孔口封闭灌浆法在尾矿坝帷幕灌浆的应用

何冰峰

（山西省水利建筑工程局 山西太原0 3 0 0 0 6）

0 引言

乌山二期尾矿库具有堆置尾矿、浸出矿渣、澄清液体废物和提供返回用水的作用，常常含有大量酸性有毒性重金属离子，有毒重金属离子通过大坝基岩裂隙发生渗漏，在渗漏过程中会发生一系列的化学、物理反应，对地下水产生污染，为了防止尾矿库内重金属离子等有害物质的扩散渗流，保护下游地下水的安全，在回水池及下游坝进行帷幕灌浆施工，在试验及生产期间，采用了孔口封闭孔底循环法进行帷幕灌浆，通过压水试验检查，帷幕防渗作用明显。

1 依托项目工程概况

本区为低山丘陵地区，山势走向北东，一般标高为750 m，最高标高为889.3 m,最低标高为650.7 m，一般相对高差150 m左右。山势较为平缓，地形平坦开阔。环形山之北西坡、东南坡较陡，矿体赋存于正地形处，具有明显的构造剥蚀地貌特征。二期尾矿库工程，初期坝结构类型为采矿剥离废石，坝高42 m，坝长1 443 m，顶宽8 m，坝顶标高760 m，尾矿坝最终堆积标高815 m，整个工程的灌浆水平长度为446 m，灌浆总延米数为13 980 m。在大坝帷幕灌浆施工之前选取具有代表性的地段进行帷幕灌浆试验。经过多次的现场踏勘及与设计者沟通，试验段选取在坝后回水池附近，试验灌浆段长度为12 m。

2 施工顺序及工艺流程

帷幕灌浆试验采用150型地质钻机，施工中严格按照分排分序逐渐加密的原则进行帷幕灌浆施工，施工顺序为：抬动观测孔→下游排先导孔→下游排Ⅰ序孔→下游排Ⅱ序孔→下游排Ⅲ序孔→上游排先导孔→上游排Ⅰ序孔→上游排Ⅱ序孔→上游排Ⅲ序孔→检查孔。

详细布孔图见图1。

图1 帷幕灌浆试验孔位布置图

根据不同的地质条件和工程要求，基岩灌浆方法可选用全孔一次灌浆法、自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法或孔口封闭灌浆法。本工程采用孔口封闭孔底循环灌浆法进行灌浆，灌浆段灌浆时下入灌浆管，管口距段底不得大于50 cm。除坝体混凝土和基岩接触段灌浆完成应待凝外，其余孔（段）灌浆完成后均不待凝，直接进行下一段的钻灌。帷幕灌浆段长为5.00～6.00 m，特殊情况不超过10.00m，以此类推。灌浆压力：第一段的压力为0.3MPa,第二段为0.6MPa，以后每加深一段压力增加0.4 MPa,最大不超过2.5 MPa，检查孔跟随灌浆孔。灌浆水灰比的确定：根据地层及灌浆工艺，灌浆水泥浆液应由稀到浓逐级变换。结合工程地质条件及施工经验，帷幕灌浆浆液水灰比可采用5、3、2、1、0.8、0.6、（0.5） 等六个比级。浆液水灰比和变换标准：1）浆液水灰比按照灌浆试验确定的或监理人批准的水灰比施灌。2）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。3）当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。4）当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min，可结束灌浆。

根据《乌山二期尾矿坝帷幕灌浆技术要求》，帷幕灌浆试验共布置灌浆孔2排，注浆孔布孔原则为梅花形：孔距1.5～2.0 m，排距1.2 m，注浆孔终孔深度按深入微风化花岗岩5 m计，帷幕灌浆采用孔口封闭孔底循环的灌浆方法，每段不大于5 m，灌浆材料采用水泥浆，帷幕灌浆防渗标准为渗透系数不大于10-6cm/s，灌浆孔灌浆施工结束后，通过现场做压水试验，压水试验合格后才能进行封孔，灌浆孔封孔方法常用采用“全孔灌浆封孔法。

3 灌浆试验综合成果统计以及分析

灌浆综合成果统计见表1。

表1 灌浆综合成果统计

总体来看，在帷幕灌浆施工过程中，通过对不同孔序的钻孔逐渐加密注浆，水泥浆液充填基岩中的裂隙、空隙以及节理面，裂隙、空隙以及节理面中的充填物与水泥浆液形成水泥结石块，这样大坝基底岩石的渗透能力降低，防渗效果得到提高，Ⅰ序孔形成一道帷幕，使Ⅱ、Ⅲ灌孔和后灌排的渗透通道减少，灌浆施工前透水率减小，大透水率区间段数减少，小透水率区间段数增多；后灌孔和后灌排的水泥注入量要相应减少很多，低耗灰量区段所占的比例相应增加，I、II、III各次序孔和排序之间的注入量频率区间与帷幕灌浆一般递减规律相呼应，在一定程度上反映了灌浆的质量及灌浆效果良好。

4 压水试验质量检查

灌浆质量以检查孔压水试验成果，灌前灌后波速对比、芯样、检查孔压水试验和帷幕灌浆施工资料分析为主，结合对施工记录、成果资料、和检验测试资料的分析,进行综合评定。

1）帷幕灌浆施工结束后，对帷幕灌浆效果及质量进行检查。帷幕灌浆试验共布置5个检查孔，其中JCK-1号孔和JCK-2号孔位于上游试区，JCK-3、JCK-4、JCK-5位于下游排试区。

2）帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14 d后进行，自上而下分段卡塞进行压水试验，采用单点法或五点法，本工程采用五点法进行压水试验，压 力 分 别 为0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa；压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示，压水试验合格标准为透水率小于1 Lu。

3）检查孔应按规范要求采取岩芯，并对所采取的岩芯进行编号，统一装入岩芯箱，边钻探边观察岩芯中有无水泥结石、裂隙充填状况、密实性及完整程度，由专人对岩芯进行描述，绘制钻孔柱状图。

4）帷幕灌浆试验质量的评定标准：接缝灌浆灌区的合格率在80%以上，不合格灌区的分布不集中，且每一坝段内纵缝灌浆灌区的合格率不低于75%，每一条横缝内灌浆灌区的合格率不低于75%，灌浆工程质量即可评为合格。

5）检查钻孔在完成压水试验后，进行声波测试，根据测试结果综合评定灌浆效果。在完成所以测试后检查孔应采用“全孔灌浆封孔法”进行灌浆和封孔。检查孔压水试验成果见表2。

从表2结果来看，各检查孔的压水值从质量评定标准来看是合格的，能满足设计要求，能达到防渗要求。

检查孔全孔采取岩芯，从钻探取样的结果来看，5个检查孔的采芯率分别为92.1%、90.5%、93.2%、90.2%、91.2%，均超过90%以上，在取出的岩芯中，节理裂隙处充填着水泥结石，特别是在细小的岩石裂隙中，水泥结石和岩石很好的胶结。从检查孔中取芯的结果来看，水泥结石充分充填到节理小裂隙中，在达到设计最大压力1.5 MPa的时候，水泥灌浆能够充分充填基岩节理面及裂隙，形成胶结的结石，灌浆效果明显，从而满足防渗的要求。

表2 检查孔压水试验成果区间统计表

本试验采用孔口封闭、孔底循环、自上而下分段灌浆法，试验结果显示：该灌浆方法是可行的，使用孔口封闭自上而下分段循环灌浆，既可以避免卡塞出现串浆现象，又可以使前灌段均能得到较高压力的重复灌浆，有利于保证灌浆质量。

从此次帷幕灌浆试验质量检查所得出的结果,可以看出孔口封闭孔底循环自上而下分段灌浆法这一灌浆技术，能够在坝体内形成稳定可靠的幕墙，从而降低坝体的渗透压力，对大坝起到了防渗作用，提高了大坝的稳定性。所以该技术可以在其它的大型矿渣尾矿坝中得到应用，也可以应用到其他水利水电工程中，该技术应该得到推广应用，从而以期获得良好的施工效果。