斜孔灌浆技术在大坝防渗加固处理中的应用研究——以古蔺县龙爪河水库大坝为例

郭万城，张鹏雄，伊 滨，张居东

(1.四川省水利科学研究院，成都，610072；

2.叙永县水务局，四川 叙永，646400)

1 工程概况

龙爪河引水工程位于古蔺县城北的高山林区，是一项跨流域的引水工程，将赤水河左岸一级支流龙爪河的水引到另一条支流古蔺河流域，以解决古蔺县城及附近地区的用水问题。该工程以农业灌溉、县城生活供水为主，兼有灌区人畜饮水及发电、旅游等综合利用[1]。该工程设施包括拦河大坝一座、坝后电站一座、干渠及左、右支渠、供水支渠各一条，以及供水厂一座。枢纽大坝为混凝土砌条石重力坝，最大坝高71.4m，坝顶自由溢流，溢流段长度40m，水库正常蓄水位1139.5m，总库容614.85万m3，灌溉面积4313.33hm2，渠首引用流量5.4m3/s。水厂近期供水规模1.5万m3/d。

2 左坝肩渗漏情况

大坝在水库蓄水高程达到1124m后，左岸大坝下游出现了4处漏水点，漏水量约为2000m3/24h。左岸灌浆平洞揭示，发现大坝左岸岩体卸荷强烈，卸荷带较深，左岸坝轴线上游约110m至下游140m范围内的岸坡岩体为卸荷变形体，其水平宽16m～60m，后缘以陡倾角LX1卸荷裂隙为界，下限高程约为1070m，平面形态大致呈三角形，总体积约50万m3。卸荷形变体在高程1100m以上基本保持了正常产状，岩层倾向坡外，产状N40°E/SE∠2°～4°；高程1100m以下岩层倾角变缓，甚至反倾，倾向山内，坡脚岩层产状为N35°～60°E/NW∠2°～7°。卸荷变形体以砂岩为主，卸荷变形体中的软弱破碎带成分多为泥夹碎块或碎块夹泥，无连续的纯泥夹层。

左岸卸荷变形体受卸荷、蠕变作用，坡体中结构面张开，岩体透水强烈。据左岸钻孔压水试验，透水率q值一般30Lu～40Lu，最大达618.7Lu，属极强透水岩层，特别在后缘LX1界面上，渗漏量Q>90L/min，而在弱卸荷带内q值一般小于10Lu，并且向下或向山内逐渐减弱至不透水层。

坝址地段岩体透水性与风化、卸荷关系密切[2]，尤其与裂隙发育程度、裂隙张开宽度、延伸长度、裂隙性质关系密切。岩体透水性横向上左岸比右岸大，纵向上有随深度增加而逐渐减小的趋势。

3 左坝肩渗漏情况分析

左坝肩灌浆由于地质情况非常复杂，水平裂隙及陡倾角卸荷裂隙相当发育，灌浆难度相当大。灌浆施工复灌次数多，耗灰量特别大，施工难度高，局部孔最大的复灌次数达到20次以上，左2-38#孔单孔耗灰量甚至达到了300t，不断的复灌扫孔再复灌过程给施工增加了不少难度。由于左坝肩灌浆存在太多的陡倾角卸荷裂隙，而所布的主副帷幕均为直孔，可能存在灌浆孔未能贯穿卸荷裂隙的现象。

鉴于左岸卸荷变形体多层水平软弱带和破碎带及较多陡倾角卸荷裂隙这一复杂地质情况，为进一步探明渗漏原因，在左岸卸荷裂隙发育地段布置9个75°斜孔检查孔(详见图1)，并同时在9个检查孔中再进行帷幕灌浆。钻孔总长度共计531.5m，帷幕灌浆段长度388.2m，压水试验57段，注灰量27t，平均69.33kg/m。

图1 左岸斜孔检查孔立面

左岸9个斜孔检查孔在施工完成后，绝大部分灌浆段压水试验透水率<5Lu，只有两个孔出现透水率>5Lu的现象。分别是：①6#斜孔第六段孔深30m～35m处发生漏水(即高程为1113m处附近)，透水率24.2Lu，注入水泥量为19t；②9#斜孔第五段孔深51m～56m段(即高程位置1095m处附近)，压水压力加到0.7MPa时无法继续加压，透水率12Lu，注入水泥量为1.5t，未发现明显漏水或漏浆点。

因6#与9#孔透水率增大，排除岩石劈裂可能性(因为灌浆压力未提高，且9个斜孔检查孔均在原检查孔上)，初步分析存在帷幕灌浆孔未贯穿卸荷裂隙的情况。

4 左坝肩帷幕灌浆补强孔设计

针对9个斜孔检查孔的情况所分析出的结果，业主、监理、设计和施工方多方讨论后，决定对卸荷裂隙发育地段进行进一步补强工作。共在两排帷幕的中间再增加一排帷幕补强灌浆孔33个。孔距2.00m。灌浆压力按原设计压力，设计钻孔为75°斜孔，进入相对不透水层(q≤5Lu)深度不小于4.00m，采用φ91mm孔径，首段(待凝段)段长2.00m，以下段长一般为5.00m～6.00m。

5 左坝肩帷幕灌浆补强孔施工情况

在施工中发现，孔口位置位于PD6平硐顶外7m～11m之间的三个孔，左20#、21#、22#三个孔在孔深35m至45m段时都有不同程度的漏浆现象。左20#孔于孔深35.0m处全漏失，高程1109.5m，透水率35.53Lu，该段灌浆用水泥37t，并于左岸下游原漏水点的1号、2号漏水点发现了漏浆情况，该漏浆点高程1094m；左21#孔于孔深44.2m处全漏失，高程1100.3m，透水率29.93Lu，灌浆用水泥16t，在库区左岸近坝库岸边坡高程1098m至1124m之间沿裂隙面有漏浆现象；左22#孔于孔深39m～45m(高程1103m～1099m)第四段灌浆用水泥12t，在库区左岸近坝库岸边坡高程1124m处沿裂隙面有漏浆现象。此次补强孔的施工中，原有4处漏水点位置中的其中2处出现了漏浆现象，并且在上游库区近坝库岸边坡不同高程位置上的水平裂隙局部也出现了漏浆情况，漏浆点位置随着灌浆过程的持续而不断上升。在左20#、21#、22#三个孔施工结束后，为了更好地检验灌浆效果，决定在左20#孔与左21#孔之间加密1个左33#孔，左33#孔施工中未发现任何特殊情况，从一定程度上反映了补强孔灌浆处理的明显效果。

表1 左坝肩补强孔处理情况

6 左坝肩帷幕灌浆补强孔灌浆成果分析

6.1 单位透水率分析

本次补强孔I序孔压水试验51段次，其透水率为0.34Lu～29.93Lu。平均为0.95Lu；Ⅱ序孔压水试验61段次，其透水率为0.58Lu～35.53Lu，平均为0.87Lu。从单位透水率频率与序次的关系分析：透水率小于5Lu的频率I序孔占49%，Ⅱ序孔占60%；透水率大于20Lu，I序孔1个，Ⅱ序孔2个，单位透水率小于10Lu的频率随灌浆序次递增而增大，灌浆效果明显。

表2 透水率成果统计

6.2 直孔、斜孔灌浆分析

把本次斜孔帷幕补强灌浆成果与龙爪河水库枢纽直孔帷幕灌浆成果，从经济角度，包括灌浆施工工时和水泥消耗两个方面进行了概略对比。直、斜孔由于钻进方位、角度不同，钻进难易程度差别较大，同一地层用75°斜孔钻灌成本和耗时与用铅直孔之比通过初略估算为1.8∶1，且比值随着钻孔倾角变缓而增大，从单方面看斜孔不如直孔，但是如果同斜孔比直孔对同一地层灌浆效益相比来看，综合评比斜孔还是优于直孔。

对于龙爪河水库枢纽左坝肩帷幕补强灌浆来说：灌浆结果直、斜孔都需要Ⅱ序孔才能达到设计要求；压水试验表明斜孔组q值比铅直孔大1.2～2倍，这从侧面说明了斜孔比直孔穿透的裂隙多得多；从工时总体统计来看，斜孔辅助时间与灌浆时间多些；从工作量比较，每米帷幕所投入的工作量，斜孔与直孔比为1.32∶1；因斜孔较直孔穿过更多裂隙，故孔距可适当加大[3]。当然上述因素是不同的，因而会直接影响评价结果，但其评价结果还是有参考价值的。

总的来说，以查清被处理岩体的工程地质、水文地质条件为基础，从天然结构面分布规律调查入手，充分考虑透水、透浆结构面产状特点情况下，如果能从技术上熟练掌握斜孔钻、灌工艺，具备有效事故处理措施，结合计算机程序研发，斜孔灌浆方案前景广阔。

7 结论

龙爪河水库枢纽左坝肩补强帷幕灌浆工程中利用斜孔灌浆技术，经过灌浆实践证明：

(1)鉴于大坝左岸下游卸荷体的渗水现象，结合本工程大坝左岸下游卸荷体范围内多层水平软弱带和破碎带及太多的陡倾角卸荷裂隙发育这一特殊的地质原因，对大坝左岸进行了斜孔检查孔查漏帷幕灌浆处理和补强孔帷幕灌浆处理，收效明显。不仅对原有的部分漏水点位置达到封堵效果，而且对上游库区内的卸荷体起到了良好的封堵效果。

(2)通过对灌浆直、斜孔进行对比分析表明，斜孔与直孔虽然各有优缺点，但斜孔灌浆的效果是显著的，在被灌岩体结构面倾角为陡倾角的地区采用斜孔灌浆技术是必要的。

这种以查清被处理岩体的工程地质、水文地质条件为基础，从天然结构面分布规律调查入手，充分考虑透水、透浆结构面产状特点情况下，优选钻孔方位及倾角，把灌浆工作与被灌介质特点结合起来考虑的灌浆思路，实践中是可行的，而且具有一定优越性，可以作为今后灌浆工作中采用的一种方法。

由于岩体结构的不确定性、复杂性及产出状态的多样性等，不可能有一种万能的方法，对于该项技术而言，只有当裂隙的倾角比较大时，才能显出其优越性，对于缓倾角裂隙，如果照搬该方法就会失去意义，并且增加浪费。另外，通过本次补强施工，我们发现了该方法中的一些不足之处。如钻孔方位确定后，施工难度增加带来不利方面缺乏定量系统评价；针对某一陡倾角结构面为主工程，虽然斜孔较直孔穿过更多结构面，但对于结构面的连通情况缺乏数值定量评价。但总的来说该方法的提出有一定先进性，值得在工程实践中继续提高，深入研究和推广。