涂燕周

(錦曦控股集團(tuán)有限公司，福建 福州 350001)

1 工程背景

焦源水庫(kù)是福建省南平市武夷新區(qū)云谷水系補(bǔ)水工程中的工程任務(wù)，以景觀供水為主，同時(shí)兼顧下游城區(qū)防洪的小(2)型水利工程[1]。工程總庫(kù)容68.50萬(wàn)m3，正常蓄水位201.00 m，相應(yīng)庫(kù)容60.15萬(wàn)m3，死水位190.50 m，相應(yīng)死庫(kù)容3.87萬(wàn)m3。水庫(kù)樞紐主要建筑物由攔河壩、輸水涵管、下游輸水河道、管理房及上壩公路等組成。工程等別為Ⅴ等，攔河壩、溢洪道和進(jìn)水口等按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。其中，水庫(kù)攔河壩為C15砌石重力壩，壩頂高程203.50 m，最大壩高28.00 m，頂寬5.50 m，壩頂全長(zhǎng)117.00 m。溢洪道布置在河床中部，溢流段凈寬10.00 m，溢流堰頂高程201.00 m，溢流面為WES曲線，溢流堰上設(shè)寬5.50 m的交通橋。輸水涵洞布置在大壩樁號(hào)BZ0+009.50 m處，輸水涵管共長(zhǎng)18.00 m，直徑φ600，設(shè)計(jì)最大輸水流量0.11 m3/s。

由于工程區(qū)有大面積的灰?guī)r分布，巖溶較發(fā)育，多填充含礫粉質(zhì)黏土及角礫土，同時(shí)巖體產(chǎn)狀不清晰，節(jié)理裂隙發(fā)育，工程地質(zhì)條件較差，如不進(jìn)行必要的工程處理措施，水庫(kù)建成后會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的壩基滲漏問(wèn)題，影響到工程作用的發(fā)揮。同時(shí)，壩址區(qū)地下水主要為孔隙潛水和基巖裂隙水，水量較為豐富。因此，采用傳統(tǒng)注漿漿液和工藝，會(huì)面臨注漿時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法起壓和漿液大量流失問(wèn)題，難以達(dá)到工程效果[2]。因此，采用新的注漿漿液和工藝技術(shù)尤為必要。

2 新型速凝漿液材料與配比設(shè)計(jì)

2.1 注漿材料的選取

在地層注漿施工過(guò)程中，由于地質(zhì)環(huán)境和工程條件的復(fù)雜性，并不存在具有普遍適用性的注漿材料，必須要結(jié)合工程需求進(jìn)行新型注漿材料的研發(fā)[3]。因此，研究中結(jié)合背景工程實(shí)際，選擇水泥(S)、粉煤灰(F)和改性水玻璃(GS)作為漿液配置的材料。其中，水泥選擇的是P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。粉煤灰來(lái)源于河南省鄭州市，為電廠二級(jí)粉煤灰。試驗(yàn)用水玻璃的模數(shù)為2.8，濃度為35°Bé(波美度)。

水玻璃的改性利用乙二醇和己二酸，改性過(guò)程中按照2.00∶0.02∶0.02∶1的比例確定水、乙二醇、己二酸和水玻璃的質(zhì)量[4]。改性過(guò)程為將純水加熱至70 ℃，然后，分別加入乙二醇和己二酸，待冷卻至室溫后再加入水玻璃。

2.2 漿液配比設(shè)計(jì)

為了優(yōu)化配比，參照相關(guān)研究文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)12種不同配比方案進(jìn)行漿液性能的室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。結(jié)合背景工程注漿施工的需要，注漿漿液需要有較好的流動(dòng)度、較短的凝固時(shí)間以及一定的強(qiáng)度[5]。綜合考慮上述要求，認(rèn)為方案8效果最佳，因此，在注漿施工中按照方案8確定的配合比進(jìn)行注漿漿液的配置。

表1 漿液性能室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

3 注漿加固現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 施工工藝參數(shù)

在注漿施工過(guò)程中，注漿管的管壁需要開(kāi)設(shè)梅花形鉆孔，以利于注漿漿液在巖土體中呈柱狀擴(kuò)散特征[6]。因此，注漿的時(shí)間、漿液擴(kuò)散半徑以及鉆孔距離等參數(shù)計(jì)算如式(1)、式(2)：

(1)

(2)

式中：r1為漿液擴(kuò)散半徑，m；k為滲透系數(shù)，cm/s；h1為注漿壓力水頭，m；t為注漿時(shí)間，min；β為漿液黏度與水的比；n為孔隙率；r0為注漿管半徑，m；y為注漿孔孔距，m；b相鄰注漿孔漿液擴(kuò)散范圍相交厚度，m。

按照相關(guān)施工規(guī)范和工程設(shè)計(jì)資料，利用上述公式計(jì)算出漿液擴(kuò)散半徑為7.20 m，注漿孔孔距為12.5 m，邊緣孔距為7.15 m。注漿孔沿大壩軸線兩側(cè)呈梅花形布置。

在注漿量計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮注漿方式、滲透半徑以及巖土體孔隙率等主要因素的影響，如式(3)：

(3)

式中：Q為注漿量，m3；L為注漿長(zhǎng)度，m；λ為漿液損失系數(shù)，取1.3。

按照式(3)進(jìn)行計(jì)算，得出單孔注漿量為512 m3。當(dāng)然，在具體施工過(guò)程中還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要的調(diào)整。

注漿壓力也是重要的注漿參數(shù)，其確定需要考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)和漿液特征有密切關(guān)系[7]。對(duì)于此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)而言，巖溶溶洞和裂隙的填充率應(yīng)該達(dá)到80%以上。因此，在注漿施工中采用1.0～1.5 MPa的注漿壓力，在20 min內(nèi)注漿量<50 L/min或注漿壓力<2 MPa并穩(wěn)定15 min即可停止注漿。

3.2 施工工藝流程

在雙液化學(xué)注漿過(guò)程中，需要考慮膠凝時(shí)間和用水泥土體類(lèi)型選擇注漿方法。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于膠凝時(shí)間長(zhǎng)的漿液應(yīng)該采用單槍注漿，膠凝時(shí)間中等則采用1.5槍注漿，膠凝時(shí)間短的則采用雙槍注漿[8]。鑒于此次試驗(yàn)采用的是膠凝時(shí)間較短的漿液，因此采用雙槍注漿的方式，也就是將水泥-粉煤灰漿液和改性水玻璃漿液分別采用注漿泵泵入注漿孔孔底混合。具體的注漿工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿工藝流程

在注漿施工開(kāi)始前，首先按照設(shè)計(jì)方案利用測(cè)量放線的方式確定注漿孔位。注漿孔鉆孔采用工程地質(zhì)鉆，在鉆孔前要精確定位，保證孔位偏差在10 cm以?xún)?nèi)，同時(shí)要嚴(yán)格控制好方向和深度；在注漿孔鉆孔完畢之后，要使用壓縮空氣清洗鉆孔，排除影響注漿施工的渣屑。此外，鉆孔施工中要做好記錄。特別是孔位巖土體和地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)注漿參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。在埋設(shè)孔口管的過(guò)程中要安裝好球型閘閥，以封閉鉆孔過(guò)程中可能出現(xiàn)的涌水。在注漿施工過(guò)程中壓力要緩慢提升，直至達(dá)到注漿設(shè)定的壓力水平。如果注漿孔孔口壓力明顯下降或出現(xiàn)負(fù)壓，應(yīng)該對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。注漿過(guò)程中采用自下而上分段注漿的方式進(jìn)行，在每段注漿段結(jié)束之后，上提注漿芯管，進(jìn)行下一注漿段的注漿，直至單孔注漿結(jié)束。

4 注漿效果評(píng)價(jià)

4.1 注漿效果評(píng)價(jià)方法

根據(jù)地質(zhì)條件和注漿效果檢測(cè)的目的和任務(wù)，此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中采用地震映像法和鉆芯取樣法進(jìn)行檢測(cè)。其中，地震映像探測(cè)儀采用的是北京中地遠(yuǎn)大勘測(cè)科技有限公司生產(chǎn)的ZD11型多功能地震儀。在地震映像法檢測(cè)過(guò)程中，沿注漿施工中線兩側(cè)布置兩個(gè)檢測(cè)剖面，兩個(gè)剖面的間距為15 m，各剖面上的點(diǎn)距均為5 m。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域的地層特點(diǎn)，試驗(yàn)中的平均波速約為300 m/s，有效采樣時(shí)窗為400 ms，最大探測(cè)深度為30 m，完全可以滿(mǎn)足此次檢測(cè)的要求。

在鉆芯檢測(cè)過(guò)程中，在試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)布置12個(gè)鉆芯取樣點(diǎn)，能夠覆蓋試驗(yàn)區(qū)的中心和邊緣地帶。鉆芯取樣在注漿施工結(jié)束后7 d進(jìn)行。

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

利用專(zhuān)業(yè)軟件將試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采集到的地震波資料進(jìn)行濾波處理，形成兩個(gè)監(jiān)測(cè)剖面的地震映像圖像。從結(jié)果來(lái)看，兩個(gè)監(jiān)測(cè)剖面僅在部分點(diǎn)位的淺部出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。在地層的深部，各個(gè)點(diǎn)位均沒(méi)有出現(xiàn)比較明顯的較強(qiáng)信號(hào)。由此可見(jiàn)，在兩個(gè)檢測(cè)剖面上地層內(nèi)部均沒(méi)有較大的空洞異常，說(shuō)明注漿加固施工獲得良好的效果。

在注漿結(jié)束后7 d進(jìn)行鉆芯取樣，取樣共涉及12個(gè)鉆孔，總長(zhǎng)度為360 m，取芯率為75%。從取得的芯樣來(lái)看，其中存在凝固的漿液結(jié)石體，充填比較密實(shí)，說(shuō)明地基處理效果良好。其中，取芯率較低的取樣孔均處于試驗(yàn)區(qū)的邊緣部位，試驗(yàn)區(qū)中心部位的取芯率和充填密實(shí)度均呈良好狀態(tài)。由此可見(jiàn)，此次試驗(yàn)研究中提出的新型速凝漿液在背景工程中具有良好的適配性，可以充分發(fā)揮地下水動(dòng)水作用下填充孔隙和止水堵水的作用，完全滿(mǎn)足工程要求，可以在后續(xù)施工中應(yīng)用。

5 結(jié) 語(yǔ)

壩基滲漏是巖溶等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)水利工程建設(shè)中經(jīng)常面臨的問(wèn)題，而進(jìn)行壩基注漿加固是解決上述問(wèn)題的重要工程技術(shù)措施?；诖耍舜窝芯恳跃唧w工程為背景，提出水泥-粉煤灰-改性水玻璃新型速凝注漿材料，以適應(yīng)背景工程的特殊地質(zhì)環(huán)境。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用新型速凝注漿材料可以獲得良好的注漿效果。當(dāng)然，針對(duì)新型注漿材料還應(yīng)該在工廠化生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究，在考慮制作成本的前提下，制定出適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的工藝流程，為其工程推廣和應(yīng)用提供進(jìn)一步的支持。