全風(fēng)化花崗巖地層控制性高壓脈動(dòng)灌漿應(yīng)用

劉 坪，賓 斌，林 飛，王旭斌

（1. 湖南宏禹工程集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007；2. 湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

引 言

我國(guó)花崗巖類(lèi)巖石分布廣泛，出露面積約占全國(guó)陸地面積9%[1]。全風(fēng)化花崗巖地層具有砂土的特性，但高于一般砂土的強(qiáng)度指標(biāo)，同一地區(qū)同一剖面上，上下部位因風(fēng)化程度不同，強(qiáng)度也可能相差很大。全風(fēng)化花崗巖遇水有崩解性，崩解速度很快，水中幾分鐘即可崩解70%以上，一般不具膨脹性，地層抗沖刷能力很差，當(dāng)含水量較高失水時(shí)，微收縮，不具可塑性[2]。由于風(fēng)化差異性，全風(fēng)化花崗巖地層中往往存在球狀孤石，使其又具有巖體強(qiáng)度較高的特點(diǎn)。因此，對(duì)該類(lèi)地層的防滲處理施工往往存在較大的難度。目前水庫(kù)大壩常用的防滲處理方法有：塑性混凝土連續(xù)墻、高壓噴射灌漿、靜壓灌漿等。塑性混凝土連續(xù)墻在此類(lèi)地層中遇到球狀風(fēng)化孤石時(shí)很難繼續(xù)施工，在施工槽中處理巖塊非常困難；靜壓灌漿只能對(duì)裂隙及薄弱地方進(jìn)行灌漿充填擠密，很難形成完整防滲體；高壓噴射灌漿則存在地層較密實(shí)、水力切割困難、灌漿半徑小、工程量大以及遇巖塊時(shí)無(wú)法噴開(kāi)等問(wèn)題，影響施工質(zhì)量[3]。

本文論述了在實(shí)際工程中應(yīng)用一種控制性的高壓脈動(dòng)灌漿方法，成功地對(duì)某水庫(kù)壩體的全風(fēng)化花崗巖地層進(jìn)行了防滲處理，最終檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。相關(guān)施工方法及材料、工藝可供類(lèi)似工程借鑒或參考。

1 工程概況

本文依托的工程背景為湖南省郴州市某個(gè)以防洪、灌溉為主，兼顧城鎮(zhèn)供水與發(fā)電等綜合效益的大（II）型水利樞紐工程，該水庫(kù)正常蓄水位395 m，總庫(kù)容1.33億m3，灌溉面積31.2 萬(wàn)畝，多年平均城鎮(zhèn)供水量2 227萬(wàn)m3，水電站裝機(jī)容量為18 MW，多年平均發(fā)電量4 480 萬(wàn)kW·h。該工程壩址區(qū)地表為第四系殘坡積含碎石砂土或粘土質(zhì)砂，系花崗巖風(fēng)化產(chǎn)物；下伏基巖為燕山早期（γ52(1)）淺肉紅色中、粗粒斑狀黑云母花崗巖，局部綠泥石化。地層中的礫石和砂礫成分比例較大，一般φ 值較大，c 值較小，在沒(méi)有水的影響下，天然強(qiáng)度較高；有水的影響時(shí)，強(qiáng)度衰減程度較大[4]。為保證水庫(kù)蓄水后整個(gè)壩體的穩(wěn)定性和抗?jié)B性能，需對(duì)副壩壩基及左壩肩單薄山脊進(jìn)行帷幕灌漿處理。

副壩區(qū)域地表花崗巖殘坡積砂土層厚1.0～5.0 m，下伏全風(fēng)化花崗巖埋深21.5～44.7 m。地下水類(lèi)型為基巖裂隙水，主要貯存于強(qiáng)風(fēng)化裂隙巖體中，右側(cè)山坡地下水埋深高于水庫(kù)正常蓄水位，靠左壩肩附近山脊地下水位低于水庫(kù)正常蓄水位26.43 m。

2 高壓脈動(dòng)灌漿施工

2.1 施工布置

1）場(chǎng)地布置。副壩帷幕灌漿軸線(xiàn)起點(diǎn)樁號(hào)0+556.67，至樁號(hào)0+727.67 結(jié)束，總長(zhǎng)度171 m。副壩左岸連接段山脊進(jìn)行了平整，布置兩套制漿灌漿設(shè)備可滿(mǎn)足山脊和副壩左岸邊坡的灌漿需求。埡口兩岸邊坡處灌漿施工時(shí)分級(jí)削坡開(kāi)挖平臺(tái)施工，右岸制漿灌漿站布置在下游側(cè)坡腳平臺(tái)。

2）鉆孔布置。防滲帷幕設(shè)計(jì)鉆孔間距1.5 m，先導(dǎo)孔間距24 m。所有孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔（其中優(yōu)先先導(dǎo)孔），再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，每13個(gè)孔設(shè)置為一個(gè)單元，每單元至少設(shè)置一個(gè)檢查孔。

2.2 施工流程及參數(shù)

1）工藝流程

全風(fēng)化花崗巖地層采用高壓脈動(dòng)灌漿工藝分段灌漿[5]，強(qiáng)～弱風(fēng)化地層則采用常規(guī)純水泥漿灌漿。高壓脈動(dòng)灌漿工藝流程如圖1。

圖1 高壓脈動(dòng)灌漿工藝流程

2）施工參數(shù)

①設(shè)計(jì)終孔深度為進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層5 m 以上，且終孔壓水試驗(yàn)透水率＜5 Lu。

②先導(dǎo)孔施工時(shí)，進(jìn)行全孔取芯，且分段進(jìn)行注水/壓水試驗(yàn)。首段2 m 進(jìn)行一次注水試驗(yàn)，第二段3 m進(jìn)行一次注水試驗(yàn)，第三段及后續(xù)段次每5 m 進(jìn)行一次注水試驗(yàn)，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化地層后每5 m 一段進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

③高壓脈動(dòng)灌漿水泥粘土砂石膏漿配合比為水泥：全風(fēng)化花崗巖砂土∶水∶外加劑=1∶1～2∶2～3∶0.03～0.06（單位kg）。

④高壓脈動(dòng)灌漿分段段長(zhǎng)為0.5 m，灌漿深度與最大灌漿壓力參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 灌漿深度與最大灌漿壓力參數(shù)表

⑤高壓脈動(dòng)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用灌漿壓力與灌漿量雙控指標(biāo)，進(jìn)行控制灌漿結(jié)束方式。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)如下：

a、當(dāng)灌漿段注入量達(dá)到150 L/段，達(dá)到設(shè)定最小灌漿壓力1.2 MPa 時(shí)，可結(jié)束該段灌漿，上提一段進(jìn)行灌漿。

b、當(dāng)灌漿段灌漿壓力達(dá)到各段深設(shè)定的最大壓力，且注入量達(dá)到75 L/段時(shí)，可結(jié)束該段灌漿，上提一段進(jìn)行灌漿。

c、當(dāng)灌漿段注入量達(dá)到400 L/段以上，仍未達(dá)到最小設(shè)定壓力1.2 MPa 時(shí)，可結(jié)束該段灌漿，上提一段進(jìn)行灌漿。

2.3 施工方法

1）鉆孔放樣定位。直接通過(guò)RTK 設(shè)備將副壩帷幕線(xiàn)先導(dǎo)孔點(diǎn)位根據(jù)樁號(hào)放樣并打樁標(biāo)記，再用皮尺根據(jù)1.5 m 孔間距放樣出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔孔位。

2）移機(jī)鉆進(jìn)終孔。移機(jī)至孔位鉆孔，孔位偏差不超過(guò)5 cm；開(kāi)孔直徑110 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)終孔要求鉆進(jìn)至終孔，終孔直徑75 mm。

3）澆筑套殼料。孔內(nèi)灌注水泥粘土漿套殼料（套殼料是由水泥、粘土和水混合制備而成；其中，水泥和粘土的質(zhì)量比為1∶3，水泥和粘土的總質(zhì)量與水的質(zhì)量比為1∶1.5）。

4）下注漿管連接管路。下入直徑大于55 mm 的大口徑注漿管至孔底，孔口高出1 m 左右，安裝拔管機(jī)，拔出套管，接好管路、壓力表等裝置。

5）配置離析型漿液[6]。根據(jù)設(shè)計(jì)的配合比參數(shù)配置漿液，砂土材料直接取用通過(guò)10 mm 方孔篩的全風(fēng)化花崗巖，選用的特殊外加劑HY-1 能夠保證漿液快速離析、沉淀。

6）分段提升高壓脈動(dòng)灌漿。以0.5 m/段自下而上對(duì)全風(fēng)化地層進(jìn)行高壓脈動(dòng)灌漿，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)灌漿參數(shù)控制。

3 施工效果檢查

采用控制性的高壓脈動(dòng)灌漿方法對(duì)該水庫(kù)副壩及連接段山體進(jìn)行了防滲處理，施工過(guò)程前后通過(guò)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)單位進(jìn)行了第三方檢測(cè)。檢測(cè)方法及結(jié)果如下：

1）對(duì)灌漿前后地層鉆孔進(jìn)行聲波測(cè)試，灌后Vp值提高，波動(dòng)幅度變小，說(shuō)明灌漿處理效果較好。

2）對(duì)灌漿前后地層取樣進(jìn)行土工試驗(yàn)檢測(cè)，原土樣平均干密度1.77 g/cm3，平均孔隙率32.2%；灌漿后土樣平均干密度1.88 g/cm3，平均孔隙率28.2%，說(shuō)明灌漿后土體密實(shí)度有所提高。

3）對(duì)灌漿前后地層進(jìn)行了透水性檢測(cè)，原土樣滲透系數(shù)3.4×10-4cm/s 和4.9×10-4cm/s，為中透水等級(jí)；灌漿后土體滲透系數(shù)8.3×10-5cm/s 和7.3×10-5cm/s，為弱透水等級(jí)。檢驗(yàn)說(shuō)明防滲處理后地層形成一種密實(shí)性高、抗?jié)B性能好的均質(zhì)體復(fù)合地基，達(dá)到了小于5 Lu的工程設(shè)計(jì)防滲要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本工程應(yīng)用的離析型漿液是一種在高壓脈動(dòng)灌漿壓力下，能夠快速離析的水泥粘土砂石膏漿。其粗顆粒漿體能夠?qū)Φ貙赢a(chǎn)生擠密作用，細(xì)顆粒漿體對(duì)松散結(jié)構(gòu)進(jìn)行劈裂填充與固結(jié)，同時(shí)作用使得全風(fēng)化花崗巖地層達(dá)到一種整體性密實(shí)的效果。即使在地層中存在風(fēng)化孤石時(shí)，也能夠使孤石與其周?chē)貙有纬梢粋€(gè)緊密的整體。通過(guò)本工程對(duì)控制性高壓脈動(dòng)灌漿方法在全風(fēng)化花崗巖地層防滲處理施工中的成功應(yīng)用，為今后類(lèi)似工程提供了更多的方法選擇。由于施工效果好，能節(jié)約材料成本等方面的特點(diǎn)，在類(lèi)似工程中通過(guò)相關(guān)工藝參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整，本方法應(yīng)更具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。