浅谈断层地质帷幕灌浆施工技术

浅谈断层地质帷幕灌浆施工技术

李博

中国水利水电第八工程局有限公司    湖南长沙    410000

摘要：断层地质由于地质板块断裂错开，形成一条天然岩沟，地下水顺沟流淌，在断层地质处帷幕灌浆必须从断层自身特征（裂隙宽度、深度、走向、倾角，是否有填充物）分析，通过调整布孔方式、灌浆材料、灌浆方式及压力等技术控制施工质量，现结合瓮福磷矿白岩尾矿库3号副坝心墙基础帷幕灌浆阐述断层地质帷幕灌浆施工技术。

关键字：断层裂隙；帷幕灌浆；施工

Construction technology of fault geological curtain grouting

Li Bo

Sinohydro Eighth Engineering Bureau Co., LTD

Changsha, Hunan    410000

Abstract: fault geology due to geological plate fault fault, forming a natural rock groove, groundwater flowing groove, in the fault geological curtain grouting must be from the fault itself characteristics (crack width, depth, direction, inclination, whether there are fillings) analysis, by adjusting the hole way, grouting material, grouting way and pressure technology control construction quality, combined with urn phosphate rock tailings 3 vice dam wall foundation curtain grouting fault geological curtain grouting construction technology.

Key words: fault fissure; curtain grouting; construction

3前言：瓮福磷矿白岩尾矿库3号副坝在前期清基过程中，发现心墙基础出现多处断层裂隙，且有一条断层裂隙的宽度较宽。为不影响坝体的整体防渗效果，特优化心墙基础的帷幕灌浆方案。布孔参数由设计2×3m的两排孔变为2×2m的三排孔布置，加密布置。灌浆材料在水泥的基础上增加膨润土、水玻璃和防水剂。钻孔深度加深至25~30m，灌浆方法采用自上而下分段灌浆，后自下而上再分段灌注一次，使灌浆效果达到最佳，灌浆后的岩石透水率不得超过5Lu。

一、工程概况：

瓮福磷矿白岩尾矿库3号副坝为尾矿库挡水坝，坝体主要设计一挡水心墙，及心墙上、下游碾压堆石，上游设防渗层，下游干砌石护坡，挡水心墙基础进行帷幕灌浆。坝长96m ，断层裂隙发育方向垂直于心墙，最宽处的断层裂隙宽达到140cm以上，且断层裂隙填充满粘土。顺沿心墙基础轴线方向设计为3排孔灌浆孔，将最宽处断层裂隙沿上、下游各超挖6m，并在最宽的断层裂隙两侧各布置1排孔，孔排距与孔间距均为2m的梅花形布置。心墙轴线方向上下游两排孔与断层裂隙两排孔钻孔深度为25m，心墙轴线处孔深30米。基础开挖图、布孔图如下：

二、施工工艺：

测量放孔→垫层混凝土→钻孔→洗孔→压水试验→灌浆→封孔→检测试验

2.1测量

在心墙基础开挖完成后，用人工将断层裂隙中的泥土挖至岩石基础下一米的高程。裂隙开挖完成后，用2×2m的梅花形布置法将孔位布置在裂隙两侧，用GPS测量并记录好每个孔位的坐标数据，这道工序主要是为了在基础浇筑完混凝土垫层后，可以精确的找到孔位，使孔位能更好地避开断层裂隙，保证钻孔过程始终在岩石中。

2.2浇筑垫层混凝土

灌浆前浇筑混凝土垫层主要有两个好处，一是为钻机提供一个平整的操作平台；二是能使岩石与混凝土接触面能够被浆液填满，从而保证接触面不会出现渗水的现象。混凝土垫层浇筑厚度不得低于50cm,以保证灌浆时的堵塞长度，避免堵塞橡胶球越过岩石与混凝土的接触面以下而导致接触面漏灌。

2.3钻孔

当混凝土垫层的强度达到设计的50%或强度达到10MPa时，才可进行钻孔。帷幕灌浆孔的施工严格遵循灌浆程序，分序分段进行。施工顺序为：心墙方向三排孔先施工下游排孔，再施工上游排孔，最后施工中间排孔；泥土裂隙的两排孔先施工左侧孔后施工右侧孔。然后每排孔又分Ⅰ 序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔，先施工Ⅰ 序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。钻孔采用XY-2PC型回转式钻机，孔径76mm,结合金刚石或硬质合金钻头清水钻进。三序孔钻孔顺序图如下：

（1）孔位

开始钻孔前，用测量仪器放样，确保每一个钻孔孔位符合设计要求，开孔孔位的孔中心点与放样孔点位的偏差不得大于8cm。如因钻孔过程遇到跨孔、难以成孔等原因需变更孔位，须征得业主、监理及设计方的同意，并如实记录孔位。

（2）方向

钻机安装平正稳固，钻孔方向按设计规定和要求确定，钻孔时保证孔向准确，钻进过程孔倾斜度可控，先用地质罗盘校正钻机立轴，并用GPS测出钻机四角的高程。钻孔过程中测量员实时跟踪，每钻进2m，用GPS对钻机四角进行一次校正，保证钻孔方向垂直向下。

（3）深度

钻孔深度按设计的灌浆深度进行钻进，每一段开始灌浆前都要量好成孔深度，做好记录，灌浆堵塞时注意堵塞深度，做到不漏灌。

（4）钻孔观察及记录

1）在现场钻孔过程中，技术员必须如实做好钻孔操作的各项详细记录（包括钻孔压力、芯样长度、钻孔冲洗水的颜色、水压及其他能充分反映岩石特性的因素）。

2）在钻进过程中注意观察岩芯中是否有水泥结石存在，并做好记录。

2.4洗孔

灌浆孔在灌浆前先要进行洗孔，采用压力水对孔进行裂隙冲洗，直至回水清澈无泥沙为止。冲洗后的孔底残留物厚度不得大于15cm。冲洗压力为本段灌浆压力的90%，并不大于1.0MPa。

2.5压水试验

灌浆孔灌浆前进行简易压水试验，压力为该段灌浆压力的90%，且不得大于1Mpa。稳定后压水25min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量。

2.6灌浆

（1）灌浆方法

由于心墙基础裂隙较多，灌浆方法采用自上而下灌浆后再自下而上灌注一次，采用这种灌浆方法可以更好地确保灌浆质量。帷幕灌浆长度一般为5~6m，由于基础裂隙较多，灌浆长度不应超过5m，混凝土垫层跟基岩接触面的灌浆长度为2~3m。灌浆采用自上而下的分段灌浆顺序，灌浆塞必须阻塞在该灌浆段段顶以上0.6m，防止漏灌，自下而上分段灌浆时，应当注意每一段的注浆长度，注浆长度不宜过长，以免影响注浆效果。

（2）灌浆材料

灌浆材料选用P.O42.5普通硅酸盐水泥、膨润土、水玻璃、防水剂。

水泥浆是使用最多的灌浆材料，它的胶结性能好，结石强度高、黏度低、流动性好的特点，通过注浆设备能顺利地灌入地层的缝隙及空洞中；凝结硬化后，有良好的抗渗性和耐久性，能填充空隙，起防渗堵漏固结作用。

膨润土浆，膨润土的颗粒细,具有较强的吸水性，能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍;具有较强的粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。

加入水玻璃材料的灌浆材料，化合后结石强度较高，浆液的粘度比较大，主要用于黄土或黄土类砂质土的加固。

防水剂主要用于浆液的防水，避免浆液被氯离子侵蚀。                              

加入水玻璃、防水剂的水泥膨润土浆。综合了水泥浆的结石强度高和膨润土浆的浆液的膨胀性、粘结性、水玻璃浆液粘度大、防水剂的防水保护的优点，更好的保证了灌浆效果。可根据现场实际情况选择不同的水泥、膨润土、水玻璃、防水剂的配合比。

（3）灌浆压力

孔深25m的帷幕灌浆，最大灌浆压力一般在0.8MPa，为了使裂隙区灌浆效果更好，适当加大其灌浆压力，最大灌浆压力设计在1 MPa，灌浆压力随灌浆的深度增加而增加。对于特殊地质的孔灌浆时，压力不能较快快达到的各岩层，则可以采用分级增压法注浆。

（4）浆液配合比及浆液变换原则

浆液水灰比及浆液变换：普通水泥浆液采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.7：1、0.5：1（重量比）等6个比级。根据灌浆试验成果，亦可采用监理人批准的其它水灰比施灌。灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。浆液变换应遵循如下原则：

1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

2）当某级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；

3）当注入率大于30L／min时，根据施工具体情况，可越级变浓。

4）灌浆过程中，发现被灌浆液变浓，测定浆液比重与原配浆液比重并详细记录，同时查明原因，随时调整。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，并及时向监理人汇报，在监理人批准后，采取相应的处理措施。

（5）特殊情况的处理

1）冒浆、漏浆：当出现冒浆、漏浆时，先采用嵌缝、表面封堵处理，若不能有效封堵好，则降低灌浆压力，并将浆液浓度加大，如果还不能阻止冒浆，则停止灌浆，停歇一段时间，等前期灌浆凝固后再行灌浆。

2）串浆：串浆主要原因是在灌浆孔间的岩层中由于裂隙较多并相互串连，使得灌浆孔之间产生连通，导致了串浆通路。串浆现象发生后立即采取的有效处理措施，如果是正在打钻的钻孔中发生串浆现象，这时应该立即停止钻孔，并在发生串浆的钻孔上部安装牢固灌浆塞，而后在进行灌浆的钻孔中继续进行灌浆操作，直到灌浆结束后，继续进行串浆孔处的钻孔操作。增加钻孔灌浆的时间间隔，待先灌浆的浆液凝固后再施工新孔。

（6）灌浆结束标准及封孔

1）帷幕灌浆在规定压力下，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min，且总的灌浆时间不少于90min，灌浆即可结束。

2）当长期达不到结束标准时，应及早报请监理人共同研究处理措施，不得擅自停灌。

3）帷幕灌浆全孔灌浆结束，经监理人验收合格后方可进行封孔。

4）补强帷幕灌浆孔封孔可采用导管注浆法或全孔灌浆法。

5）⑤封孔灌浆时间不少于1h，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力。封孔必须使用新鲜的中抗硫酸盐水泥浆液，水灰比采用0.5∶1的浓浆。

6）已进行“全孔灌浆封孔法”的灌浆孔，待孔内水泥浆液凝固后，应清除孔内污水、浮浆，若灌浆孔上部空余孔段大于3m时，采用“导管注浆封孔法”进行封孔；小于3m时可使用水泥砂浆封填密实。

三、检测结果

尾矿库3号副坝工程心墙基础裂隙方向共设计两排孔，每排6个，设计孔深25米，灌浆后的透水率不得超过5Lu。灌浆结束后14天后打检查孔做压水试验，为更好的了解灌浆效果，压水试验检查孔超深1米，得到的试验结果为0.5~6m段透水率4.17 Lu；6~11m段透水率3.7 Lu；11~16m段透水率2.81 Lu；16~21m段透水率1.67 Lu；21~26m段透水率1.25 Lu，防渗性能符合设计要求。

结束语：

在坝体防渗施工中，帷幕灌浆作为坝体防渗施工的一项重要内容，在施工中或多或少会遇到各种地质不利的施工条件，当在施工中遇到各种特殊的地质条件时，先要充分掌握好地质的各项特征，根据现场的地质条件制定专项的处置措施，然后再结合工程的特点，优化施工中的各项工作，使灌浆效果更加显著。

参考文献：

[1]DL/T水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；

[2]邵芳.浅析水利工程帷幕灌浆技术[J].民营科技，2012，（01）：216

[3]离进勇，吴鹏琴，熊祖堂，胡文榜.论帷幕注浆施工中的压力管理[J].探矿工程，2013，40（12）：83-85