谈胶结砾岩地层帷幕灌浆施工工艺

杨斌，刘恒滨，卢丁

（1.章丘市大站水库管理处，山东章丘 250220；2.济宁市水利工程施工公司，山东济宁 272100）

谈胶结砾岩地层帷幕灌浆施工工艺

杨斌1，刘恒滨1，卢丁2

（1.章丘市大站水库管理处，山东章丘 250220；2.济宁市水利工程施工公司，山东济宁 272100）

章丘市大站水库溢洪闸基础地质以钙质胶结砾岩为主，该砾岩承载力较高，但孔隙率高，渗透系数大，较之砂岩等裂隙岩层灌浆难度大，经调整工艺参数，有序实施帷幕灌浆，各项指标均达到设计要求，取得了较好的防渗效果。

帷幕灌浆；胶结砾岩；灌浆施工

大站水库位于章丘市西巴漏河中游，枣园镇大站村东，距济南城区30km，控制流域面积440 km2，总库容2 233万m3，兴利库容961万m3。是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、养殖等综合利用的中型水库，枢纽工程由主坝、西副坝、溢洪闸（道）、放水洞等建筑物组成。水库建成后，经过40多年的运行发现，水库蓄水时溢洪闸闸下存在渗漏问题，影响水库安全和蓄水功能，水库一直不能按设计运行，为此进行了灌浆处理。

1 工程地质及设计要求

1.1 工程地质

水库溢洪闸底高程74.04 m，地层揭露面为胶结砾岩。胶结砾岩的成分多为灰岩及火成岩块，泥质、钙质胶结，砾石直径1.0～15.0 cm不等，呈半胶结状，胶结程度和采取率自上而下增强，底部岩心呈柱状。该层胶结砾岩压水试验率系数为10.70～22.80 Lu，属中等透水层。钻孔揭示底高程59.51～76.70 m，高程58.80 m以下为强风化泥质细砂岩：栗红色、浅紫红色，泥质结构，块状构造，节理发育，节理面见铁猛质膜，岩心呈碎块状，岩心采取率约60%，厚度1.30～4.00 m分布于上游引水渠和闸室。该层透水率为2.69 Lu，属于不透水层。

1.2 设计要求

此次帷幕灌浆是在溢洪闸上游混凝土铺盖下的胶结砾岩地质中实施，帷幕顶部与闸上游混凝土铺盖衔接，下部伸入泥质细砂岩1.0 m，与主坝的防渗墙相连接，形成一个封闭的防渗体系，降低水库的渗漏损失。

帷幕灌浆采用普通硅酸盐水泥内掺加水泥用量的10%REA掺加剂。灌浆压力拟用0.3 MPa，以灌浆实验确定，灌浆后胶结砾岩的透水率应小于5 Lu，合格率为80%以上，采用单排三序施工方法。

2 施工工序及孔序

本次灌浆总体流程为：清理场地→施工放线→灌浆实验→检查孔检验→综合分析修正灌浆参数→灌浆施工→检查孔检验→竣工清理→验收。

帷幕灌浆采用单排孔，分三序施工，孔距为2 m，由稀至密顺序进行，孔深15～16 m，每孔分3段，采用自上而下的灌浆方式。

帷幕灌浆在闸前原有混凝土铺盖上进行帷幕灌浆实验，实验拟定第一序的2个孔开始施工。按照设计自上而下分3段钻探施工。实验时，第一段段长5.0 m，第二段段长5.0 m，第三段段长6.05 m，若未穿入强风化泥质细砂岩时，根据实际钻孔情况以穿入弱风化泥质砂岩层不小于1.0 m，确定孔深。

帷幕灌浆单孔施工程序如下：定孔位→稳固钻机→造孔→下孔口管→待凝→钻进→测孔深、孔斜→冲孔→压水→灌浆→灌浆结束封孔。

3 灌浆中出现的问题及处理方法

3.1 地面产生裂缝和冒浆现象

在第一序孔即先导孔的第一段灌浆过程中灌浆压力未达到设计压力，沿灌浆轴线原有的40 cm厚的混凝土铺盖被抬起，产生断裂、裂缝，地面出现了冒浆，冒浆及裂隙在垂直轴方向发育，距离最大为8 m。根据钻孔揭露的工程地质进行综合分析原因如下：混凝土铺盖是刚性的，与以下胶结砾岩地层空隙较大，在较大的灌浆压力下易沿裂隙方向产生冒浆现象，并将铺盖抬起。在进行全面灌浆时采取如下措施：1）灌浆段长自上而下划分三段，第一段长由拟定的5.0 m变为2.0 m，灌浆压力控制在0.1～0.2 MPa，使混凝土与胶结砾岩的空隙充填密实，防止铺盖抬起。第二段长由拟定的5.0 m变为6.0 m；第三段段长由拟定的6.05 m变为8.05 m。全孔灌浆主要采取井口封闭自上而下循环灌浆的方式，在接触带灌浆过程中为了达到灌浆效果，压力采取循序渐进方法，并根据工程类比确定相应的灌浆压力，以期达到最好的灌浆效果；下伏灌浆段按0.1 MPa压力递增进行压水和灌浆。2）对于地面抬高、局部浆液串孔现象，在施工过程中，针对不同的情况，采取了停机待凝、跨级配浆、用添加水玻璃（3%～5%）浆液和正常浆液交替灌浆和上述施工方法混合搭配等措施，有效的达到了灌浆目的。经过14 d后的检查孔检查测试灌浆段达到了设计要求，吕荣值小于5 Lu。

3.2 局部钻孔吃浆量大

灌浆时有时出现大量吃浆不止，长时间灌浆没有压力，原因是胶结砾岩空隙体积太大或是因为地层的特殊结构条件促使浆液从固定通道附近地面冒出。对第一种情况采取稠浆不间断继续灌浆的措施，直至将胶结砾岩内的空隙全部灌满，达到防渗目的；对第二种情况，应进一步降低灌注压力，限制吸浆率不超过5 L/min，以减少浆液在缝隙里的流动速度，促使尽快沉积，在最稠的水泥浆中掺入速凝剂，如水玻璃等，促使尽快凝结。

3.3 灌浆中断处理

有时因停电、机械故障等问题出现工地被迫中断灌浆情况，恢复灌浆时从稀浆开始，如果吸浆率与中断前接近，则可尽快恢复到中断前的稠度,否则应逐级变浆。若恢复后的吸浆率减少很多，则短时间内即告结束，说明裂隙口因中断被堵,应起出栓塞进行扫孔，冲洗后再灌。

4 帷幕灌浆的检验

帷幕灌浆完成14 d后钻探检查孔进行压水试验。部位在帷幕中心线上，共取5个检查孔，位于岩石相对破碎、空隙较大、吃浆量大等地质条件复杂的部位。采用自上而下分段卡塞进行压水实验。压水试验成果以透水率表示。经压水试验测得第一段平均透水率0.76 Lu，第二段平均透水率0.1 Lu，第三段平均透水率0.06 Lu，均小于5 Lu设计要求，帷幕灌浆取得较好效果。

5 结论及建议

1）工程全面开工前必须根据每个工程的实际地质、工程机械情况，进行灌浆前的实验工作，通过灌浆实验发现问题，研究解决办法，在施工规范许可的范围内制定适合本工程实际情况的施工方案，调整相应的各项参数，以适应本工程地质特点。

2）灌浆前的压水、冲洗及压水试验的压力均通过灌浆试验确定为灌浆压力的80%是可行的。先导孔采用单点法压水试验，其他灌浆孔实行简易压水和脉冲洗孔即可达到帷幕灌浆的效果。

3）根据工程类比和查找资料，帷幕灌浆的接触带灌浆压力根据地质情况，最好控制在闸前最高水头的1.5～2.0倍。

4）采用井口封闭循环灌浆施工方法的关键节点是要做好管脚封堵，一是要牢固，二是对于低坝低水头较好的基岩封堵长度要不小于0.5 m。

5）灌浆方式采用井口封闭，自上而下循环分段灌浆，这种方法可以对已灌过的管段多次复灌，配合多种、多重灌浆方法可以有效的防止或减少地面抬动、冒浆、串孔等灌浆事故的发生，有效地达到设计指标。

6）施工中，若在建筑物下进行帷幕灌浆，必须先进行帷幕灌浆后再进行建筑物建设。如若建筑物已存在就必须降低灌浆压力，或密切观测其位移，防止建筑物被抬起破坏或造成倾斜影响寿命。

（责任编辑 赵其芬）

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杨斌（1979—），男，助理工程师