貢建兵，李焰

（1.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北宜昌，443002；2.中國葛洲壩集團勘測設計院有限公司，湖北宜昌，443002）

1 工程概況

某電站河床f18斷層出露于右岸壩基1605（壩趾）～1583 m（壩踵）高程，斷層面起伏粗糙、銹染，主要為淺灰～灰色厚～巨厚層條紋狀大理巖夾深灰色互層狀大理巖。破碎帶寬一般為5～30 cm，組成物質(zhì)：上游側(cè)主要為重膠結(jié)角礫巖，下游側(cè)主要為無膠結(jié)的片狀巖、碎裂巖，沿斷層面為5～50 mm厚的連續(xù)褐黃色或黑色斷層泥。影響帶同向裂隙密集發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，影響帶下盤為煌斑巖脈，下游側(cè)以弱風化為主，上游側(cè)主要強風化。

f18斷層貫穿壩基上下游，在河床上游與水庫聯(lián)系，且斷層及下盤煌斑巖脈巖體破碎、性狀差，在水庫運行期長期高壓水滲透作用下，可能發(fā)生逐漸軟化、泥化現(xiàn)象，形成滲漏通道，導致壩體局部開裂。為了提高該斷層的抗?jié)B、抗變形能力，提高巖體的整體性與均質(zhì)性、巖體抗壓強度與彈性模量，以及減少巖體的變形與不均勻沉陷，需在斷層區(qū)域布置水泥+化學漿液灌漿孔進行復合灌漿補強處理。至2011年12月，完成水泥-化學復合灌漿工程量4703 m。

2 灌漿設計與漿材

復合灌漿孔設計采取矩形方式布置，矩形分為Ⅱ序排、排內(nèi)又分Ⅱ序施工方式，其排距為2 m，孔深分別為12 m、15 m、40 m、50 m等四種，如圖1。

化學灌漿材料根據(jù)設計要求及DL/T 5406-2010《水工建筑物化學灌漿施工規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，其指標按表1、表2要求選擇。

表1 環(huán)氧樹脂灌漿材料漿液性能Table 1 Properties of the epoxy grouting slurry

表2 環(huán)氧樹脂灌漿材料固化物性能Table 2 Properties of the solidification of the epoxy grouting

灌漿方法為兩種。即Ⅰ序排Ⅰ序孔全部采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法施工，其余孔序全部采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法施工。前者，各灌漿段當透水率q≥1.0 Lu時，采用濕磨細水泥漿灌注至透水率q＜1.0 Lu；當透水率q＜1.0 Lu時，采用化學漿液灌漿?；瘜W灌漿結(jié)束時立即采用水泥漿液置換孔內(nèi)化學漿液，置換后水泥漿液需在孔內(nèi)作屏漿及閉漿處理，標準為：當回漿壓力表“歸零”時閉漿結(jié)束，最后，等水泥漿待漿到初凝時再掃孔進行下一段鉆灌，如此反復。后者，當灌漿段透水率q≥1.0 Lu時，立即進行濕磨細水泥灌漿處理直至透水率q＜1.0 Lu；當灌漿段透水率q＜1.0 Lu時，不灌漿繼續(xù)下一段鉆孔及壓水，當全孔達設計孔深，再自孔底段向上分段進行化學灌漿，各化學灌漿段結(jié)束亦要求屏漿和閉漿，閉漿標準同上，如此循環(huán)直到孔口段結(jié)束。

3 鉆孔、灌漿施工

3.1 鉆孔

采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法進行施工時，使用XY-2和XY-2PC地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機配?91金剛石鉆頭進行孔口段鉆進，待灌漿結(jié)束且孔口管安裝完成后，再變徑?76 mm孔徑進行全孔一次鉆到設計孔深；采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法施工時，孔口段鉆進與前者相同，孔口段以下各灌漿段則采用?56 mm孔徑分段鉆進。

鉆孔過程中，嚴格按照設計鉆孔參數(shù)進行鉆孔施工，重點控制好鉆孔孔斜。

3.2 灌漿

3.2.1 漿液的配制

濕磨細水泥漿制備，先集中制備水灰比為W/C=0.5的普通水泥漿，再將普通水泥漿液通過三次水泥濕磨機濕磨，最后制備成濕磨細水泥漿。

化學漿液選用雙組分漿液，即A、B兩組，按A∶B=6∶1進行現(xiàn)場配置。

圖1 復合灌漿孔布置圖Fig.1 Distribution of the grouting holes

3.2.2灌漿施工

無論何種方式方法灌漿，水泥灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)式，化學灌漿采取純壓式。其中特別要強調(diào)的是，在“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段鉆孔及灌漿施工過程中，當透水率q≥1.0 Lu孔段進行濕磨細水泥灌漿時，為避免化學灌漿時出現(xiàn)漿液繞塞現(xiàn)象，必須嚴格灌漿質(zhì)量。

采用“孔口封閉、自上而下分段”灌漿法施工和采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上、分段灌漿”法施工時，工藝流程見圖2。

圖2 灌漿工藝流程圖Fig.2 Flow chart of grouting

以上工藝中，化學灌漿遵循“長時間、慢速率、盡量達到一定注入量”的原則進行，控制好灌漿壓力和注入率的協(xié)調(diào)關(guān)系。一般情況下注入率應控制在0.05～0.1L/min.m之間。當注入率≤0.05L/min.m時，適當升高灌漿壓力，當注入率≥0.1 L/min.m時，適當降低灌漿壓力或控制注入量，提高與降低均以設計灌漿壓力值為參照。

3.2.3 施工過程中的特殊情況處理

滲水孔灌漿。先采取濕磨細水泥灌漿，并適當提高灌漿壓力，進行純壓式灌漿。漿液中添加一定量的速凝劑，屏漿30 min、閉漿24 h。待水泥漿液凝固后，再進行掃孔、洗孔、壓水試驗，在透水率小于1.0 Lu時，再進行化學灌漿。

灌漿過程中的滑塞情況。①灌漿過程中，應確保卡塞壓力足夠大；當壓力略微減小時及時補充卡塞壓力（即補充手壓泵壓力）；②卡塞之前，首先檢查栓塞膠囊膨脹性能是否良好，對多次使用的栓塞要及時用丙酮進行清洗，并用棉紗擦拭干凈，再放入孔內(nèi)卡塞；③多次卡塞失敗的孔段應更換新的栓塞進行卡塞。

繞塞觀察。灌漿過程中是否出現(xiàn)繞塞，現(xiàn)場觀察方法一為：將卡塞好的塞上部注滿水，在化學灌漿的全過程中隨時觀察孔口水位變化情況，若未灌漿壓力在不斷增大（直到達到設計壓力），灌漿注入率在持續(xù)減少，未發(fā)現(xiàn)孔口有水或化學漿液溢出，說明沒有繞塞；方法二：采用風管置于栓塞上端部，用壓風方式持續(xù)吹孔，若無化學漿液流出，可以判斷沒有繞塞。

繞塞處理措施。灌漿過程中發(fā)現(xiàn)繞塞，立即停止灌漿并壓風將栓塞上部的水和漿液吹出孔外，迅速提取栓塞進行清洗，檢查栓塞完好性及膠囊性能，必要時更換栓塞。再根據(jù)實際情況增加或縮短段長，再次卡塞，直到滿足灌漿卡塞要求時止。

灌注完成繼續(xù)灌注上段次時，松塞前先用風管置入卡塞上端，壓風將孔內(nèi)留水吹出孔外，再啟塞。

化學灌漿串漿處理。用濕磨細水泥漿液置換出孔內(nèi)的化學漿液，必要時在水泥漿中添加一定量的速凝劑，待水泥漿液凝固后，掃孔復灌化學漿液。

3.2.4 灌漿壓力

表3中的灌漿壓力，根據(jù)施工中期布置的檢查取芯發(fā)現(xiàn)，孔頂20 m范圍內(nèi)由于排內(nèi)鉆孔孔間距?。咨?0 m處孔間距為0.96～1.21 m），因此化學漿液在微小裂隙中充填密實、飽滿，灌漿效果明顯；隨著鉆孔深度的加大，孔底間距增為1.75～2.02 m，因此化學漿液充填裂隙不如孔頂20 m范圍。因而經(jīng)過專家意見，各孔段壓力在原基礎上增加0.5 MPa。

表3 濕磨細水泥漿及化學漿液灌漿壓力Table 3 Grouting pressure for the wet grinding fine cement slur?ry and chemical slurry

3.2.5 灌漿結(jié)束標準

濕磨細水泥漿：采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法時，灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1 L/min，繼續(xù)灌注60 min，可結(jié)束灌漿；采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法時，灌漿段在最大設計壓力下，注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿。

化學漿液灌漿：在設計灌漿壓力下，注入率不大于0.01 L/min.m后持續(xù)灌漿4 h，可結(jié)束灌漿，且每一灌漿段的灌漿時間不得小于24 h（后期根據(jù)專家咨詢意見，全部延長到48 h，待凝時間增加至36～40 h）。

3.2.6 封孔

采用自上而下灌漿法施工的鉆孔，采用0.5∶1水泥漿自下而上分段進行純壓式灌漿封孔。分段長20 m，封孔灌漿壓力為該灌漿段的最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時間不小于1 h。如孔內(nèi)水泥漿干縮，上部空腔長度大于3 m時，采用同樣的方法進行第二次封孔，小于3 m時，可使用干硬水泥砂漿人工封填搗實。

采用自下而上灌漿的鉆孔，孔口段灌漿結(jié)束后孔內(nèi)化學漿液不置換，立即采用該段設計灌漿壓力采用化學漿液進行封孔，封孔灌漿持續(xù)時間不小于1 h?？卓诙位瘜W漿液凝固后，對鉆孔上部空隙使用干硬性水泥砂漿人工封填搗實。

表4 1單元各序孔灌前透水率頻率分布表Table 4 Distribution of the permeability of the grouting holes before grouting

表5 1單元各序孔化學灌漿單位注入率頻率表Table 5 Distribution of injection rates of the grouting holes in chemical grouting

4 灌漿結(jié)果分析

4.1 各次序孔灌漿孔透水頻率統(tǒng)計

灌漿分四個單元，以第一單元為例，見表4、表5，灌漿前后壓水透水率和單位注入率，呈Ⅰ序排Ⅰ序孔＞Ⅱ序排Ⅰ序孔＞Ⅰ序排Ⅱ序孔＞Ⅱ序排Ⅱ序孔分布，符合灌漿遞減規(guī)律。

4.2 灌后芯樣檢查孔及壓水試驗

f18斷層共布置質(zhì)量檢查孔12個。透水率均在0～0.3 Lu之間，全部符合透水率≤1 Lu設計要求。從巖芯看，裂隙漿液充填飽滿，巖芯照片見圖3。

圖3 巖芯照片F(xiàn)ig.3 Pictures of the core

4.3 物探檢測

2011年8-12月，對斷層水泥-化學復合灌漿進行了灌前、中間及灌后物探檢測。灌前平均聲波波速約4400 m/s，灌后平均聲波波速約4700 m/s?；桶邘r脈灌后比灌前平均聲波波速提高7.0%；灌前平均聲波波速為3900 m/s，灌后平均聲波波速為5000 m/s。f18斷層灌后比灌前平均聲波波速提高5.0%；灌后巖體鉆孔平均變模值約為11.00～13.00GPa。

鉆孔全景圖像資料可見巖體裂隙發(fā)育，完整性較差，有水泥漿液充填和化學漿液痕跡。

5 結(jié)語

f18斷層水泥-化學復合灌漿自2011年6月開始，至2011年12月完成。通過壓水、物探檢測、取芯等方法檢查，整體力學性能較灌前明顯提高，達到了設計要求提高巖體抗?jié)B、抗變形，以及耐久性能的目的。以下經(jīng)驗可供類似工程借鑒。

（1）“孔口封閉、自上而下分段”灌漿法主要優(yōu)點是工藝簡單，每段灌漿時均重復對上灌漿段進行灌漿施工，以彌補灌漿過程中的局部灌漿缺陷。缺點是化學灌漿完成后，用水泥漿置換化學漿，浪費大，現(xiàn)場環(huán)境、安全文明施工控制難，且重復掃孔工程量大，不利于施工進度。

（2）“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法施工主要優(yōu)點是，化學灌漿完成后不需要進行漿液置換，施工工藝流程簡單，不存在化學漿液的廢棄，節(jié)約工程投資，更有利于施工過程質(zhì)量控制；施工時不存在重復掃孔，有利于施工進度控制。主要缺點有灌漿時可能出現(xiàn)漿液“繞塞”現(xiàn)象，不利于灌漿施工，灌漿過程中如出現(xiàn)孔內(nèi)事故，事故處理難度大。

（3）為降低同排內(nèi)Ⅱ序孔在壓水過程中可能會對Ⅰ序孔未初凝的化學漿液造成一定的破壞，有必要減少Ⅱ序孔壓水段次，具體施工可按照灌漿段次的5%控制?！?/p>