“浓浆挤密”灌浆法在卡回水库工程坝基防渗中的应用

王 安，唐 尧，朱春阳

（1. 中交第四公路工程局有限公司，北京 100020；2. 湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007）

引 言

粉砂质泥岩是粘土岩的一种，由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成，具有页状或薄片状层理，透水性很差；粉砂含量25%～50%，粘土含量75%～50%，浸水后易软化。粉砂质泥岩本身透水性很差，但由于该工程局部坝段基础粉砂质泥岩中夹杂有薄层砂砾岩或透镜体，导致这些坝段基岩有一定厚度的相对透水岩体，且工程为引水注入式水库，对水库渗漏要求较高，因此，需对坝基进行防渗处理。

对于基岩防渗处理方法一般采用帷幕灌浆进行处理，但由于粉砂质泥岩具有浸水易软化特征，上部一般全～强风化呈土状,根据工程经验，如采用常规灌浆工艺，地基中往往进水不进浆，不但不能加固地层，反而易造成对地基岩土的软化；本次针对这种地基情况，在常规灌浆工艺上进行了一些调整完善，通过对浆液浓度及灌浆压力的控制，找到了适合该工程地基的灌浆工艺及灌浆参数，并取得了较好的灌浆质量效果，为以后类似工程基础灌浆提供参考。

1 工程概况

卡回水库工程位于新疆喀什地区英吉沙县境内，是喀什噶尔河流域规划推荐的库山河英吉沙灌区水库工程，为规划推荐的重要调蓄工程。卡回水库属于注入式水库工程，分为蓄水工程和引水工程。水库控制灌溉面积30.82 万亩，改善灌溉面积14.7 万亩。水库正常蓄水位1 416.2 m，相应库容为2 477 万m3，死水位1 399.5 m，淤沙高程1 398.5 m，死库容295 万m3，调节库容2 182 万m3，1 000 年一遇校核洪水位为1 416.32 m，水库总库容2 498 万m3，最大坝高31.2 m。卡回水库属于中型水库，工程等级为Ⅲ等。引水工程分为新（改）建干渠段和新建支渠段。新（改）建干渠段引水流量15 m3/s，属于中型工程，工程等级为Ⅲ等。新建支渠段引水流量5 m3/s，属于小（Ⅰ）型工程，工程等级为Ⅵ等。

2 工程坝基地质条件及地层物理力学性质

卡回水库工程位于区内东北侧，为一系列自北西向南东斜列的低平山体，整体上较为完整宽厚，山顶较平缓，顶部高程一般在1 406～1 419 m，只在南东侧见有一冲积沟谷，谷底地形平缓，高程1 390～1 392 m，谷宽约45 m，区内山坡坡度一般在20°～29°。区内地表大面积为第四系松散堆积层覆盖，下伏上第三系基岩，岩性主要为粉砂质泥岩夹砂砾岩薄层或透镜体,属软岩类，抗风化能力弱，泥质含量较高部位揭露后易龟裂崩解，浸水易软化；坝址区基岩表部一般全风化呈土状，钻孔内难于进行压水试验，因此，在浅表部全风化基岩及部分强风化基岩中以注水试验为主，其注水试验渗透系数在1.28×10-4～2.03×10-3cm/s，属中等透水层。根据孔内压水试验结合注水试验，水库左侧基岩上部全风化～强风化中部属中等透水层，其下为弱透水层，水库右侧因山体相对较零乱、单薄，部分弱风化基岩上部亦为中等透水层[1]。

经坝基开挖处理，建基面以下仍有一定厚度的相对透水岩体，根据工程要求应进行防渗处理。

3 水利工程泥岩地基处理方法

对于有裂隙的岩石，常规灌浆方式为渗透灌浆[2]，利用灌浆压力作用下，浆液在不扰动和破坏地层结构的条件下渗入岩土裂隙的灌浆；由于岩石内裂隙极小，且该灌浆方式通过渗透压力让浆液自流填充裂隙，所以实际使用过程中往往需要配置非常稀的浆液，如水灰比3∶1、2∶1，而对于本工程这样的地层情况，粘土岩遇水易水解软化，如果采用这种稀浆，极有可能导致岩石进水不进浆，因此，不但不能加固地层，反而可能破坏地层。

对于粘性土，常规灌浆方式为挤密灌浆[3]，通过钻孔向土层压入浓浆，随着土体的压密和浆液的挤入，从而加固被灌土层，这种灌浆方式主要通过浆液压密土体，为了形成挤土压密效应，因此实际使用过程中需要配置非常浓的浆液，如水灰比0.8∶1、0.5∶1，这种灌浆方式往往灌浆压力较小（过大可能导致土体劈裂以及冒浆）、且灌浆速率慢，而对于岩石地层，灌浆压力太小浆液也无法有效地被挤入周边岩层，更无法形成有效的挤土压密效应。

针对本工程这种地层情况，两种方法均存在一定制约，对于该类基岩均难达到理想的防渗效果。现阶段对该类基岩基础的帷幕灌浆可参考的工程并不多，多半采用的都是新型的灌浆材料，以水泥灌浆为主构造基础防渗帷幕，局部再以丙烯酸等材料进行加密补强[4]；该方案虽也能解决该类基岩的防渗问题，但工程代价较高，该工程坝基范围较广，采用该方案明显不经济。

最终本工程考虑结合这两种灌浆方法，采用类似于挤密灌浆的“浓浆挤密”灌浆法，该方法与传统利用在基岩的渗透灌浆采用的浆液更浓，水灰比达到0.8∶1～0.3∶1，与传统利用在粘性土的挤密灌浆，灌浆压力更大，达到1 MPa 以上。并在灌浆施工之前对典型坝段进行生产性灌浆试验，得出适应本工程地基的灌浆参数，从而确保其灌浆质量，取得符合工程要求的坝基防渗效果。并且该灌浆工艺已在新疆阿拉沟水库工程坝基下的泥化断层带内、塔日勒嘎水电站工程厂房地基下的冲洪积碎块石夹泥等类似易泥化地基中均得到成功运用，工程均正常运行。

4 坝基帷幕灌浆方式、方法与灌浆参数确定

4.1 帷幕灌浆生产性试验

根据工程布置情况，在大坝基础范围内选定具有代表性的坝段，分别为大坝桩号B2+100～B2+500、B1+400～B1+700 段，这两坝段坝高相对较高且泥岩透水层相对较厚；因此，选用这两坝段进行结合生产进行的帷幕灌浆试验，试验前根据坝基基岩特点及分布情况明确灌浆试验的具体方法以及步骤[5]，主要工作流程如下：

1）制备灌浆材料：由于该工程地下水存在腐蚀性,因此灌浆水泥采用抗硫水泥；工程基础岩体夹泥较普遍，可灌性一般较差，要求添加适当减水剂。

2）钻孔：孔距初步采用2 m，根据试验情况现场确定是否加密至1 m。

3）洗孔与压水试验：洗孔不宜大量冲洗，控制在10 min 左右，以冲洗出残留岩粉即可；压水试验对各序灌浆孔取5%进行灌前简易压水试验。

4）灌浆方法：因本工程地质条件较为特殊，采用孔口混凝土内栓塞、自上而下循环灌浆法，分三序加密。

5）初选灌浆参数：灌浆段长，第一段为2 m，以下各段根据设计孔深，一般控制在5 m 以内；浆液配比，水灰比采用2、1、0.8、0.5 等4 个比级；灌浆压力，第一段0.4～0.6 MPa、第二段0.7～0.9MPa、第三段以下0.9～1.2MPa。

6）灌浆及抬动观测：灌浆过程中严密注意各灌浆段注入率与压力的变化，当注入率突然增大、压力突然下降，视为抬动；灌段在最终设计压力条件下，注入率不大于1 L/min 后，继续灌注30 min，可结束灌浆，灌浆孔采用导管注浆，全孔0.5∶1 浓浆灌注封孔。

7）灌浆效果检查：孔数按10%控制，试验压力是灌浆压力的80%，取芯。

4.2 帷幕灌浆具体参数及工作流程

根据前期对有代表性坝段的帷幕灌浆试验，确定适宜本工程特定地质条件的灌浆方式、方法与灌浆参数，具体灌浆参数以及工作流程如下：

1）灌浆在有盖重混凝土的情况下进行，盖重混凝土厚度采用1.5 m。

2）灌浆孔距1 m。

3）灌浆均采用自上而下孔口封闭、分段灌浆方法，分三序加密。

4）灌浆分段应保证2 段或2 段以上，入岩孔深详见帷幕灌浆设计布置图，但入岩孔深均调整为≥7 m。

5）盖重混凝土和基岩接触部位的灌浆段应先行单独灌注并待凝，接触段在岩石中的长度不得大于2 m，以下灌浆段长度宜采用5 m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不应大于6 m。

6）灌浆方式均采用孔内循环方式，射浆管距孔底不得大于0.5 m。

7）灌浆水灰比采用采用0.8∶1、0.5∶1 二个比级。

8）灌浆压力：第一段0.4～0.6 MPa、第二段0.8～1.0 MPa、第三段以下1.0～1.2 MPa，具体灌浆压力按本工程《帷幕灌浆补充技术要求》执行。

9）灌浆孔采用导管注浆，全孔0.5∶1 浓浆灌注封孔。

10）未尽事宜按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2001）、《英吉沙县卡回水库工程大坝帷幕灌浆施工技术要求》及其补充技术要求执行。

根据该工作流程对卡回水库坝基进行帷幕灌浆施工，灌浆完成后通过压水试验确定灌浆质量是否满足要求，不符要求的根据现场实际情况进行补灌，直到达到工程要求的防渗标准。

5 灌浆效果评价

经坝基开挖处理，建基面以下仍有一定厚度的相对透水岩体，进行了防渗帷幕灌浆处理。坝基截渗槽内设置厚1.5 m 的压浆板，底部布置一排帷幕灌浆孔，孔距1.0 m，深入相对不透水层5 Lu 以下3～5 m，灌浆水泥采用抗硫水泥。单排分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序进行，Ⅰ序孔注浆最大压力1MPa，Ⅱ序孔注浆最大压力1.3 MPa，Ⅲ序孔注浆最大压力1.5MPa。灌浆完成后再对灌浆孔中间土层进行钻孔取样，发现土层胶结较多，帷幕成墙效果好，能满足大坝基础防渗要求。灌浆前压水试验透水率平均16.8Lu，灌浆后检查孔的压水试验平均值2.7Lu（表1，表2）。

表1 部分先导孔压水试验成果统计表

表2 部分检测孔压水试验成果统计表

6 结 语

针对粉砂质泥岩地基防渗处理方法不多，需结合工程的实际情况，因地制宜，选择合理的处理方法，既经济又能使工程安全可靠。卡回水库工程结合工程区坝基基岩地质情况，选择“浓浆挤密”灌浆法对坝基粉砂质泥岩透水层进行处理，较好地解决了大坝坝基防渗问题，可供类似具备同样工程地质问题的水库工程提供参考。