三峽泄洪壩段特殊地質(zhì)條件下的帷幕灌漿施工
三峽二期工程泄洪壩段位于長江枯水河床及右岸漫灘中堡島部位，建基面高程為4~50 m，其中1~3壩段位于枯水河床深槽區(qū)，是三峽大壩最高部位，最大壩高181 m。壩基巖體為閃云斜長花崗巖，其中含有細(xì)粒閃長巖和片巖包裹體、花崗巖脈及偉晶巖脈?；鶐r構(gòu)造裂隙屬細(xì)微裂隙，從總體看，透水性微弱，在斷裂發(fā)育帶、卸荷帶及巖脈與斷裂接觸面透水性強。
三峽泄洪壩段壩基帷幕分為上游主帷幕和下游封閉帷幕，上游主帷幕為兩排，第一排為豎直孔，第二排為傾向上游1.5°~5°斜孔，孔距均為2 m，孔徑60 mm；下游封閉帷幕為單排豎直孔，孔距為2.5 m，孔徑60 mm。帷幕灌漿采用“小口徑鉆孔，孔口封閉，自上而下分段，高壓孔內(nèi)循環(huán)法”灌漿。上、下游帷幕第3段以下設(shè)計壓力分別為6 MPa和4 MPa。前3段段長分別為2 m、1 m、2 m，灌漿壓力分別為上游主帷幕：1.5 MPa、3 MPa、4.5 MPa，下游封閉帷幕：1 MPa、1.5 MPa、2 MPa；第3段以下一般段長為5 m，最長不大于10 m，第一段采用傳統(tǒng)阻塞法進(jìn)行灌漿，灌漿結(jié)束后埋入孔口管，待其終凝后開始繼續(xù)鉆進(jìn)。
在帷幕水泥灌漿完工后，經(jīng)過對灌漿的成果資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，部分孔段淺層存在透水率大或有涌水，且在灌漿壓力已升至2倍設(shè)計水頭的情況下，灌漿單耗依然較?。辉卺∧粰z查孔壓水時也發(fā)現(xiàn)部分壩段的淺層透水率仍然超標(biāo)，因此又進(jìn)行了丙烯酸鹽補充灌漿。丙烯酸鹽灌漿主要針對淺層透水率大或有涌水而灌漿單耗較小以及檢查孔壓水時淺層透水率超標(biāo)的部位。
丙烯酸鹽灌漿孔均為垂直孔，采用純壓式灌漿，分兩序加密，孔深5 m；分2段壓水檢查，第1段段長2 m，第2段段長3 m，全孔作1段灌漿，主帷幕壓水壓力2.0 MPa，灌漿壓力2.5 MPa；封閉帷幕壓水壓力1.0 MPa，灌漿壓力1.5 MPa，灌漿壓力均低于相應(yīng)部位的水泥灌漿壓力。
2 施工特點
2.1 部分壩段失水回濃現(xiàn)象較為普遍
造成漿液失水回濃的主要原因是地層中的細(xì)微裂隙只有水和部分細(xì)水泥顆?？梢酝ㄟ^，而粗水泥顆粒不能通過。三峽泄洪壩段帷幕灌漿采用的是濕磨水泥，濕磨后水泥粒徑為d50≤10μm且d97<40μm，也就是說平均粒徑為10μm的水泥顆粒也只有部分能灌入裂隙。一般認(rèn)為當(dāng)水泥粒徑小于裂隙寬度的1/3~1/5時，可灌性較強，因此基本可以判定吸水不吸漿孔段的地層中裂隙寬度小于30~50μm。
現(xiàn)場為了便于操作，制定如下方法判定失水回濃是否達(dá)到了吸水不吸漿的程度：當(dāng)小循環(huán)灌漿過程中，20~30 min內(nèi)回漿比重超過一個比級且注入率在1~2 L/min，此時換原比級的新鮮漿液，若不發(fā)生回濃或回濃不明顯，則正常結(jié)束灌漿；若繼續(xù)發(fā)生回漿比重超過一個比級的現(xiàn)象，則判為吸水不吸漿，按吸水不吸漿標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束灌漿，但總灌注時間仍要求不小于120 min。
根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，筆者認(rèn)為下面的判斷方法更科學(xué)、更準(zhǔn)確：三峽二期泄洪壩段壩基帷幕灌漿要求在小循環(huán)（圖1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)30 min后，打開大循環(huán)（圖2）灌注。所謂小循環(huán)就是回漿管的漿液直接回到灌漿泵，再由泵壓入進(jìn)漿管而不經(jīng)過攪拌桶及流量計。小循環(huán)過程中，自動記錄儀能準(zhǔn)確記錄注漿量。而大循環(huán)則是指回漿管的漿液回到攪拌桶后，通過流量計再進(jìn)入灌漿泵壓入進(jìn)漿管。大循環(huán)過程中，自動記錄儀已不能有效的記錄注漿量，人工記錄的注漿量有一定的誤差，因此透水不透漿現(xiàn)象在小循環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行判斷比較準(zhǔn)確。
在小循環(huán)過程中，假設(shè)該孔段已達(dá)到透水不透漿的程度，孔內(nèi)（包括進(jìn)、回漿管）漿液將逐漸變濃，因為對于某一個孔段，孔容（包括進(jìn)、回漿管容）是一定的，則孔內(nèi)漿液由稀變濃的需灰量L1應(yīng)與同一時段內(nèi)所注入漿液的含灰量L2相等（因為這一時段內(nèi)，漿液中的水完全灌入裂隙，而灰仍留在孔內(nèi)）。
為了計算方便，根據(jù)試驗結(jié)果得出濕磨普通525＃水泥漿液灰水比與比重及灰水比與含灰量關(guān)系曲線，如圖3所示。
現(xiàn)舉例說明上述判定方法：
1X13-II-1#孔第7段：孔容162 L，進(jìn)漿比重1.21kg/L(進(jìn)漿比重指攪拌桶內(nèi)漿液比重)，30 min內(nèi)注漿量為61 L，回漿比重（回漿比重指回漿管內(nèi)漿液比重）從1.21 kg/L變濃為1.3 kg/L。根據(jù)圖3，查得：
γ＝1.21 kg/L對應(yīng)的漿液含灰量為0.3 kg/L
γ＝1.3 kg/L對應(yīng)的漿液含灰量為0.43 kg/L
30 min內(nèi)孔內(nèi)漿液比重由1.21 kg/L變?yōu)?.3 kg/L所需灰量：
L1＝162×（0.43-0.3）＝21.1 kg
此時段內(nèi)所注入漿液的含灰量：L2＝61×0.3＝18.3 kg
兩者相差僅2.8 kg，后者已達(dá)前者的86.7％?？紤]到管容測量誤差、比重測量誤差以及計時開始時孔內(nèi)漿液比重沒有完全置換至1.21 kg/L，可以認(rèn)為該孔段為典型的透水不透漿現(xiàn)象，按照吸水不吸漿處理。
按照上述方法，對帷幕灌漿中透水不透漿現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：計算出的L2與L1相差均在20％以內(nèi)。
此外，對于L2小于L1的20％以上時，可以認(rèn)為孔內(nèi)漿液置換不充分，孔內(nèi)仍存留有部分濃漿，不能判為透水不透漿，而應(yīng)重新置換出孔內(nèi)濃漿，灌入一定比重的稀漿。
若L2>L1，則說明孔內(nèi)仍在吸漿，按正常情況對待。
上述判斷方法的缺點是需要查表計算，不便于現(xiàn)場操作，但就準(zhǔn)確性而言，筆者認(rèn)為這種判斷方法值得推廣。
從現(xiàn)場的實際情況來看，很少發(fā)生換新漿后可灌性增強的現(xiàn)象，一般是繼續(xù)回濃，發(fā)生失水回濃后換新漿對于泄洪壩段的地質(zhì)情況效果不明顯。經(jīng)過孔內(nèi)高壓循環(huán)一段時間后，漿液流動性降低、粘度增大，而新漿流動性較強、粘度較小，故可灌性較好，但在三峽泄洪壩段，裂隙寬度過小、水泥粒徑過大已成為漿液失水回濃的主要原因，而漿液的流動性和粘度是次要原因，要降低失水回濃發(fā)生的頻率，提高細(xì)微裂隙的可灌性，采用粒徑更小的超細(xì)水泥是一種有效途徑，但這無疑會增加灌漿成本，而從檢查孔的壓水結(jié)果來看，發(fā)生失水回濃頻率較高的壩段灌后防滲能力基本可以滿足設(shè)計要求。[NextPage]
泄洪壩段7~9主帷幕發(fā)生失水回濃的頻率較高且大部分在開灌30 min內(nèi)迅速回濃，同時注入率在1~2 L/min，按吸水不吸漿標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束，既縮短了灌漿時間又避免了發(fā)生孔內(nèi)濃漿埋鉆的危險，該部位的帷幕檢查孔除X8-J1最后兩段壓水結(jié)果超標(biāo)外，其余孔段壓水結(jié)果均滿足設(shè)計要求。
2.2 數(shù)量較少的大注入率孔段是帷幕防滲的關(guān)鍵部位
因深槽段基礎(chǔ)下分布有順河向斷裂構(gòu)造，故大漏量孔段較多。對于壓水時發(fā)現(xiàn)注入率、透水率較大的孔段，首先查找有無外漏點，如有外漏點則對外漏點進(jìn)行嵌縫、表面封堵，在確認(rèn)無外漏時，開灌前對制漿站、灌漿泵、攪拌桶、儲漿桶及輸漿管道等設(shè)施進(jìn)行檢查，以確保灌漿的連續(xù)性，不發(fā)生人為的灌漿中斷。
因為壓水壓力較低，而灌漿壓力較高，因而壓水時無外漏的孔段，灌漿時不一定沒有外漏，灌漿過程中當(dāng)漿液注入率較大時，首先查找有無外漏，特別是當(dāng)已經(jīng)變濃一級漿液而注入率沒有明顯減少時，更要加強查找。當(dāng)發(fā)現(xiàn)外漏時首先降低灌漿壓力，對外漏點進(jìn)行嵌縫、表面封堵，當(dāng)上述措施無效時，采取間歇灌漿，待所灌入水泥漿液初凝后，掃孔復(fù)灌。
在灌漿注入率較大而無外漏時，需控制灌漿壓力使之與注入率相匹配，因為注入率較大說明裂隙比較發(fā)育，地質(zhì)條件較差，因而漿液與基巖的接觸面較大，這時如果升至高壓會產(chǎn)生較大的抬動力，很可能會導(dǎo)致抬動破壞。在漿液注入率較大時，需加強抬動觀測，以便控制適當(dāng)?shù)墓酀{壓力。在漿液比級相同的情況下，裂隙比較發(fā)育的地層中漿液壓力衰減較慢，故較小的灌漿壓力也能得到較大的擴(kuò)散半徑，因而在漿液注入率較大時不必升高灌漿壓力也能得到理想的灌漿效果。此時需采取措施降低漿液的流動性，例如采用濃漿灌注，以避免不必要的浪費漿材。三峽泄洪壩段壩基帷幕灌漿采用部頒94規(guī)范中推薦的與注入率相匹配的灌漿壓力，如下所示。
2.3 部分壩段涌水較為普遍
泄洪壩段涌水孔段較多主要是因為水位差較大及基巖中沿斷層脈狀透水較豐富，而以深槽段尤為突出。對于涌水孔段在正常灌漿結(jié)束后再屏漿1 h，視灌入量情況決定待凝時間，一般為12~48 h，待凝后掃孔到底，若仍有涌水則需重復(fù)灌漿，否則繼續(xù)鉆進(jìn)。
涌水孔段屏漿的作用是使灌入裂隙的水泥漿液在高壓作用下充分排水固結(jié)，防止其被涌水頂回。有涌水且漿液灌入量較大的孔段，說明該孔段裂隙比較發(fā)育，裂隙中漿液壓力衰減較慢，先按照灌漿壓力與注入率相匹配原則灌注，當(dāng)注入率降到10 L/min以下時升至設(shè)計壓力加孔口涌水壓力進(jìn)行灌注。這種情況下，能取得足夠的擴(kuò)散半徑，得到理想的灌漿效果。
有涌水而漿液灌入量較小的孔段，說明該孔段裂隙不發(fā)育，裂隙中涌水壓力衰減較快，所測灌漿段涌水壓力小于裂隙中實際涌水壓力，距孔中心線距離愈大，所測涌水壓力與裂隙中實際涌水壓力相差愈大，而灌漿時因漿液的粘度大于水的粘度，故裂隙中漿液壓力衰減更快，但衰減方向與涌水壓力衰減方向相反，故裂隙中漿壓與水壓很快將達(dá)到平衡狀態(tài)，因此漿液的擴(kuò)散半徑很有限。對于這種情況，要得到合適的擴(kuò)散半徑，需提高漿液的流動性，施工時可以采取以下幾條措施：①提高灌漿壓力，使裂隙中漿壓與水壓在所需要的擴(kuò)散半徑以外達(dá)到平衡狀態(tài)，但灌漿壓力的提高要受到抬動觀測值的限制；②增加布孔密度，使各序孔以較小的擴(kuò)散半徑連成完整的幕體；③延長灌漿時間。
從灌后帷幕檢查孔的情況看，灌前涌水孔段較多的壩段灌后檢查孔仍有少量涌水，但壓水結(jié)果表明其防滲能力已滿足設(shè)計要求。
3 水泥灌漿結(jié)束后的處理措施
在水泥帷幕灌漿結(jié)束后，檢查孔壓水時發(fā)現(xiàn)部分壩段的淺層透水率仍然超出設(shè)計要求，通過分析認(rèn)為：在現(xiàn)有的濕磨條件下，水泥顆粒粒徑依然過大，不能滿足這些部位的灌漿要求，而基巖淺層的灌漿效果卻是控制帷幕幕體防滲效果的關(guān)鍵部位，在蓄水后將承受較大的水壓，在這種情況下有必要進(jìn)行化學(xué)灌漿，以確保幕體的防滲效果。
經(jīng)分析、比較后，化灌材料選用膠凝后基本無毒的丙烯酸鹽。丙烯酸鹽漿液的粘度一般小于2 MPa•s，且為溶液，因此具有較強的可灌性，能夠灌入濕磨水泥無法灌入的細(xì)微裂隙，對水泥灌漿遺漏的部分進(jìn)行必要的補充。丙烯酸鹽凝膠的滲透系數(shù)一般小于5×10-7cm/s，滿足設(shè)計要求。
在水泥帷幕灌漿結(jié)束后，檢查孔壓水時還發(fā)現(xiàn)上游主帷幕的透水率較下游封閉帷幕小，這反映出上游主帷幕經(jīng)過高壓和加密后，水泥灌漿質(zhì)量明顯好于封閉帷幕，因此決定加大下游封閉帷幕丙烯酸鹽灌漿的布孔密度。
4 幾點認(rèn)識及建議
(1)若臨界壓力小于該孔段的設(shè)計壓力，灌漿過程中當(dāng)升壓至臨界壓力時，漿液注入率將突增，此時如果按注入率較大情況下與注入率相匹配的壓力進(jìn)行控制，則應(yīng)降壓，而降壓的結(jié)果是壓力低于臨界壓力，漿液注入率大幅下降或基本不吸漿，說明裂隙周圍的巖體發(fā)生了彈性張裂變形，當(dāng)外力撤消后，裂隙又恢復(fù)原狀。這種情況在右縱壩段下游封閉帷幕灌漿過程中曾出現(xiàn)過，這種情況下灌漿壓力該如何控制，則需進(jìn)一步探討。
(2)帷幕檢查孔全孔灌漿壓力為相應(yīng)部位第一段灌漿壓力，在注入率小于1 L/min的情況下穩(wěn)定30 min后打開大循環(huán)灌至結(jié)束，這些技術(shù)要求導(dǎo)致檢查孔全孔灌漿時間過長，例如X18-J-2全孔灌漿歷時5 h27 min。檢查孔采用傳統(tǒng)阻塞法灌漿，作為射漿管的內(nèi)管一般無法活動，長時間灌注極易埋內(nèi)管，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，大部分機(jī)組不采用6分鐵管作為內(nèi)管，而采用塑料管作為內(nèi)管，若被埋則舍棄順便封入孔內(nèi)。經(jīng)過長時間灌注孔內(nèi)水泥漿容易凝結(jié)，很可能導(dǎo)致塑料內(nèi)管從阻塞器下部脫落，這樣在灌漿結(jié)束后封孔時回漿比重將迅速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而孔內(nèi)稀漿并未被完全置換出來，造成封孔質(zhì)量難以保證。而壓水合格的檢查孔的主要矛盾是封孔質(zhì)量，并非灌漿質(zhì)量，這樣做便造成了本末倒置。
鑒于上述原因，可考慮對檢查孔灌漿技術(shù)要求進(jìn)行修改。帷幕灌漿孔一般段長為5 m，小循環(huán)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為注入率小于1 L/min，考慮到段長因素可以改寫為注入率小于0.2 L/m•min，這個穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該也可以在檢查孔全孔灌漿時采用。因檢查孔每段都進(jìn)行過穩(wěn)定壓水，故壓水全部合格的檢查孔孔內(nèi)不可能存在較大裂隙，只可能存在多條細(xì)微裂隙，這些細(xì)微裂隙是造成灌漿時存在注入率的主要原因，經(jīng)改寫后的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)既能控制不發(fā)生大裂隙欠灌的情況，又能保證灌漿質(zhì)量，而且可以大大縮短灌漿時間，避免發(fā)生內(nèi)管被埋，確保封孔質(zhì)量。
三峽泄洪壩段壩基帷幕分為上游主帷幕和下游封閉帷幕，上游主帷幕為兩排，第一排為豎直孔，第二排為傾向上游1.5°~5°斜孔，孔距均為2 m，孔徑60 mm；下游封閉帷幕為單排豎直孔，孔距為2.5 m，孔徑60 mm。帷幕灌漿采用“小口徑鉆孔，孔口封閉，自上而下分段，高壓孔內(nèi)循環(huán)法”灌漿。上、下游帷幕第3段以下設(shè)計壓力分別為6 MPa和4 MPa。前3段段長分別為2 m、1 m、2 m，灌漿壓力分別為上游主帷幕：1.5 MPa、3 MPa、4.5 MPa，下游封閉帷幕：1 MPa、1.5 MPa、2 MPa；第3段以下一般段長為5 m，最長不大于10 m，第一段采用傳統(tǒng)阻塞法進(jìn)行灌漿，灌漿結(jié)束后埋入孔口管，待其終凝后開始繼續(xù)鉆進(jìn)。
在帷幕水泥灌漿完工后，經(jīng)過對灌漿的成果資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，部分孔段淺層存在透水率大或有涌水，且在灌漿壓力已升至2倍設(shè)計水頭的情況下，灌漿單耗依然較?。辉卺∧粰z查孔壓水時也發(fā)現(xiàn)部分壩段的淺層透水率仍然超標(biāo)，因此又進(jìn)行了丙烯酸鹽補充灌漿。丙烯酸鹽灌漿主要針對淺層透水率大或有涌水而灌漿單耗較小以及檢查孔壓水時淺層透水率超標(biāo)的部位。
丙烯酸鹽灌漿孔均為垂直孔，采用純壓式灌漿，分兩序加密，孔深5 m；分2段壓水檢查，第1段段長2 m，第2段段長3 m，全孔作1段灌漿，主帷幕壓水壓力2.0 MPa，灌漿壓力2.5 MPa；封閉帷幕壓水壓力1.0 MPa，灌漿壓力1.5 MPa，灌漿壓力均低于相應(yīng)部位的水泥灌漿壓力。
2 施工特點
2.1 部分壩段失水回濃現(xiàn)象較為普遍
造成漿液失水回濃的主要原因是地層中的細(xì)微裂隙只有水和部分細(xì)水泥顆?？梢酝ㄟ^，而粗水泥顆粒不能通過。三峽泄洪壩段帷幕灌漿采用的是濕磨水泥，濕磨后水泥粒徑為d50≤10μm且d97<40μm，也就是說平均粒徑為10μm的水泥顆粒也只有部分能灌入裂隙。一般認(rèn)為當(dāng)水泥粒徑小于裂隙寬度的1/3~1/5時，可灌性較強，因此基本可以判定吸水不吸漿孔段的地層中裂隙寬度小于30~50μm。
現(xiàn)場為了便于操作，制定如下方法判定失水回濃是否達(dá)到了吸水不吸漿的程度：當(dāng)小循環(huán)灌漿過程中，20~30 min內(nèi)回漿比重超過一個比級且注入率在1~2 L/min，此時換原比級的新鮮漿液，若不發(fā)生回濃或回濃不明顯，則正常結(jié)束灌漿；若繼續(xù)發(fā)生回漿比重超過一個比級的現(xiàn)象，則判為吸水不吸漿，按吸水不吸漿標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束灌漿，但總灌注時間仍要求不小于120 min。
根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，筆者認(rèn)為下面的判斷方法更科學(xué)、更準(zhǔn)確：三峽二期泄洪壩段壩基帷幕灌漿要求在小循環(huán)（圖1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)30 min后，打開大循環(huán)（圖2）灌注。所謂小循環(huán)就是回漿管的漿液直接回到灌漿泵，再由泵壓入進(jìn)漿管而不經(jīng)過攪拌桶及流量計。小循環(huán)過程中，自動記錄儀能準(zhǔn)確記錄注漿量。而大循環(huán)則是指回漿管的漿液回到攪拌桶后，通過流量計再進(jìn)入灌漿泵壓入進(jìn)漿管。大循環(huán)過程中，自動記錄儀已不能有效的記錄注漿量，人工記錄的注漿量有一定的誤差，因此透水不透漿現(xiàn)象在小循環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行判斷比較準(zhǔn)確。
在小循環(huán)過程中，假設(shè)該孔段已達(dá)到透水不透漿的程度，孔內(nèi)（包括進(jìn)、回漿管）漿液將逐漸變濃，因為對于某一個孔段，孔容（包括進(jìn)、回漿管容）是一定的，則孔內(nèi)漿液由稀變濃的需灰量L1應(yīng)與同一時段內(nèi)所注入漿液的含灰量L2相等（因為這一時段內(nèi)，漿液中的水完全灌入裂隙，而灰仍留在孔內(nèi)）。
為了計算方便，根據(jù)試驗結(jié)果得出濕磨普通525＃水泥漿液灰水比與比重及灰水比與含灰量關(guān)系曲線，如圖3所示。
現(xiàn)舉例說明上述判定方法：
1X13-II-1#孔第7段：孔容162 L，進(jìn)漿比重1.21kg/L(進(jìn)漿比重指攪拌桶內(nèi)漿液比重)，30 min內(nèi)注漿量為61 L，回漿比重（回漿比重指回漿管內(nèi)漿液比重）從1.21 kg/L變濃為1.3 kg/L。根據(jù)圖3，查得：
γ＝1.21 kg/L對應(yīng)的漿液含灰量為0.3 kg/L
γ＝1.3 kg/L對應(yīng)的漿液含灰量為0.43 kg/L
30 min內(nèi)孔內(nèi)漿液比重由1.21 kg/L變?yōu)?.3 kg/L所需灰量：
L1＝162×（0.43-0.3）＝21.1 kg
此時段內(nèi)所注入漿液的含灰量：L2＝61×0.3＝18.3 kg
兩者相差僅2.8 kg，后者已達(dá)前者的86.7％?？紤]到管容測量誤差、比重測量誤差以及計時開始時孔內(nèi)漿液比重沒有完全置換至1.21 kg/L，可以認(rèn)為該孔段為典型的透水不透漿現(xiàn)象，按照吸水不吸漿處理。
按照上述方法，對帷幕灌漿中透水不透漿現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：計算出的L2與L1相差均在20％以內(nèi)。
此外，對于L2小于L1的20％以上時，可以認(rèn)為孔內(nèi)漿液置換不充分，孔內(nèi)仍存留有部分濃漿，不能判為透水不透漿，而應(yīng)重新置換出孔內(nèi)濃漿，灌入一定比重的稀漿。
若L2>L1，則說明孔內(nèi)仍在吸漿，按正常情況對待。
上述判斷方法的缺點是需要查表計算，不便于現(xiàn)場操作，但就準(zhǔn)確性而言，筆者認(rèn)為這種判斷方法值得推廣。
從現(xiàn)場的實際情況來看，很少發(fā)生換新漿后可灌性增強的現(xiàn)象，一般是繼續(xù)回濃，發(fā)生失水回濃后換新漿對于泄洪壩段的地質(zhì)情況效果不明顯。經(jīng)過孔內(nèi)高壓循環(huán)一段時間后，漿液流動性降低、粘度增大，而新漿流動性較強、粘度較小，故可灌性較好，但在三峽泄洪壩段，裂隙寬度過小、水泥粒徑過大已成為漿液失水回濃的主要原因，而漿液的流動性和粘度是次要原因，要降低失水回濃發(fā)生的頻率，提高細(xì)微裂隙的可灌性，采用粒徑更小的超細(xì)水泥是一種有效途徑，但這無疑會增加灌漿成本，而從檢查孔的壓水結(jié)果來看，發(fā)生失水回濃頻率較高的壩段灌后防滲能力基本可以滿足設(shè)計要求。[NextPage]
泄洪壩段7~9主帷幕發(fā)生失水回濃的頻率較高且大部分在開灌30 min內(nèi)迅速回濃，同時注入率在1~2 L/min，按吸水不吸漿標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束，既縮短了灌漿時間又避免了發(fā)生孔內(nèi)濃漿埋鉆的危險，該部位的帷幕檢查孔除X8-J1最后兩段壓水結(jié)果超標(biāo)外，其余孔段壓水結(jié)果均滿足設(shè)計要求。
2.2 數(shù)量較少的大注入率孔段是帷幕防滲的關(guān)鍵部位
因深槽段基礎(chǔ)下分布有順河向斷裂構(gòu)造，故大漏量孔段較多。對于壓水時發(fā)現(xiàn)注入率、透水率較大的孔段，首先查找有無外漏點，如有外漏點則對外漏點進(jìn)行嵌縫、表面封堵，在確認(rèn)無外漏時，開灌前對制漿站、灌漿泵、攪拌桶、儲漿桶及輸漿管道等設(shè)施進(jìn)行檢查，以確保灌漿的連續(xù)性，不發(fā)生人為的灌漿中斷。
因為壓水壓力較低，而灌漿壓力較高，因而壓水時無外漏的孔段，灌漿時不一定沒有外漏，灌漿過程中當(dāng)漿液注入率較大時，首先查找有無外漏，特別是當(dāng)已經(jīng)變濃一級漿液而注入率沒有明顯減少時，更要加強查找。當(dāng)發(fā)現(xiàn)外漏時首先降低灌漿壓力，對外漏點進(jìn)行嵌縫、表面封堵，當(dāng)上述措施無效時，采取間歇灌漿，待所灌入水泥漿液初凝后，掃孔復(fù)灌。
在灌漿注入率較大而無外漏時，需控制灌漿壓力使之與注入率相匹配，因為注入率較大說明裂隙比較發(fā)育，地質(zhì)條件較差，因而漿液與基巖的接觸面較大，這時如果升至高壓會產(chǎn)生較大的抬動力，很可能會導(dǎo)致抬動破壞。在漿液注入率較大時，需加強抬動觀測，以便控制適當(dāng)?shù)墓酀{壓力。在漿液比級相同的情況下，裂隙比較發(fā)育的地層中漿液壓力衰減較慢，故較小的灌漿壓力也能得到較大的擴(kuò)散半徑，因而在漿液注入率較大時不必升高灌漿壓力也能得到理想的灌漿效果。此時需采取措施降低漿液的流動性，例如采用濃漿灌注，以避免不必要的浪費漿材。三峽泄洪壩段壩基帷幕灌漿采用部頒94規(guī)范中推薦的與注入率相匹配的灌漿壓力，如下所示。
2.3 部分壩段涌水較為普遍
泄洪壩段涌水孔段較多主要是因為水位差較大及基巖中沿斷層脈狀透水較豐富，而以深槽段尤為突出。對于涌水孔段在正常灌漿結(jié)束后再屏漿1 h，視灌入量情況決定待凝時間，一般為12~48 h，待凝后掃孔到底，若仍有涌水則需重復(fù)灌漿，否則繼續(xù)鉆進(jìn)。
涌水孔段屏漿的作用是使灌入裂隙的水泥漿液在高壓作用下充分排水固結(jié)，防止其被涌水頂回。有涌水且漿液灌入量較大的孔段，說明該孔段裂隙比較發(fā)育，裂隙中漿液壓力衰減較慢，先按照灌漿壓力與注入率相匹配原則灌注，當(dāng)注入率降到10 L/min以下時升至設(shè)計壓力加孔口涌水壓力進(jìn)行灌注。這種情況下，能取得足夠的擴(kuò)散半徑，得到理想的灌漿效果。
有涌水而漿液灌入量較小的孔段，說明該孔段裂隙不發(fā)育，裂隙中涌水壓力衰減較快，所測灌漿段涌水壓力小于裂隙中實際涌水壓力，距孔中心線距離愈大，所測涌水壓力與裂隙中實際涌水壓力相差愈大，而灌漿時因漿液的粘度大于水的粘度，故裂隙中漿液壓力衰減更快，但衰減方向與涌水壓力衰減方向相反，故裂隙中漿壓與水壓很快將達(dá)到平衡狀態(tài)，因此漿液的擴(kuò)散半徑很有限。對于這種情況，要得到合適的擴(kuò)散半徑，需提高漿液的流動性，施工時可以采取以下幾條措施：①提高灌漿壓力，使裂隙中漿壓與水壓在所需要的擴(kuò)散半徑以外達(dá)到平衡狀態(tài)，但灌漿壓力的提高要受到抬動觀測值的限制；②增加布孔密度，使各序孔以較小的擴(kuò)散半徑連成完整的幕體；③延長灌漿時間。
從灌后帷幕檢查孔的情況看，灌前涌水孔段較多的壩段灌后檢查孔仍有少量涌水，但壓水結(jié)果表明其防滲能力已滿足設(shè)計要求。
3 水泥灌漿結(jié)束后的處理措施
在水泥帷幕灌漿結(jié)束后，檢查孔壓水時發(fā)現(xiàn)部分壩段的淺層透水率仍然超出設(shè)計要求，通過分析認(rèn)為：在現(xiàn)有的濕磨條件下，水泥顆粒粒徑依然過大，不能滿足這些部位的灌漿要求，而基巖淺層的灌漿效果卻是控制帷幕幕體防滲效果的關(guān)鍵部位，在蓄水后將承受較大的水壓，在這種情況下有必要進(jìn)行化學(xué)灌漿，以確保幕體的防滲效果。
經(jīng)分析、比較后，化灌材料選用膠凝后基本無毒的丙烯酸鹽。丙烯酸鹽漿液的粘度一般小于2 MPa•s，且為溶液，因此具有較強的可灌性，能夠灌入濕磨水泥無法灌入的細(xì)微裂隙，對水泥灌漿遺漏的部分進(jìn)行必要的補充。丙烯酸鹽凝膠的滲透系數(shù)一般小于5×10-7cm/s，滿足設(shè)計要求。
在水泥帷幕灌漿結(jié)束后，檢查孔壓水時還發(fā)現(xiàn)上游主帷幕的透水率較下游封閉帷幕小，這反映出上游主帷幕經(jīng)過高壓和加密后，水泥灌漿質(zhì)量明顯好于封閉帷幕，因此決定加大下游封閉帷幕丙烯酸鹽灌漿的布孔密度。
4 幾點認(rèn)識及建議
(1)若臨界壓力小于該孔段的設(shè)計壓力，灌漿過程中當(dāng)升壓至臨界壓力時，漿液注入率將突增，此時如果按注入率較大情況下與注入率相匹配的壓力進(jìn)行控制，則應(yīng)降壓，而降壓的結(jié)果是壓力低于臨界壓力，漿液注入率大幅下降或基本不吸漿，說明裂隙周圍的巖體發(fā)生了彈性張裂變形，當(dāng)外力撤消后，裂隙又恢復(fù)原狀。這種情況在右縱壩段下游封閉帷幕灌漿過程中曾出現(xiàn)過，這種情況下灌漿壓力該如何控制，則需進(jìn)一步探討。
(2)帷幕檢查孔全孔灌漿壓力為相應(yīng)部位第一段灌漿壓力，在注入率小于1 L/min的情況下穩(wěn)定30 min后打開大循環(huán)灌至結(jié)束，這些技術(shù)要求導(dǎo)致檢查孔全孔灌漿時間過長，例如X18-J-2全孔灌漿歷時5 h27 min。檢查孔采用傳統(tǒng)阻塞法灌漿，作為射漿管的內(nèi)管一般無法活動，長時間灌注極易埋內(nèi)管，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，大部分機(jī)組不采用6分鐵管作為內(nèi)管，而采用塑料管作為內(nèi)管，若被埋則舍棄順便封入孔內(nèi)。經(jīng)過長時間灌注孔內(nèi)水泥漿容易凝結(jié)，很可能導(dǎo)致塑料內(nèi)管從阻塞器下部脫落，這樣在灌漿結(jié)束后封孔時回漿比重將迅速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而孔內(nèi)稀漿并未被完全置換出來，造成封孔質(zhì)量難以保證。而壓水合格的檢查孔的主要矛盾是封孔質(zhì)量，并非灌漿質(zhì)量，這樣做便造成了本末倒置。
鑒于上述原因，可考慮對檢查孔灌漿技術(shù)要求進(jìn)行修改。帷幕灌漿孔一般段長為5 m，小循環(huán)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為注入率小于1 L/min，考慮到段長因素可以改寫為注入率小于0.2 L/m•min，這個穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該也可以在檢查孔全孔灌漿時采用。因檢查孔每段都進(jìn)行過穩(wěn)定壓水，故壓水全部合格的檢查孔孔內(nèi)不可能存在較大裂隙，只可能存在多條細(xì)微裂隙，這些細(xì)微裂隙是造成灌漿時存在注入率的主要原因，經(jīng)改寫后的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)既能控制不發(fā)生大裂隙欠灌的情況，又能保證灌漿質(zhì)量，而且可以大大縮短灌漿時間，避免發(fā)生內(nèi)管被埋，確保封孔質(zhì)量。
本文標(biāo)簽：三峽泄洪壩段特殊地質(zhì)條件下的帷幕灌漿施工
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