復(fù)雜地質(zhì)條件下帷幕灌漿施工優(yōu)化摘要：在西非某供水大壩工程帷幕灌漿施工中，由于灌漿段地質(zhì)結(jié)構(gòu)從上至下分覆蓋層、全強風(fēng)化層、弱微風(fēng)化層、且全強風(fēng)化層段較厚，可鉆、可灌性極差，針對現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過論證分析，采取在非灌段利用原始覆蓋層形成蓋重，在原始覆蓋內(nèi)預(yù)埋護壁導(dǎo)管，在全強風(fēng)化層灌漿段埋設(shè)護壁花管等措施，有力的保證了帷幕灌漿施工順利進行，可供類似工程參考。關(guān)鍵詞：帷幕灌漿；原始覆蓋；全強風(fēng)化層；護壁導(dǎo)（花）管1概述本供水工程位于西非，韋梅河流域。本項目規(guī)劃在L河上修建1235萬m3的水庫用以滿足G城和D城兩城的供水需求，在A河上修建210萬m3的水庫來滿足S城的供水需求。此外，建設(shè)連通工程將兩個水庫連接，在遇到特殊干旱年時，兩水庫供水量可互為補充，以提高供水保障。其中A水庫位于A河上，多年平均流量0.35m3/s，水庫正常蓄水位高程115m，相應(yīng)庫容210萬m3，A均質(zhì)土壩壩長609m，最大壩高19.2m，大壩帷幕灌漿約2400m；L水庫位于L河上，多年平均徑流量1.06m3/s，水庫正常蓄水位高程143.50m，相應(yīng)庫容1235萬m3，L水庫均質(zhì)土壩壩長1007m，最大壩高19.8m，大壩帷幕灌漿約5000m。2壩址區(qū)工程地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)報告A壩及L壩壩址區(qū)及附近地區(qū)地形平緩，覆蓋層厚度較薄，未見滑坡、崩塌等較大規(guī)模的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化。壩址區(qū)巖體風(fēng)化以物理風(fēng)化為主，風(fēng)化程度主要受地形、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水活動等因素控制，共劃分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化?新鮮五級。壩址區(qū)地質(zhì)測繪及勘探成果如下：A壩全風(fēng)化巖體底界垂直埋深5m?13m，強風(fēng)化巖體底界垂直埋深8m?15m，弱風(fēng)化巖體底界垂直埋深為18m?20m。弱風(fēng)化?微新巖體局部存在少量夾層風(fēng)化料現(xiàn)象。強風(fēng)化巖體滲透性以中等透水；弱風(fēng)化巖體滲透性以弱透水上帶(10Lu>qN1Lu)為主，部分中等透水(100Lu>qN10Lu)，微風(fēng)化?新鮮巖體滲透性以弱弱透水上帶(10Lu>qN1Lu)為主，弱透水巖體下帶頂界埋深兩岸一般14m?24m，河床部位約11m?19m。L壩全風(fēng)化巖體底界垂直埋深2.0m?6.0m，局部達7.5m左右。強風(fēng)化巖體底界垂直埋深3.0m?7.5m，局部達15.0m左右；弱風(fēng)化巖體底界垂直埋深為6.2m?11.3m，局部大于16.0m。弱風(fēng)化?微新巖體中局部存在少量夾層風(fēng)化現(xiàn)象。強風(fēng)化巖體滲透性以中等透水(100Lu>qN10Lu)為主；弱風(fēng)化巖體滲透性以中等透水(100Lu>qN10Lu)為主，部分弱透水上帶(10Lu>qN5Lu)，微風(fēng)化?新鮮巖體滲透性以中等透水(100Lu>qN10Lu)和弱透水下帶(5Lu>qN1Lu)為主，部分弱透水上帶(10Lu>qN5Lu)。弱透水巖體下帶頂界埋深左岸一般14m?16m，壩肩部位>16m，右岸一般11m?15m，河床部位約16m。3前期帷幕灌漿試驗遇到的問題根據(jù)設(shè)計要求，壩基開挖要求清除表層耕殖土，清基厚度要求〉0.8米，帷幕灌漿基槽在壩基開挖基礎(chǔ)上下挖約1米，同時帷幕灌漿槽應(yīng)開挖至設(shè)計高程，并確保挖除全部坡積層，總的帷幕灌漿槽開挖深度大于2米。帷幕基槽底寬3米，開挖完成后進行2米寬1米厚蓋重混凝土施工，方案如下圖1：帷幕灌漿基槽開挖及蓋重結(jié)構(gòu)布置圖。圖1帷幕灌漿基槽開挖及蓋重結(jié)構(gòu)布置圖

帷幕灌漿試驗區(qū)選在L壩左岸進行，試驗區(qū)共20孑L,單排孔，鉆孔分三序，其中I序5孔、II序5孔、III序10孔，每孔灌漿分2-3段灌注，試驗區(qū)除先導(dǎo)孔采用“自上而下”灌漿法外，其余各孔均采用“自下而上”灌漿法施工。試驗區(qū)于2020年7月25日開始施工，截至2020年8月31日，共完成帷幕鉆孔68.1m，完成灌漿共9個段次，在試驗過程中出現(xiàn)以下問題。1）試驗區(qū)灌漿頂部高程以下全強風(fēng)化層深度在3.0m?5.0m區(qū)間，實鉆深度大部分灌漿孔在3.0m~8.0m，局部孔位深度達到10m，該層次灌漿段在鉆進時返水呈泥黃色，沙泥含量較多，取芯困難，孔壁易垮塌，鉆孔時易卡鉆、埋鉆，灌漿時易被泥沙掩埋灌漿塞而發(fā)生灌漿事故，具體如下圖2：鉆孔內(nèi)采用水流沖洗出的黃色泥漿。圖2鉆孔內(nèi)采用水流沖洗出的黃色泥漿2）接觸段0?2m地表冒漿問題：通過試驗區(qū)帷幕鉆孔施工所揭露的地質(zhì)情況觀察，接觸段0?2m位置強風(fēng)化巖層鉆孔取芯率極低，遇水易崩解。在灌漿過程中，在無灌漿壓力的情況下，臨近灌漿孔蓋重體上、下游側(cè)多次出現(xiàn)地表冒漿現(xiàn)象，多次采用間歇、限流、濃漿及待凝的處理措施，均未達到設(shè)計所要求的灌漿結(jié)束條件，因上述施工問題的存在，試驗段的試驗工作遲遲不能有效完成，嚴(yán)重影響了帷幕灌漿施工進度。3）檢查驗收問題：根據(jù)試驗區(qū)現(xiàn)有的地質(zhì)條件，通過常規(guī)基巖帷幕灌漿鉆灌工藝對全強風(fēng)化巖層進行帷幕灌漿，無法進行有效固化，如在今后驗收過程中采用壓水試驗，在動水壓力條件下極易產(chǎn)生沖蝕，極易出現(xiàn)透水率超標(biāo)等問題而影響驗收結(jié)果。4采取相應(yīng)措施及灌漿試驗結(jié)果4.1出現(xiàn)問題原因分析經(jīng)與設(shè)計、監(jiān)理進行現(xiàn)場討論分析，一致認(rèn)為，蓋重以下3m?8m主要以全、強風(fēng)化巖石為主，現(xiàn)場開挖揭露出該段地層巖石外觀具有巖石的性質(zhì)，但在動水或漿液的浸潤、沖刷作用下，沖蝕型地質(zhì)承壓力較低變得相對不穩(wěn)定，容易形成塌孔及滲流通道，從而造成孔壁坍塌、鉆孔埋鉆、灌漿埋塞事故及接觸段經(jīng)多次待凝、復(fù)灌無效問題。4.2采取解決措施對以上問題米取以下措施進行解決：接觸段0?2m地表冒漿，接觸段灌漿質(zhì)量無法保證問題在帷幕灌漿前進行表層植被清除并對腐殖土面層進行整平，利用潛孔鉆直接在腐殖土上造孔，預(yù)埋護壁導(dǎo)管，護壁導(dǎo)管采用90mm的PVC管材，利用層厚2m左右的原始腐殖土覆蓋層形成的蓋重提升灌漿壓力和控制地表冒漿，以確保灌漿質(zhì)量。具體見圖3非灌段、全強風(fēng)化層護壁導(dǎo)管(花管)埋設(shè)，原始蓋重土層在灌漿驗收工作結(jié)束后填壩前全部挖除，挖除到設(shè)計灌漿頂高程。XY-2PC鉆機鉆進時在水流沖刷下孔壁易垮塌問題在全強風(fēng)化層段，利用潛孔鉆機造孔，同時預(yù)埋護壁花管，護壁花管采用90mm的PVC管材，由于全強風(fēng)化層灌漿需要，護壁花管在非灌段以下每隔25cm鉆一環(huán)出漿孔，每環(huán)4孔，孔徑為1.0cm。護壁花管下入孔內(nèi)后在孔內(nèi)填充0.5cm~1.0cm的豆石作為填充料確保漿液順利滲透利于充填灌漿需要，在豆石填充至距非灌段10cm位置填充部分細(xì)沙阻隔非灌段，防止?jié){液滲透堵塞出漿孔，最后采用0.5:1濃漿充填非灌段管壁間隙，待凝24h后進行充填灌漿，具體詳見圖3及圖4現(xiàn)場加工全強風(fēng)化層護壁導(dǎo)管。

圖3非灌段、全強風(fēng)化層護壁導(dǎo)管（花管）埋設(shè)示意圖（單位：cm）圖4：現(xiàn)場加工全強風(fēng)化層護壁導(dǎo)管4.3施方案優(yōu)化后鉆灌試驗1）鉆孔施工試驗非灌段、全、強風(fēng)化層灌漿段采用泰業(yè)5X全液壓潛孔鉆機鉆孔，鉆孔直徑不小于100mm，成孔后下入90mmPVC護壁導(dǎo)（花）管，具體見圖5：全液壓潛孔鉆機鉆孔及埋管圖。弱、微風(fēng)化巖石灌漿段采用XY-2PC地質(zhì)鉆機配金剛石鉆頭鉆孔，鉆頭直徑75mm，先導(dǎo)孔和檢查孔自上而下分三段分段鉆進，第一段0?4m,第二段4?12m，第三段12m~終孔，全強風(fēng)化層段，鉆孔結(jié)束預(yù)埋花管后進行第一次充填灌漿，待凝6-8h后再進行弱、微風(fēng)化層鉆孔，然后再采用自下而上分段灌漿。圖5全液壓潛孔鉆機鉆孔及埋管圖2）全、強風(fēng)化層灌漿試驗區(qū)屬深厚全、強風(fēng)化層地質(zhì)，全強風(fēng)化層灌漿主要采用的是充填灌漿方式改善壩基滲透指標(biāo)。全、強風(fēng)化層在工藝調(diào)整后的灌漿試驗成果如下。A）施工順序灌漿優(yōu)化順序如下：優(yōu)化后充填灌漿施工順序：預(yù)埋花管一待凝24h一灌前注水試驗（先導(dǎo)孔）一全強風(fēng)化層段第一次充填灌漿一待凝6-8h一鉆孔一終孔驗收一弱、微風(fēng)化層與基巖灌漿一起塞一全強風(fēng)化層段第2次充填灌漿一封孔。B）灌漿壓力全、強風(fēng)化層采用限量灌漿法，對壓力不做具體要求。C）漿液配比試驗在滿足升壓灌漿的條件下，采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五個比級進行灌注，在實際施工過程中，多數(shù)試驗孔吸漿量大且難以升壓，為了達到較好的充填灌漿效果，在先導(dǎo)孔施工結(jié)束后，其余孔的全強風(fēng)化層灌漿段采用1:1、0.5:1兩個比級進行灌注。D）灌漿成果分析

全、強風(fēng)化層主要采用充填灌漿的方式施工，該層次累計鉆孔132m，累計注灰量為34157.6kg，平均單耗為258.77kg/m，為判定充填灌漿是否對該地層的滲透指標(biāo)有所改善，通過灌前與灌后注水試驗成果進行對比，取得的試驗成果詳見下表1：全、強風(fēng)化層灌前與灌后注水試驗成果對比分析。表1全、強風(fēng)化層灌前與灌后注水試驗成果對比分析單元鉆孔類型孔試驗段長(m)單位時間注入量(L/min)滲透系數(shù)(cm/s)69-I40.8659.09X10-5cm/s81-X240.9668.95X10-5cm/s8/19灌注施工前孔位85-I240.6546.01X10-5cm/s89，240.7536.82X10-5cm/s93-I240.5835.18X10-5cm/s

通過表1對比分析可以看出，本試驗區(qū)采用兩次充填灌漿，通過灌前與灌后試段滲透系數(shù)進行對比，其灌后滲透系數(shù)指標(biāo)得到明顯改善，平均值較灌前減少了60余倍，遠遠優(yōu)于設(shè)計所要求的“滲透系數(shù)小于1X10-5cm/s,平均值小于5X10-5cm/s”的合格指標(biāo)要求。3）弱風(fēng)化、基巖段灌漿弱風(fēng)化、基巖段灌漿在充填灌漿結(jié)束后待凝6-8h開始鉆孔，這個時間段充填灌漿灌入裂隙的水泥漿液已初凝和無流動性，不具有被鉆孔液沖洗出孔外的風(fēng)險。通過弱風(fēng)化、基巖段鉆孔時間段內(nèi)預(yù)埋管水泥強度的進一步提升，全、強風(fēng)化層坍塌特性得到明顯改善，提高了基巖段灌漿的卡塞封閉性能。A）施工順序除先導(dǎo)孔外，其余灌漿孔參照上述全、強風(fēng)化層灌漿A條款施工順序進行施工。B）灌漿壓力弱微風(fēng)化巖石段灌漿壓力采用設(shè)計給定的表2壓力參考表執(zhí)行。表2基礎(chǔ)帷幕灌漿壓力表值段次孔深（m）I序孔（壓力MPa）II序孔（壓力MPa）III序孔（壓力MPa）一段partieI0?40.15?0.250.2?0.3第|4?120.25?0.3?0.4二段0.35第三段12~終孔12~derniertrou0.35?0.450.4?0.5注：可根據(jù)灌漿試驗結(jié)果適當(dāng)調(diào)整灌漿壓力，應(yīng)按基礎(chǔ)地質(zhì)條件盡量采用較高壓力。漿液配比試驗采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五個比級進行灌注，該比級漿液能夠滿足基巖灌漿要求，采用3:1作為開灌水灰比，吸漿量大的情況下濃漿結(jié)束，對基巖細(xì)小裂隙進行有效充填情況下，同時也能對擴張裂隙進行有效充填。灌漿成果分析經(jīng)試驗論證，對全強風(fēng)化層有效處理，卡塞封閉性能良好，未發(fā)生地表冒漿現(xiàn)象，弱、微風(fēng)化段灌漿質(zhì)量得到有效保障。灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計要求，弱、微風(fēng)化段段灌漿試驗成果、檢查驗收成果對比分析見下表2弱、微風(fēng)化段帷幕灌漿成果對比分析、表3檢查孔壓水試驗成果對比分析。表3弱、微風(fēng)化段帷幕灌漿成果對比分析試驗區(qū)所在單元序孔孔數(shù)(孔)灌前平均透水率(Lu)鉆孔工程量(m)總注灰量(kg)單耗(kg/m)

8/19單元838.06575912.778.8I820.2663182.449.716.33112812229.917.4總計3220.98672325142.4通過表3可以看出，弱、微風(fēng)化段灌漿各次序孔灌前透水率、單位耗灰遞減明顯，符合帷幕分序灌漿耗灰量變化規(guī)律。表4檢查孔壓水試驗成果對比分析工程部位孑'次段段長（m）壓力（Mpa）透水率（Lu）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)特征B0+574.258J1280.34.755Lu弱、微風(fēng)化

.25B0+622.25B0+622注：第1段為全、強風(fēng)化層，采用注水試驗，驗收檢查成果對比見表1。通過試驗區(qū)弱、微風(fēng)化層灌漿段壓水試驗檢查，透水率指標(biāo)均小于設(shè)計要求，說明試驗結(jié)果達到設(shè)計要求的帷幕防滲要求。4）灌漿壓力試驗區(qū)灌漿壓力采用設(shè)計給定的表2壓力參考表執(zhí)行。除采用充填灌漿方式的全、強風(fēng)化層采用限量灌漿法對壓力不做具體要求外，經(jīng)過灌漿試驗結(jié)果論證，在參考設(shè)計灌漿壓力條件下，弱、微風(fēng)化層的灌漿壓力滿足現(xiàn)場施工技術(shù)要求。5結(jié)論1）采用潛孔鉆預(yù)埋護壁導(dǎo)管，利用層厚2m左右的原始腐殖土覆蓋層形成的蓋重，用于提升灌漿壓力和控制地表冒漿以確保灌漿質(zhì)量。灌漿工作結(jié)束后在填壩前全部挖除，直到設(shè)計灌漿頂高程。該方法施工工藝簡單，可操作性強，精簡了工序，有效的解決了接觸段灌漿質(zhì)量問題，節(jié)約了大量蓋重混凝土，節(jié)約了施工成本。2）在全、強風(fēng)化巖層地質(zhì)條件下，采用護壁花管充填灌漿工藝，能極大改善鉆孔、灌漿環(huán)境，規(guī)避埋鉆、埋塞事故風(fēng)險，對施工質(zhì)量、進度都有明顯的改善和提高。3）在全、強風(fēng)化層埋深較淺的部位，為提高預(yù)埋管的可靠性和輔助提升灌漿壓力，結(jié)合漿液擴散范圍（半徑）考慮，建議將預(yù)埋管伸入灌漿頂部高程以下0.5m-1.0m位置，通過增加地表與灌漿段高程差用以提升滲徑長度，防