斜孔灌漿技術在大壩防滲加固處理中的應用研究
——以古藺縣龍爪河水庫大壩為例

郭萬城，張鵬雄，伊 濱，張居東

(1.四川省水利科學研究院，成都，610072；

2.敘永縣水務局，四川 敘永，646400)

1 工程概況

龍爪河引水工程位于古藺縣城北的高山林區，是一項跨流域的引水工程，將赤水河左岸一級支流龍爪河的水引到另一條支流古藺河流域，以解決古藺縣城及附近地區的用水問題。該工程以農業灌溉、縣城生活供水為主，兼有灌區人畜飲水及發電、旅游等綜合利用[1]。該工程設施包括攔河大壩一座、壩后電站一座、干渠及左、右支渠、供水支渠各一條，以及供水廠一座。樞紐大壩為混凝土砌條石重力壩，最大壩高71.4m，壩頂自由溢流，溢流段長度40m，水庫正常蓄水位1139.5m，總庫容614.85萬m3，灌溉面積4313.33hm2，渠首引用流量5.4m3/s。水廠近期供水規模1.5萬m3/d。

2 左壩肩滲漏情況

大壩在水庫蓄水高程達到1124m后，左岸大壩下游出現了4處漏水點，漏水量約為2000m3/24h。左岸灌漿平洞揭示，發現大壩左岸巖體卸荷強烈，卸荷帶較深，左岸壩軸線上游約110m至下游140m范圍內的岸坡巖體為卸荷變形體，其水平寬16m～60m，后緣以陡傾角LX1卸荷裂隙為界，下限高程約為1070m，平面形態大致呈三角形，總體積約50萬m3。卸荷形變體在高程1100m以上基本保持了正常產狀，巖層傾向坡外，產狀N40°E/SE∠2°～4°；高程1100m以下巖層傾角變緩，甚至反傾，傾向山內，坡腳巖層產狀為N35°～60°E/NW∠2°～7°。卸荷變形體以砂巖為主，卸荷變形體中的軟弱破碎帶成分多為泥夾碎塊或碎塊夾泥，無連續的純泥夾層。

左岸卸荷變形體受卸荷、蠕變作用，坡體中結構面張開，巖體透水強烈。據左岸鉆孔壓水試驗，透水率q值一般30Lu～40Lu，最大達618.7Lu，屬極強透水巖層，特別在后緣LX1界面上，滲漏量Q>90L/min，而在弱卸荷帶內q值一般小于10Lu，并且向下或向山內逐漸減弱至不透水層。

壩址地段巖體透水性與風化、卸荷關系密切[2]，尤其與裂隙發育程度、裂隙張開寬度、延伸長度、裂隙性質關系密切。巖體透水性橫向上左岸比右岸大，縱向上有隨深度增加而逐漸減小的趨勢。

3 左壩肩滲漏情況分析

左壩肩灌漿由于地質情況非常復雜，水平裂隙及陡傾角卸荷裂隙相當發育，灌漿難度相當大。灌漿施工復灌次數多，耗灰量特別大，施工難度高，局部孔最大的復灌次數達到20次以上，左2-38#孔單孔耗灰量甚至達到了300t，不斷的復灌掃孔再復灌過程給施工增加了不少難度。由于左壩肩灌漿存在太多的陡傾角卸荷裂隙，而所布的主副帷幕均為直孔，可能存在灌漿孔未能貫穿卸荷裂隙的現象。

鑒于左岸卸荷變形體多層水平軟弱帶和破碎帶及較多陡傾角卸荷裂隙這一復雜地質情況，為進一步探明滲漏原因，在左岸卸荷裂隙發育地段布置9個75°斜孔檢查孔(詳見圖1)，并同時在9個檢查孔中再進行帷幕灌漿。鉆孔總長度共計531.5m，帷幕灌漿段長度388.2m，壓水試驗57段，注灰量27t，平均69.33kg/m。

圖1 左岸斜孔檢查孔立面

左岸9個斜孔檢查孔在施工完成后，絕大部分灌漿段壓水試驗透水率<5Lu，只有兩個孔出現透水率>5Lu的現象。分別是：①6#斜孔第六段孔深30m～35m處發生漏水(即高程為1113m處附近)，透水率24.2Lu，注入水泥量為19t；②9#斜孔第五段孔深51m～56m段(即高程位置1095m處附近)，壓水壓力加到0.7MPa時無法繼續加壓，透水率12Lu，注入水泥量為1.5t，未發現明顯漏水或漏漿點。

因6#與9#孔透水率增大，排除巖石劈裂可能性(因為灌漿壓力未提高，且9個斜孔檢查孔均在原檢查孔上)，初步分析存在帷幕灌漿孔未貫穿卸荷裂隙的情況。

4 左壩肩帷幕灌漿補強孔設計

針對9個斜孔檢查孔的情況所分析出的結果，業主、監理、設計和施工方多方討論后，決定對卸荷裂隙發育地段進行進一步補強工作。共在兩排帷幕的中間再增加一排帷幕補強灌漿孔33個。孔距2.00m。灌漿壓力按原設計壓力，設計鉆孔為75°斜孔，進入相對不透水層(q≤5Lu)深度不小于4.00m，采用φ91mm孔徑，首段(待凝段)段長2.00m，以下段長一般為5.00m～6.00m。

5 左壩肩帷幕灌漿補強孔施工情況

在施工中發現，孔口位置位于PD6平硐頂外7m～11m之間的三個孔，左20#、21#、22#三個孔在孔深35m至45m段時都有不同程度的漏漿現象。左20#孔于孔深35.0m處全漏失，高程1109.5m，透水率35.53Lu，該段灌漿用水泥37t，并于左岸下游原漏水點的1號、2號漏水點發現了漏漿情況，該漏漿點高程1094m；左21#孔于孔深44.2m處全漏失，高程1100.3m，透水率29.93Lu，灌漿用水泥16t，在庫區左岸近壩庫岸邊坡高程1098m至1124m之間沿裂隙面有漏漿現象；左22#孔于孔深39m～45m(高程1103m～1099m)第四段灌漿用水泥12t，在庫區左岸近壩庫岸邊坡高程1124m處沿裂隙面有漏漿現象。此次補強孔的施工中，原有4處漏水點位置中的其中2處出現了漏漿現象，并且在上游庫區近壩庫岸邊坡不同高程位置上的水平裂隙局部也出現了漏漿情況，漏漿點位置隨著灌漿過程的持續而不斷上升。在左20#、21#、22#三個孔施工結束后，為了更好地檢驗灌漿效果，決定在左20#孔與左21#孔之間加密1個左33#孔，左33#孔施工中未發現任何特殊情況，從一定程度上反映了補強孔灌漿處理的明顯效果。

表1 左壩肩補強孔處理情況

6 左壩肩帷幕灌漿補強孔灌漿成果分析

6.1 單位透水率分析

本次補強孔I序孔壓水試驗51段次，其透水率為0.34Lu～29.93Lu。平均為0.95Lu；Ⅱ序孔壓水試驗61段次，其透水率為0.58Lu～35.53Lu，平均為0.87Lu。從單位透水率頻率與序次的關系分析：透水率小于5Lu的頻率I序孔占49%，Ⅱ序孔占60%；透水率大于20Lu，I序孔1個，Ⅱ序孔2個，單位透水率小于10Lu的頻率隨灌漿序次遞增而增大，灌漿效果明顯。

表2 透水率成果統計

6.2 直孔、斜孔灌漿分析

把本次斜孔帷幕補強灌漿成果與龍爪河水庫樞紐直孔帷幕灌漿成果，從經濟角度，包括灌漿施工工時和水泥消耗兩個方面進行了概略對比。直、斜孔由于鉆進方位、角度不同，鉆進難易程度差別較大，同一地層用75°斜孔鉆灌成本和耗時與用鉛直孔之比通過初略估算為1.8∶1，且比值隨著鉆孔傾角變緩而增大，從單方面看斜孔不如直孔，但是如果同斜孔比直孔對同一地層灌漿效益相比來看，綜合評比斜孔還是優于直孔。

對于龍爪河水庫樞紐左壩肩帷幕補強灌漿來說：灌漿結果直、斜孔都需要Ⅱ序孔才能達到設計要求；壓水試驗表明斜孔組q值比鉛直孔大1.2～2倍，這從側面說明了斜孔比直孔穿透的裂隙多得多；從工時總體統計來看，斜孔輔助時間與灌漿時間多些；從工作量比較，每米帷幕所投入的工作量，斜孔與直孔比為1.32∶1；因斜孔較直孔穿過更多裂隙，故孔距可適當加大[3]。當然上述因素是不同的，因而會直接影響評價結果，但其評價結果還是有參考價值的。

總的來說，以查清被處理巖體的工程地質、水文地質條件為基礎，從天然結構面分布規律調查入手，充分考慮透水、透漿結構面產狀特點情況下，如果能從技術上熟練掌握斜孔鉆、灌工藝，具備有效事故處理措施，結合計算機程序研發，斜孔灌漿方案前景廣闊。

7 結論

龍爪河水庫樞紐左壩肩補強帷幕灌漿工程中利用斜孔灌漿技術，經過灌漿實踐證明：

(1)鑒于大壩左岸下游卸荷體的滲水現象，結合本工程大壩左岸下游卸荷體范圍內多層水平軟弱帶和破碎帶及太多的陡傾角卸荷裂隙發育這一特殊的地質原因，對大壩左岸進行了斜孔檢查孔查漏帷幕灌漿處理和補強孔帷幕灌漿處理，收效明顯。不僅對原有的部分漏水點位置達到封堵效果，而且對上游庫區內的卸荷體起到了良好的封堵效果。

(2)通過對灌漿直、斜孔進行對比分析表明，斜孔與直孔雖然各有優缺點，但斜孔灌漿的效果是顯著的，在被灌巖體結構面傾角為陡傾角的地區采用斜孔灌漿技術是必要的。

這種以查清被處理巖體的工程地質、水文地質條件為基礎，從天然結構面分布規律調查入手，充分考慮透水、透漿結構面產狀特點情況下，優選鉆孔方位及傾角，把灌漿工作與被灌介質特點結合起來考慮的灌漿思路，實踐中是可行的，而且具有一定優越性，可以作為今后灌漿工作中采用的一種方法。

由于巖體結構的不確定性、復雜性及產出狀態的多樣性等，不可能有一種萬能的方法，對于該項技術而言，只有當裂隙的傾角比較大時，才能顯出其優越性，對于緩傾角裂隙，如果照搬該方法就會失去意義，并且增加浪費。另外，通過本次補強施工，我們發現了該方法中的一些不足之處。如鉆孔方位確定后，施工難度增加帶來不利方面缺乏定量系統評價；針對某一陡傾角結構面為主工程，雖然斜孔較直孔穿過更多結構面，但對于結構面的連通情況缺乏數值定量評價。但總的來說該方法的提出有一定先進性，值得在工程實踐中繼續提高，深入研究和推廣。