设计深度要求的套管，并向管内加压注入0.5∶1.0以上浓浆直至管外壁冒出浓浆为止，待凝72h后，形成强固套管，之后的各灌浆段均采用孔口封闭法灌浆。孔口封闭灌浆法适用于最大灌浆压力大于3MPa的帷幕灌浆工程。由于阿岗水库大坝坝基上表层0～60m均为全风化花岗岩，均为砂状结构，局部岩脉发育；上表层下部6～26m为强风化层；强风化层以下为弱微风化层；当帷幕灌浆压力大于3MPa时，全风化地层难以承受上述灌浆压力，将造成地层的劈裂破坏，故阿岗大坝灌浆不适用孔口封闭式灌浆。(2)自下而上分段灌浆法。该法将灌浆孔一次钻进到底，然后从钻孔的底部往上，逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至孔口。采用自下而上分段灌浆法时，各灌浆孔可在灌浆前全孔进行一次裂隙冲洗。由于阿岗水库大坝上表层为全风化花岗岩，均为砂状结构，局部岩脉发育，地质较差，最大孔深约70m，灌浆孔一次钻进到底容易塌孔，故阿岗大坝灌浆也不适用自下而上分段灌浆法。(3)自上而下灌浆法。根据灌浆压水试验结果进行判断，如果是耗灰量较大、无法返浆的孔段，采用自上而下分段纯压式灌浆；如果是耗灰量不大、能返浆的孔段，则采用自上而下分段循环式灌浆。由于阿岗水库大坝上表层全风化花岗岩、上表层下部为强风化层、强风化层以下为弱微风化层，采用“自上而下，分段顶卡塞，逐段灌后检查”的灌浆方式，采用不同灌浆压力，不会造成地层的劈裂破坏，每段灌浆结束后，不需待凝，即开始下一段钻孔，提高了灌浆效率，上部孔段可获得多次重复灌注，有利于保证灌浆质量，对于坍孔、裂隙发育等问题孔段，能顺利灌注，且质量可靠。因此，灌浆方法为自上而下分段式循环灌浆和纯压灌浆。
3.3 灌浆压力的选择
灌浆压力是控制灌浆质量的重要因素，根据工程地质情况进行相似工程类比和相关文献拟定，通过灌浆试验论证确定的管道压力是否不增大基岩裂隙，是否会造成地层的劈裂破坏和灌浆盖板抬动。(1)无盖板区的灌浆压力。两岸坝肩及右岸单薄山脊为无盖板区，灌浆压力通过大量工程的对比分析，对阿岗水库灌浆压力取值。表1为大宁调蓄水库、雲露湖水库、糯扎渡水电站、水布垭电站、小浪底工程、马家岩水库6个工程灌浆压力。
表1、6个工程的灌浆压力汇总
从表1可知:大宁调蓄水库、雲露湖水库、糯扎渡水电站、水布垭电站、小浪底工程、马家岩水库6个工程第1段灌浆压力范围为0.2～0.6MPa，第2段灌浆压力范围为0.4～1.5MPa，第3段灌浆压力范围为0.6～4.0MPa。阿岗水库第1段灌浆压力为0.4MPa，第2段灌浆压力为0.8，第3段灌浆压力为1.5MPa，不会增大基岩裂隙，不会造成地层的劈裂破坏，因此灌浆压力是合理的。(2)盖板区的灌浆压力。盖板段灌浆压力以不抬动灌浆盖板为原则，尽量采用较大压力。根据试验情况，盖板段采用的灌浆压力计算式:P=P0+MD,(1)式中P为允许灌浆压力值；P0为表面地段允许压力；M为灌浆段顶在岩石中每加深1m所允许的增加压力值；D为灌浆段顶板以上的岩石厚度。不坚固半岩性岩石，裂隙发育花岗岩P0=0.025～0.05MPa，M=0.05～0.15MPa/m；坚固半岩性岩石、中等裂隙的花岗岩P0=0.05～0.10MPa，M=0.15～0.20MPa/m；低透水性，坚固大块花岗岩P0=0.2～0.5MPa，M=0.3～0.5MPa/m。灌浆实验先进行取值，但是灌浆压力压力太小，灌浆效果不好。为了尽量采用较大压力，全风化层P0=0.45MPa，M=0.03MPa/m；强风化层P0=0.70MPa，M=0.03MPa/m；弱、微风化层P0=1.0MPa，M=0.03MPa/m。灌浆压力不会增大基岩裂隙，不会造成地层的劈裂破坏和灌浆盖板抬动。因此，灌浆压力是合理的。
结束语：
(1)随着排序的增加，灌浆孔透水率逐渐减小，随着孔序的加密，灌前透水率在逐渐减小，灌前灌浆孔透水率≤5Lu的所占比例较少，因此符合灌浆规律，灌浆具有一定的可灌性。(2)单位注灰量随着排序的增加逐渐减小，随着孔序的加密，各次序孔单位注灰量在逐渐减小。说明灌浆后岩石裂隙得到了较好的填充，地层逐渐被灌注密实，岩石的抗渗透性有了明显的提高，灌浆效果明显。(3)各个孔均能够找到与岩石胶结的水泥浆脉，各孔设计终孔段灌前透水率均小于5Lu，说明设计终孔高程是合理的。第1、2试验区双排孔帷幕按1.5m孔距、1.2m排距能够形成符合设计要求的阻水帷幕；第3试验区单排孔帷幕按1.5m孔距，从试验结果看，也能形成符合设计要求的阻水帷幕。
参考文献：
［1］索丽生. 刘 宁． 水工设计手册(第二版)［M］．北京:中国水利水电出版社，2014．
［2］罗 畅. 聂 永. 党建涛．变质砂岩地质条件下的帷幕灌浆试验研究［J］．水利水电技术，2017，48(8):74-80．
论文作者:毛丽,孙绍祖
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：帷幕论文; 压力论文; 坝基论文; 盖板论文; 花岗岩论文; 裂隙论文; 透水论文; 《防护工程》2019年第3期论文;