邢 敏

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

0 引言

江蘇宜興油車水庫(kù)左岸防滲軸線長(zhǎng)度2.4 km，上部覆蓋層厚度3.0～40.0 m，采用高壓擺噴灌漿處理，高壓擺噴灌漿工程量4.8萬(wàn)m2，基巖部分為溶洞強(qiáng)發(fā)育地段，采用帷幕灌漿處理，基巖帷幕灌漿鉆孔進(jìn)尺13萬(wàn)m，帷幕灌漿9.8萬(wàn)t，灌漿最大壓力3.0 MPa。根據(jù)已經(jīng)探明的溶洞分布情況，大多埋深在30～70 m之間，最大溶洞群高度20.9 m，長(zhǎng)度144 m，大部充填泥漿、細(xì)砂、塊石，周邊地形不具備開挖條件。根據(jù)水利部專家孫釗的現(xiàn)場(chǎng)咨詢意見，認(rèn)為“油車水庫(kù)左岸防滲處理難度國(guó)內(nèi)少見”，有必要研究出一定的措施在確保溶洞處理質(zhì)量的前提下，節(jié)約成本，控制投資，保證施工的進(jìn)度和安全。

因此，現(xiàn)場(chǎng)擬通過灌漿試驗(yàn)，研究水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土復(fù)合漿液和膏狀漿液在技術(shù)上的可行性、效果上的可靠性。

1 試驗(yàn)研究目的及要求

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)研究的主要對(duì)象是水庫(kù)左岸防滲軸線上大型的溶洞群。擬通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)研究、了解復(fù)合漿液和膏狀漿液的可灌性，灌漿之后溶洞的充填程度、承受的壓力、處理時(shí)間，論證經(jīng)過灌漿處理后溶洞群作為水庫(kù)左岸防滲軸線主要處理部位的耐久性和處理效果的可靠性，保證總工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.2 試驗(yàn)部位工程地質(zhì)條件

根據(jù)前期鉆孔勘察，本次試驗(yàn)部位溶洞群發(fā)育，溶洞群最大高度為20.9 m，大部分溶洞高度在6.0～8.0 m之間，溶洞內(nèi)充填有黏土、細(xì)砂、塊石、稠泥漿，鉆孔過程中始終有回水返出。

1.3 試驗(yàn)區(qū)域溶洞分布

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔資料整理，該次試驗(yàn)區(qū)域的溶洞特性分布如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)區(qū)域溶洞分布圖

1.4 要求溶洞灌漿處理后的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在溶洞群經(jīng)過灌漿處理后，需要承受灌漿壓力3.0 MPa以上，單位透水率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，小于5.0 Lu。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

溶洞灌漿試驗(yàn)區(qū)選擇在左岸W1+128～W1+176段，溶洞埋深23.52～48.55 m，覆蓋層厚度21.0 m，試驗(yàn)區(qū)域共發(fā)現(xiàn)溶洞9個(gè)，試驗(yàn)區(qū)位置及溶洞分布如圖1所示。

2.2 試驗(yàn)配比選擇

經(jīng)過查閱相關(guān)資料和其他相似工程的施工技術(shù)總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)，本次灌漿試驗(yàn)配比見表1。

表1 灌漿試驗(yàn)配比

在表1的配比中，沒有添加水玻璃速凝劑，主要是因?yàn)樵囼?yàn)溶洞在鉆孔過程中，均有不同程度的返水及返漿，如果添加速凝劑極易把射漿管鑄死而造成鑄管。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

根據(jù)表1中的配比，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案實(shí)施過程中，先采用水膠比0.5∶1的水泥∶粉煤灰=100∶50的配比進(jìn)行小型溶洞灌注，在灌注3次效果不明顯時(shí)(不起壓)，再采用水泥∶粉煤灰∶膨潤(rùn)土=100∶100∶20，按照0.5∶1的水膠比灌注，如果0.5∶1的水膠比仍不能使溶洞有效升壓，最后采取0.23∶1水膠比的上述配比進(jìn)行灌注。

在進(jìn)行上述灌漿過程中，水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，對(duì)水泥細(xì)度的要求為通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%；粉煤灰采用宜興當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，膨潤(rùn)土采用安徽生產(chǎn)的200目級(jí)膨潤(rùn)土。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝及主要技術(shù)要求

3.1 鉆孔

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔采用XY-2型鉆機(jī)，鉆孔直徑均為φ75 mm，孔口管直徑φ89 mm。

3.2 灌漿施工技術(shù)參數(shù)

3.2.1 膏狀漿液灌注及變漿標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)段在鉆孔過程中取芯情況判斷，該區(qū)域溶洞基本充填完全，因此先采用水泥+粉煤灰=100∶50按照0.5∶1的水膠比進(jìn)行灌注，在灌注過程中采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、溶洞整段灌漿、灌漿后待凝的灌漿方法。

在按照上述灌漿方法不能有效對(duì)溶洞進(jìn)行處理時(shí)，在集中制漿站配置0.5∶1的水泥純漿后按照配比要求再配置水泥+粉煤灰的混合漿液，采用灌漿泵輸送到試驗(yàn)區(qū)域，在試驗(yàn)區(qū)域再配置水泥+粉煤灰+膨潤(rùn)土的膏狀漿液，采用螺桿泵進(jìn)行灌注。

其工藝流程為：鉆孔→簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)→配漿→孔內(nèi)灌漿→閉漿→下一次鉆孔、壓水、灌漿→直至灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。

為增強(qiáng)灌注膏狀漿液的灌注效果，在該試驗(yàn)段XDK48上下各2.0 m采用鉆孔導(dǎo)向、排氣、排漿的方法各鉆孔一個(gè)，鉆孔深度以鉆穿與XDK48相連接的溶洞為止，在對(duì)先導(dǎo)孔溶洞灌注的過程中，兩鉆孔明顯起到了導(dǎo)向、排氣、排漿作用，使灌注的膏狀漿液大部分充填到了防滲軸線上(從兩鉆孔的孔口返泥漿流量可以估算出來(lái))。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，溶洞段的灌漿壓力必須達(dá)到3.0 MPa，才能進(jìn)行下一段的灌漿施工。

在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)變漿標(biāo)準(zhǔn)為：

1)壓入流量小于等于30 L/min時(shí)，采用水泥凈漿5∶1開灌。

2)壓入流量30～50 L/min時(shí)，采用水泥凈漿2∶1～3∶1開灌。

3)壓入流量在50～80 L/min時(shí)，采用(水∶水泥∶膨潤(rùn)土)0.5∶1∶0.1膏漿開灌，若0.5∶1∶0.1的水泥膨潤(rùn)土膏狀漿液灌注300 L后，灌漿壓力、流量無(wú)明顯變化時(shí)，改用0.5∶1∶0.2～0.25膏漿灌注。

4)當(dāng)壓水流量大于80 L/min時(shí)，表明滲漏量很大，開始灌注直接采用(水∶水泥∶膨潤(rùn)土)0.5∶1∶0.2較濃的膏狀漿液進(jìn)行灌注，若0.5∶1∶0.2的水泥膨潤(rùn)土膏狀漿液灌注300 L后，灌漿壓力、流量無(wú)明顯變化時(shí)，改用(水∶水泥∶膨潤(rùn)土)0.5∶1∶0.25的濃漿進(jìn)行堵漏灌漿。在進(jìn)行堵漏時(shí)限量不限流，每次限量標(biāo)準(zhǔn)為干水泥1.50 t/m(m為鉆孔揭示的溶洞高度)，達(dá)到限量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，灌漿壓力及流量無(wú)明顯變化時(shí)，立即停灌待凝，在復(fù)灌次數(shù)達(dá)到3次或3次以上，壓力及注入率無(wú)明顯變化時(shí)，縮短每次掃孔長(zhǎng)度，減小段長(zhǎng)以盡快堵漏。

3.2.2 灌漿限流

1)水泥漿灌注時(shí)按照注入率15～20 L/min控制；

2)膏狀漿灌注時(shí)，注入率過小容易堵塞管道，膏漿限流按照20～30 L/min控制；

3.2.3 待凝時(shí)間

1)純水泥漿待凝時(shí)間12 h；

2)膏狀漿液待凝時(shí)間不少于24 h。

4 膏狀漿液的灌漿效果檢查及成果分析

本次灌漿效果檢查主要采用灌前灌后的鉆孔壓水檢查、灌前灌后的CT物探測(cè)試、孔內(nèi)電視以及鉆孔取芯進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，其成果作為本次試驗(yàn)評(píng)價(jià)水泥+粉煤灰+膨潤(rùn)土膏狀漿液試驗(yàn)效果的主要依據(jù)。

4.1 壓水試驗(yàn)

在溶洞灌注前后，進(jìn)行了不同漿液的壓水試驗(yàn)，各溶洞經(jīng)過膏狀漿液的灌注之后，又采用了水泥漿的灌注，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求3.0 MPa的設(shè)計(jì)壓力，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 鉆孔物探檢測(cè)成果

在各溶洞進(jìn)行灌注的前后，均進(jìn)行了孔內(nèi)電視和CT的物探掃描，試驗(yàn)成果表明，溶洞中的空腔和充填物均得到了有效的充填和固結(jié)，經(jīng)過膏狀漿液的充填處理后，溶洞的物理力學(xué)性質(zhì)得到了有效改善，防滲效果可以滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

在對(duì)試驗(yàn)段溶洞進(jìn)行復(fù)合漿液、膏狀漿液灌漿處理后，根據(jù)孔內(nèi)電視、CT物探檢測(cè)、鉆孔取芯觀察，溶洞中的充填物在經(jīng)過灌漿處理后，溶洞內(nèi)的充填物和空腔得到有效充填和固結(jié)擠壓，大滲漏量的溶洞經(jīng)過處理后，其整體的防滲效果得到有效改善，說(shuō)明本次灌漿效果明顯，灌漿材料配方、灌漿工藝、施工參數(shù)可以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

6 采用膏狀漿液灌注的幾點(diǎn)分析意見及建議

6.1 鉆孔灌注過程中注意事項(xiàng)

6.1.1 鉆孔

鉆孔過程中，重點(diǎn)記錄溶洞高程、深度、返水、充填物等情況，鉆孔穿過松軟巖層，或遇有塌孔、掉塊時(shí)，先進(jìn)行簡(jiǎn)單灌漿固壁處理，然后再繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程如出現(xiàn)無(wú)返水情況，不論是否達(dá)到段長(zhǎng)，應(yīng)立即停鉆，查明漏水部位、原因，該段灌漿處理完成后再繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)結(jié)束等待灌漿或灌漿結(jié)束等待鉆進(jìn)時(shí)，孔口均進(jìn)行堵蓋，進(jìn)行妥善保護(hù)。

6.1.2 清孔驗(yàn)收

根據(jù)溶洞充填情況，一般不需要進(jìn)行沖洗，記錄清楚溶洞特性后即可進(jìn)行膏漿灌注。

6.2 采用膏狀漿液灌注的必要性

由于本工程基巖溶洞的特殊性(鉆孔有回水，灌漿沒有壓力)，在遇到大漏量的情況下，采用常規(guī)的水泥灌注和砂漿灌注(試驗(yàn)段在膏狀漿液灌注之前已經(jīng)灌注水泥砂漿8次)，不僅工程量大，灌注時(shí)間長(zhǎng)，而且灌注效果不明顯，在采用膏狀漿液灌注后，灌注次數(shù)少(灌注3次后開始起壓)，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)間短，可以加快灌漿施工進(jìn)度。

6.3 膏狀漿液的替代調(diào)整可行性

在進(jìn)行灌漿試驗(yàn)過程中，應(yīng)用的水泥+粉煤灰+膨潤(rùn)土的膏狀漿液初凝時(shí)間較長(zhǎng)，強(qiáng)度較低，對(duì)于大面積的溶洞施工存在一定的局限性，且膏狀漿液的配置程序煩瑣，需要人工較多，功效較低，因此，根據(jù)本次試驗(yàn)成果，在以后大面積展開施工的過程中，如果遇到較大溶洞，直接采用膏狀漿液進(jìn)行灌注堵漏，之后采用水泥漿液灌注，以期達(dá)到快速升壓的效果，同時(shí)，對(duì)于溶洞有2.0 m以上的較大空腔部位，直接采用灌注高流態(tài)混凝土的方法進(jìn)行填充，以期減少膏狀漿液的灌注工程量，加快施工進(jìn)度。

根據(jù)本次試驗(yàn)研究結(jié)果，在后續(xù)施工中采用本次成果，在7個(gè)月的施工過程中，順利完成左岸墻下帷幕灌漿施工，累計(jì)灌入膏狀漿液9.78萬(wàn)t，根據(jù)物探檢查和埋入的儀器檢測(cè)，灌漿防滲效果滿足設(shè)計(jì)要求，沒有對(duì)臨近的溶洞風(fēng)景旅游區(qū)產(chǎn)生不良影響。