石灰溶岩地质帷幕灌浆技术的应用
摘 要：库区地处皖南低山区，工程区地表多被第四纪土层覆盖，下伏基岩主要为中下奥陶统石灰岩,多溶洞,水库渗漏严重,采取帷幕灌浆技术处理后,取得了防渗效果。
关键词：石灰岩；渗漏；帷幕灌浆技术；效果
Abstract:The reservoir is located the low mountainous area in southern Anhui, construction area surface is covered by the Quaternary soil, the underlying rock mainly is the lower middle Ordovician limestone, it has many caves, the reservoir leakage is serious, so we take the curtain grouting technique, to make the seepage effect.
Key words: limestone; leakage; curtain grouting technology; effect
中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 基本概况
某县东山水库除险加固工程位于该县大通河流域青通河支流东山河上，流域控制面积20km2，总库容1725万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、发电、养鱼及旅游等综合效益的重要中型水库。水库大坝为粘土均质坝，坝顶长度191m，坝顶宽度5m，最大坝高29.6 m。水库枢纽工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道、放水隧洞等主要建筑物级别为3级，坝下渠首建筑物级别为4级。
2 工程地质
库区地处皖南低山区，山体起伏不大，高程约在102～569米之间。层状地貌较清晰，山脉、水系均受区域地质构造控制，总体上呈由南向北倾斜。
工程区地表多被第四纪土层覆盖，下伏基岩主要为中下奥陶统石灰岩。从老至新分述如下：
2.1上寒武青炕组灰岩，灰黑色，质纯软，薄层状产出，泥晶结构，在场地仅零星出现。
2.2下奥陶统仑山组（Q1L）石灰岩，灰黑色，质纯厚黑，粗晶结构，风化面呈灰白色且凹凸不平，夹钙质页岩物质，以红色为主，少量绿色，层面平缓，产状S30°-80°〈5°-6°，局部近似水平，主要分布在坝址河谷一带。
2.3中奥陶统仑山组（Q2L）泥质灰岩，紫红色或灰绿色，薄层石灰岩质呈扁豆状，成层分布，经风化呈蜂窝状，岩溶不发育，层面平缓，产状N30-40°E〈5-6°。
2.4长英岩脉（L），含大量长石少量石英，无暗色矿物，风化严重呈土状，产状近S〈80°左右，岩脉中节理平行于走向。
2.5第四纪土层（Q4pl～dl），分布于河谷底部，为粘性土或粘性土夹碎砾石，棕红、红色，厚4～9m不等，覆盖于基岩之上，土中常有孔穴或孔洞，部分连通。
坝区地质构造以断裂为主，地层为单斜，产状S30°-40°E〈20°-25°。且断裂较多，规模也较大，在其东北侧有一条大的深断裂分布，即周王深断裂，该断裂西起贵池城北，向东经青阳县木镇、南陵县烟墩铺、广德县独树街后延入浙江。由于该深断层多期活动对坝区地层产生直接影响，区内地层断层较密布，仅坝址处就达7条之多。
坝基岩体的透水性：在通过大坝坝基F6～F10五条断层带处由于溶蚀作用，强风化层厚度相应较大。强风化岩层由于溶蚀现象严重，压水试验难以堵塞，通过注水试验资料了解，强风化层属中～弱等透水层，渗透系数为K=4.2×10－5～8.0×10－4cm/s左右。在弱～微风化岩层总体透水性较弱，但断层状透水性较强，弱风化层单位吸水率平均值q=10.1Lu，渗透系数K=8.04×10－5cm/s，属弱～微透水层；而微风化层透水性相对较弱，单位吸水率平均值W=3.8 Lμ，渗透系数K=4.21×10－5cm/s。
3 设计方案
大坝墙内按1.5m间距预埋Φ110mm灌浆钢管，作为墙下灌浆导向管，底端伸入墙底，防渗墙段墙内埋管帷幕灌浆桩号范围为坝0+000~坝0+192，轴线长192m，共计130个灌浆孔，墙下帷幕灌浆工程量为1587.8m，最大入岩深度为17.5m。大坝左坝肩帷幕灌浆设计桩号范围为坝0-000~ 0-024，轴线长24.0m，后因现场地形地貌特征的原因改为桩号0-000~0-015段，布置灌浆孔4个，大坝右岸坡帷幕灌浆桩号范围为坝纵0+192~右纵0+231，轴线长39.0m，布置灌浆孔13个，坝基墙下及坝肩两岸岸坡帷幕灌浆均为单排孔，坝基墙下帷幕灌浆孔距为1.5m，利用防渗墙内预埋管自墙底钻进，墙底进行灌浆，墙体段采用浓浆封堵；坝肩两岸岸坡帷幕灌浆孔距为3.0m，部分孔段上部为覆盖层，采用镶嵌Φ110mm钢管进行护壁，帷幕灌浆分三序施工。
4 处理措施
在施工前进行了帷幕灌浆试验，按照监理指示，帷幕灌浆试验段确定为49#~53#段，共计5个孔，试验孔工程量为70.58m，总计压水16段，试验段结束15天后在50、51#孔之间0+074.3桩号位置布置1个检查孔，入岩检测深度13.33m，分3段进行了压水试验。结合试验段施工情况，在坝体帷幕轴线上布置了9个先导孔，先导孔工程量为141.45m，总计压水34段。大坝防渗墙段墙内按1.5m间距预埋Φ110mm灌浆钢管，作为墙下灌浆导向管，底端伸入墙底，防渗墙段墙内埋管帷幕灌浆桩号范围为坝0+000~坝0+192，轴线长192m，共计130个灌浆孔，墙下帷幕灌浆工程量为1587.8m，最大入岩深度为17.5m。大坝左坝肩帷幕灌浆设计桩号范围为坝0-000~ 0-024，轴线长24.0m，后因现场地形地貌特征的原因改为桩号0-000~0-015段，布置灌浆孔4个，大坝右岸坡帷幕灌浆桩号范围为坝纵0+192~右纵0+231，轴线长39.0m，布置灌浆孔13个，坝基墙下及坝肩两岸岸坡帷幕灌浆均为单排孔，坝基墙下帷幕灌浆孔距为1.5m，利用防渗墙内预埋管自墙底钻进，墙底进行灌浆，墙体段采用浓浆封堵；坝肩两岸岸坡帷幕灌浆孔距为3.0m，部分孔段上部为覆盖层，采用镶嵌Φ110mm钢管进行护壁。帷幕灌浆分三序施工。帷幕灌浆采取纯水泥浆灌浆，帷幕灌浆采用"自上而下分段，孔内阻塞循环灌浆法"，根据灌浆情况，在断层破碎带或其他特殊部位，在征得监理工程师同意后，增补灌浆孔或加密灌浆孔。
拦河坝帷幕灌浆轴线位于防渗墙轴线上，单排孔，基本孔距2.0m，设计标准为孔深深入相对不透水层(q≤5Lu) 以下5米；溢洪道闸室段帷幕灌浆轴线位于0+001.50m，单排孔，基本孔距2.0m。分三序施工，按照"逐渐缩小孔距，逐渐加密"的原则，自上而下逐段灌浆，灌浆段长接触段为2m，以下均为5m。灌浆材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，灌浆压力接触段0.5Mpa，以下按0.05Mpa/m递增，最大灌浆压力1Mpa，最后将全孔作一次复灌，复灌压力0.7Mpa。灌浆过程中，采用水准仪观测盖重混凝土是否有抬动。采用孔内循环法灌浆，灌浆橡塞位置、浆液浓度的变换和结束灌浆标准等均按规范执行。灌浆段的施工次序如下：
钻孔→测斜→冲洗→简易压水试验→灌浆→待凝→（下一段）
冲洗压力为灌浆压力的80%，当回水清澄后，再冲洗30min结束。
压水试验：每段均进行压水试验，压力为灌浆压力的80%，当该值大于1Mpa时，采用1Mpa。压水20min，每5min测读一次压入流量，再连续4次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1 L/min时，压水试验可以结束，取最后的流量值作为计算值，其成果以透水率表示。
本工程帷幕灌浆采用浆液比级从3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1 等5个比级，开灌水灰比一般采用3:1，当透水率较大时，直接采用2:1或1:1的浆液开灌。
浆液的变换：当灌浆压力不变，注入率持续减小时，或当注入率不变，压力持续升高时，不改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
结束标准：在规定的灌浆压力下，当注入率不大于1L/min时，继续灌注60min结束。
5 质量效果
完成帷幕灌浆轴线长度246m，帷幕灌浆孔147个。检查孔7个压水17段，透水率最大值为1.433Lu，最小值为0.052 Lu，合格率100%。见表1
帷幕灌浆检查孔透水率汇总表 表1
部位孔 号桩 号透 水 率 (Lu)
第一段第二段第三段第四段
拦河坝工程ZJ-10+015.800.170.07//
ZJ-20+044.500.151.020.05/
ZJ-30+071.300.150.161.43/
ZJ-40+102.800.260.40//
ZJ-50+129.800.510.42//
ZJ-60+179.300.260.60//
ZJ-7右纵0+211.500.510.510.27/
帷幕灌浆透水率和单位水泥注入量统计见表2：
帷幕灌浆成果表 表2
部位灌浆次序孔数灌浆总长度(m)透水率平均值(Lu)
（灌浆前）单位水泥注入量(kg/m)
拦河坝工程I37477.4916.04194.15
II36427.6727.84157.04
III74884.439.0393.54
以上检查结果说明帷幕灌浆的效果是好的，达到规范和设计要求。
6结束语
通过对该水库坝基、坝肩所处的石灰岩地质构造分析和帷幕灌浆技术处理所达到的设计效果，说明帷幕灌浆技术在石灰岩溶洞地区的应用是可行的。