浅谈岩溶地区帷幕灌浆处理
2016-11-07
随着水利水电建设的发展，灌浆技术在得到飞快地发展的同时，其理论知识特别是在岩溶地区的灌浆处理方面还不成熟。
岩溶地区的地基透水性极强，在岩溶发育的基岩上筑坝，大坝基岩、水库周边和库区渗漏通道的处理是非常重要的，同时处理的施工技术和施工工艺均较复杂。因此，在大规模投入施工前要详细的查明坝基与库区的地质条件，了解坝基与库区的渗漏情况、渗漏规律、地质形成原因，提出合理的防渗处理方案。
一、岩溶地区灌浆特点
1. 工程量大：灌注材料种类多及灌注量大，在岩溶发育地，有大溶洞、大溶蚀裂隙的地段，需要灌注的材料种类多，一般根据灌注的实际情况及灌注效果而定；由于岩溶地区的防渗帷幕深度大，帷幕线长，帷幕灌浆孔排数又较多。
2. 施工复杂：岩溶地区的地质情况多变，我们应根据所遇到的实际情况，采取相应的施工方法，这就要去我们做到准备充分，对帷幕灌浆处理地段的地质情况要熟悉的掌握。
3. 处理时间长、造价高：由于岩溶地区灌浆工程量大、材料多、施工复杂，所以处理时间长，造价高。
4. 隐蔽性：由于帷幕灌浆部位都处于地表以下，是看不见，摸不着的，其质量检查方法为幕前幕后水位观测、示踪试验、压水试验、CT等。
5. 在一般帷幕灌浆效果检查采用标准为吕荣值q<3LU就可以了,但在岩溶地区，仅靠此参数来检查灌浆效果是远远不够的，需要综合应用扬压力观测，地球物理勘探检查、电视检查、大口径钻孔检查等方法。
二、岩溶地区灌浆处理方法
由于岩溶地区地质条件复杂且特殊，在灌浆过程中存在很多不确定因素，这就要求我们对各种地层的灌浆处理方法有所了解、掌握，以及对各种材料的准备要充分。溶洞的处理要根据溶洞的发育情况及防渗要求，一般为先封闭，再密实。其施工方法有：
1. 当溶洞有很大的空间时，可以先投入卵砾石，填满后进行水泥砂浆灌注，密实也可以直接灌注混凝土（一、二、三级配混凝土，根据实际灌注效果来确定用什么级配）进行封堵溶洞，经过待凝一段时间后，再在此段进行纯水泥浆的压灌，使得该处进一步密实。当溶洞空间足够大，同时处于工作基面较浅时，最好把溶洞进行揭露，根据防渗要求，进行处理（可浇混凝土板墙），在灌注时方法也是多种多样的。
2. 对于无充填型溶洞，建议使用以下步骤进行处理：
（1）在施工过程中同样要先查明岩溶规模，包括溶洞的大小（发育方向）、顶底板孔深（高程），是否为管道等，做好详细的记录。
（2）在查明溶洞的规模后，采用下述方法进行处理：
①若查明的岩溶为管道
A. 利用钻孔用清水往孔内冲填土、砂、砾石级配料。其中的砾石先用粒径2-5mm，接着用5-10mm、10-20mm、20-40mm等，由细逐级变粗，冲填中不断下入钻具扫、搅，直到在某一级不能再继续填进时为止，最后再灌注M20水泥砂浆或水泥浆。
B. 可用碎石和混凝土交替回填（若只填碎石，后续钻孔难度较大），回填采用C15或C20细石混凝土，细石混凝土坍落度应大于14cm，细石粒径不大于40mm，回填碎石的粒径不大于80mm；
②当溶洞为充填型溶洞时，必须先了解充填物的特性，了解溶洞发育规模后，根据溶洞内充填物特性以及发育规模采取相应措施。在查明溶洞的规模及充填物类型后，可采用较大口钻孔成孔并利用高压水冲除充填物并回填C15或C20混凝土，再进行补强灌浆。在含沙含泥岩溶地段进行高压灌浆难以成孔，若以带孔眼的钢管插入溶洞内形成人造孔壁，则可防止塌孔；在灌浆过程中也容易被砂土颗粒堵塞高压阀门或灌浆设备，浆液可用较大的压力通过花眼射入土层；借高压力的作用，水泥浆可以进入到砂土层中去，或将充填物压密，挤出其所含水分，达到灌注、压实充填物的目的；再则可根据处理区幕体所承受的水头压力，适当降低灌浆压力，保证幕体的连续性。
③对于埋藏较深溶洞：可先进行溶洞周围灌浆，使充填物逐渐被水泥浆体挤压、密实，然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔补强灌浆（注意控制灌浆压力）；
深层岩溶的处理，采用花管法或旋喷法等辅助措施均有困难时，可先在岩溶周围进行灌浆，使岩溶充填物逐步被水泥浆体挤压、固结，然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔灌浆。
④充填型（半充填）型溶隙（溶缝）：可采用高压水冲洗后灌注M15或M20砂浆，再进行补强灌浆；或采用0.5:1的水泥浆进行高压挤密灌浆。若充填物具有防水性，以及良好的抗压性时可对该段位置不进行灌浆处理；若充填物不具有防水性（如沙砾石），可对其充填物与水泥浆进行置换灌浆，如高压旋喷、简易高喷以及风水联合冲洗、花管灌浆法对其充填物进行置换，待凝后可对该段进行补充灌浆。
3.在施工过程中，若溶洞发育地段可以扩大灌浆孔径或进行竖井开挖时，则要采取扩大灌浆孔径或竖井开挖，便宜了解溶洞的发育情况，了解溶洞内充填物是否有防水效果，好进行充填物是否进行清理，使得灌浆工作采取相应的施工措施，为工程节约成本。
4.在施工过程中出现溶缝时--就是常规灌浆无法结束、同时混凝土也灌注不了时，可采取以下方法：
（1）降压：用低压甚至用自流式灌浆，待裂隙逐渐充满浆液，浆液的流动性降低后，再逐级升高压力（根据压力与流量的关系），按常规要求进行灌浆。
（2）限流：限制注入率不大于10-15L/min，以减小浆液在裂隙里的流动速度，促使浆液尽快沉积。待注入率明显减小后，将压力升高，使注入率基本保持在10-15L/min水平，直至达到灌浆结束标准后结束灌浆。
（3）浓浆灌注：采用最稠的水泥浆（一般为0.5：1）进行灌注。
（4）加速凝剂：在最稠的浆液（一般为0.5：1）中掺入水玻璃、氯化钙，对于吸浆量较大的可根据实际情况灌注一定数量后待凝后再采用纯浆液进行灌注。
（5）灌注水泥砂浆：根据灌注情况，掺砂量可以按水泥重量的10%、20%……100%逐步增加；砂的粒径也可逐渐变粗。将砂浆搅拌均匀后，用砂浆泵灌注。①砂浆泵灌注，在灌注溶缝时给予一定压力进行灌注，确保溶缝的充填饱满，达到防渗效果，采用导管插入孔内（尽量的把导管插入距孔底50cm），最好使用pvc管做导管，在灌注结束时，立即对孔口进行封闭，待凝48h后扫孔进行复灌。灌注水泥砂浆时可采取以下处理方法：根据灌注情况，掺砂量可以按水泥重量的10%、20%……100%逐步增加；砂的粒径也可逐渐变粗。将砂浆搅拌均匀后，用砂浆泵灌注，根据参砂量的多少以及砂浆的水灰比，采取相应的设备进行处理；②采取自流式灌注时，要在相邻孔采用一个排气孔，要注意观察孔口的反应，若有气泡往外窜，则应立即停止投放砂浆并立即封闭孔口；
（6）间歇灌浆：灌注一定数量水泥或灌注一定时间后，暂停一段时间。每次间歇之前，水泥灌浆量或灌浆时间根据地质情况、灌浆目的确定，间歇时间宜在2h以上，使灌浆材料具备一定初凝效果，才能使灌浆压力及流量有所改变。
总之，岩溶地区的灌浆具有很大的挑战性，处理溶洞的方法也是多种多样的，在处理时要善于总结经验、优化施工方案；在施工前做好充分的准备工作，避免在施工过程中出现“边勘探、边设计、边施工”的“三边”工程，根据不同的地形地质条件以及溶洞发育规模，配备相应的施工作业人员及施工设备。
参考文献：
《中梁电站灌浆技术要求》《大坝基础灌浆》。
