滇东岩溶地区帷幕灌浆单位注灰量与单位透水率相关分析

王冬升

摘要：由于碳酸岩地区岩溶洞（隙）的发育具有较高的不均一性，在岩溶防渗工程中，帷幕灌浆的单位注灰量对工程投资影响较为突出。为更好地了解岩溶地区帷幕灌浆的规律，结合几个岩溶区帷幕防渗工程的实测资料，对岩体的单位注灰量与单位透水率及其帷幕灌浆压力之间的相互关系进行了一元和二元双对数回归分析。结果表明：单位注灰量随单位透水率的增大而增加，并伴随灌浆压力的增大也相应增加，之间存在指数函数关系，且显著相关。论文研究成果可为类似工程帷幕灌浆单位的注灰量预测提供相对可靠的资料。

关键词：帷幕灌浆;单位注灰量;单位透水率;岩溶地区;云南东部

中图法分类号：TV534.5文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.013

文章编号：1006 - 0081（2021）08 - 0067- 06

滇东地区是西南岩溶区的主要分布地带，与贵州和广西典型岩溶发育区紧密相连。研究了滇东岩溶地区部分中、小型水利水电工程的帷幕灌浆实测资料。这些工程均按规程规范[1]要求施工，数据可信度高，参考价值强，且对灌浆过程中遇到的特殊情况处置及时、方法合理，形成的帷幕防渗体经过帷幕灌浆检查孔检查和初步蓄水验证达到了预期效果，主要代表性工程有石林地下水库、羊过水水库和洗洒水库等。

1 工程概况

羊过水水库总库容3 131万m3，坝址及库岸帷幕灌浆轴线地带为二叠系下统梁山组（P12）砂泥岩，深部为石炭系上统（C3）石灰岩。2007年水库蓄水后即发生了库区渗漏，2014～2018年进行了防渗勘察及处理，补充帷幕坝址及右岸灌浆段总长408 m，库区左岸断层影响带FG段灌浆帷幕长240 m，单排孔，孔距2 m。帷幕防渗灌浆工程量为：砂岩钻孔3 879 m，灰岩钻孔33 869 m，灌浆总进尺29 233 m。

石林地下水库总库容648.82万m3，其中地下蓄水量273.25万m3，地面库容375.57万m3。坝址及库岸帷幕灌浆轴线地带为二叠系下统栖霞组（P1q）及石炭系上统（C3）石灰岩夹倒石头组（P1d）泥质灰岩、砂页岩薄层，帷幕灌浆轴线全长4.84 km，除岩溶发育的枢纽区设置双排孔，孔距2.0 m，排距1.0 m，其余区域设置单排孔，孔距2.0 m，右岸中部至尾段孔距3.0 m。施工中局部地段作了加密处理，钻孔总进尺17 1542 m，灌浆总进尺155 364 m。

洗洒水库扩建工程扩建后总库容2 478.0万m3，库区左岸为石炭系上统（C3）石灰岩，帷幕灌浆轴线长796 m，单排孔，孔距2.0 m，灌浆总进尺10 944 m。

上述帷幕灌浆方式采用孔口封闭，自上而下分段循环灌浆[2]，逐序加密的原则施工。段长首段2.0 m，第二段3.0 m，以下为5.0 m;灌浆压力大于水头压力的1.5～2.0倍以上，首段0.5 MPa，第二段1.0 MPa，以下各段递增0.5 MPa，直至3.0 MPa，深度大于40 m则为4.0 MPa。简易压水试验所用压力为灌浆压力的80%。最大压力不超过1.0 MPa。若注灰量大于1 000 kg/m，且注入率无明显下降，压力无明显升高时，则待凝间歇6～8 h后复灌，直至达到设计灌浆压力并正常结束。

2 分析方法

资料取自上述中、小型水利水电工程的帷幕灌浆实测资料共47 659段，其注灰量情况统计见表1，剔除少量的偶遇极值和异常值[3]，本文共选择上述工程帷幕灌浆成果检测数据共45 325组，进一步作单位透水率与单位注灰量双对数相关分析。

2.1 帷幕灌浆单位透水率与单位注灰量

（1）单位透水率q。

（2）单位注灰量w。

2.2 回归分析

由于单位透水率与单位注灰量区间值域范围较大，为便于回归分析分别对单位透水率与单位注灰量进行对数计算，即采用x=lgq和y=lgW，以缩小区间值域范围。帷幕灌浆单位注灰量最为密切相关的因素为单位透水率和灌浆压力，首先根据单位注灰量与单位透水率进行一元线性回归，并在此基础上，对单位注灰量与单位透水率和灌浆压力再次进行二元回归分析。

3 单位透水率与单位注灰量的关系分析

（1）不同岩体的单位透水率与单位注灰量关系。由于石灰岩岩溶发育的不均一性导致单位透水率差异较大[4]，若岩溶裂隙贯通性较好，则单位注灰量相对较高，经统计碳酸岩平均单位注灰量为300～350 kg/m（表2）;由于砂泥岩段仅以羊过水水库工程为例，砂泥岩分布于表层，风化裂隙发育，单位透水率偏大，但贯通性稍差，单位注灰量相对较低，平均单位注灰量为168.30 kg/m，详见图1。

（2）不同灌浆压力下的单位透水率与单位注灰量关系。对于砂泥岩，由于岩体风化裂隙和层间裂隙发育，但贯通性较低，所利用的样本均位于表层30 m以内，因而所使用的灌浆压力相对较低，为0.5～1.5 MPa，大于1.5 MPa后多存在岩体破坏造成地表冒（串）浆，单位透水率与单位注灰量双对数线性回归分析见图2。

对于石灰岩，由于岩体岩溶洞（隙）发育，贯通性较好，上部岩体岩溶洞（隙）最为发育，贯通性也最好，单位透水率较大，通常难以达到设计的灌浆压力，待凝复灌现象普遍，因此单位注灰量偏大，深部岩体岩溶洞（隙）发育程度和贯通性减弱[5]，单位透水率减小，易于达到设计的灌浆压力。样本仅少量最小压力为0.1 MPa，普遍大于0.5 MPa，最大压力为4.62 MPa。单位透水率与单位注灰量双对数线性回归分析见图3。

通常情况下，当岩体的单位透水率相近时，单位注灰量会随灌浆压力的增大而增加。对于中等以上透水岩体，压力提升较慢，多有间歇复灌发生，复灌段占总样本数的2.7%，溶隙内填充物大部分可在2.5 MPa压力以下，多为1.5～2.5 MPa压力下被破坏。单位注灰量随灌浆压力的增大而增加，但伴随压力的增大，增幅变小，而对于10 Lu以下弱透水岩体，溶隙不发育且溶隙宽度细小，通常多小于1 mm，压力提升较快，可快速达到3.0 MPa或以上，单位注灰量随灌浆压力的增大而较1.0 MPa压力下的单位注灰量略有增加，其散点见图3，由于砂泥岩位于表层且灌浆压力普遍较小，样本数偏少，僅对石灰岩按照单位透水率区间对灌浆压力平均值和单位注灰量平均值统计见表3。

不同灌浆压力下单位透水率平均值与单位注灰量平均值相关图见图4。

根据对石灰岩在不同灌浆压力段条件下，由单位注灰量与单位透水率散点和平均值进行双对数回归分析，按平均值回归分析较散点回归分析其相关系数相对较高。由于所采集的数据点分布较为分散，按一定比例的数据（剔除一定比例的大值和小值后所剩余样本比例），砂泥岩数据相对较少按60%、石灰岩数据相对较多按80%、其余各压力段也按80%的样本数据回归可获得一个量值（截距）区间（即斜率不变，上、下限平移），则相关系数越大，相关性越好，截距区间范围就越小。按具有显著相关关系（相关系数大于0.80）的截距区间更便于其他工程参考，成果见表4。

对于一些具有充填的岩溶裂隙，伴随灌浆压力的增大存在多次待凝复灌问题，这些地段单位透水率多为中等透水。当单位注灰量大于1 000 kg/m且注入率无明显下降，压力无明显升高时，则待凝间歇6～8 h后复灌，直至达到设计灌浆压力并正常结束。一般随复灌次数的增加，单位注灰量也随之增加，其单位透水率与单位注灰量相关图见图5，由单位注灰量与单位透水率散点和平均值进行双对数回归分析，成果见表5。

综合帷幕灌浆单位注灰量与灌浆压力和单位透水率进行双对数二元回归分析，采用散点回归得到回归方程为：[M=313.407P-0.223q0.160]，复相关系数为r=0.547≥0.50，中度相关，详见图6。按一定比例的数据（剔除一定比例的大值和小值所剩余的样本比例），按70%的样本数据回归获得的截距区间为47.678～407.228，则相关系数为0.833，具有显著相关关系。

采用不同单位透水率区间平均值与灌浆压力平均值、单位透水率平均值（表3）进行双对数二元回归分析得到回归方程为：[M=36.131P0.360q0.778]，复相关系数为r=0.838≥0.800，显著相关，按80%的数据样本回归获得的截距区间为7.702～80.502，其回归方程：[M=（7.702～80.502）P0.360q0.778]的参考意义更为显著。

4结 语

通过上述相关分析，帷幕灌浆单位透水率与单位注灰量之间存在较为密切的相关关系。单位注灰量随单位透水率的增大而增加，单位注灰量与单位透水率存在指数函数且有显著的相关关系，同时伴随灌浆压力的增大而增加，也具有较为显著的指数函数相关关系。由于岩溶裂隙内的填充物大部分可在2.5 MPa压力以下，多为1.5～2.5 MPa压力下被破坏，但对于10 Lu以下弱透水岩体，由于岩溶裂隙不发育且溶隙宽度细小，内部充填物很少以至于单位注灰量随灌浆压力的增大而增幅减小，仅较1.0 MPa压力下的单位注灰量略有增加。由于帷幕灌浆受到灌浆方式等诸多客观因素制约，单位透水率与单位注灰量相关系数还不够非常显著，但可为类似工程帷幕灌浆单位的注灰量预测提供相对可靠的资料。

参考文献：

[1] SL31-2003 水利水电工程钻孔压水试验规程[S].

[2] 李茂珍.水文地质压水试验[M]. 北京：水利电力出版社，1987：82-89.

[3] 张苏民，钟龙辉，杨耀坤，等. 工程地质手册[M]. 2版. 北京：中国建筑工业出版社，1982：528-530.

[4] 张咸恭.工程地质学[M]. 北京：地质出版社，1983：43-45.

[5] 孙钊.大坝基岩灌浆[M]. 北京：中国水利水电出版社，2004：122-125.

（編辑：唐湘茜）