高压灌浆技术在五里冲水库工程中的应用

五里冲水库位于蒙自县城以南19Km, 昆明—河口的二级公路直通库区, 交通十分方便。 水库是利用大型岩溶育谷, 采用截堵等工程措施建成的中型水库。该库工程建设包括暗河堵头, 防水闸、防渗墙、防渗帷幕灌浆等措施。工程于1995年7月正式建成下闸蓄水。我队于1993年参加承担了该工程付坝西段1408高程0+000～0+055段隧道的高压防渗帷幕灌浆施工。本次灌浆工作质量全部合格,满足工程要求。
1工程地质情况
1.1地形地貌特征
库区位于南盘江流域与红河流域之分水岭上。是构造和侵蚀、溶蚀等作用所致而形成了东部为侵蚀构造的中低山地形，西部为岩溶区溶蚀构造地形。发育有石牙、石峰、溶沟、溶槽、漏斗、断裂陡崖、岸边剪切等大裂隙。
五里冲水库为一天然育谷,由南北两条支流在龙宝坡汇合后进入落水洞成为伏流,落水洞口高程为1352m,谷地两侧山体高差均在200m以上，在落水铜以南有一个略低于最高蓄水位的小垭口，水库的北、东、南面均为浑圆形的中山侵蚀地貌，仅在西南一侧的落水洞附近为陡峭石崖组成的暗坡，为构造岩溶地貌。
1.2水文地质条件
寒武系中统(∈2 )岩性较单一，均为板岩。除全～强风化岩层透性稍强外，其下岩性一般为不透水或弱透水。中三迭系个旧组灰岩(T2gC )，因岩层质纯且为厚层状，所以岩层岩溶发育强烈，故形成管道式、溶隙式的岩溶含水层，地下水流向主要由北向南，地下水位均低于五里冲暗河渠流段水位。其中落水洞组成垂直循环带，又是含水区，也是极强的主要渗漏地区。
1.3地质构造
枢纽区位于努女克倒转背斜东翼，受南北向大断裂为主要控制，以压扭性F1为主要断裂，其产状为NE25°～NW350°、属高角度递冲断层。似角在65°～85°之间。该大断裂具有多期活动特征,断层带宽在10～30m不等，并由北向南逐渐变窄。其他南北向断裂还有F40、F41等。除南北向断裂外，还有一系列近东西向断裂如F32、北西向断裂如F51、北东向断裂如F45等。
1.4库区地层岩性
库区以近南北向的F1大断裂为界,东部均为下右界( PZ1 )寒武系上统歇场组( ∈3X ),岩性以板岩为主,夹有石灰岩、白云岩。出露厚度大于540m; 西部为中生界(Mz)三迭系中统( T12 )个旧组灰岩为主、间夹厚度约30～70m的碳质灰岩,其中,深灰色巨厚层至块状灰岩,质纯、岩溶发溶强烈。个旧组灰岩在该区出露厚度大于300m，主要暗河,溶洞等基本发育在此岩层中，成为库区主要的渗漏带。
我队承担副坝东西段施工范围的地层岩性主要以寒武系上统歇场组( ∈3X )砂质板岩的碳质板岩为主，夹有碳灰岩和白云岩。由于受副坝F1大断裂的影响，帮岩层裂隙发育，风化强裂，岩层破碎。
2高压帷幕灌浆施工
2.1高压灌浆机理施工工艺、方法及特点
高压灌浆与常规灌浆有明显区别，常规灌浆压力一般在0.3～1.0MPa之间(俗称低压)。而高压灌浆是用较高的压力(试灌后的设计压力(本工程设计使用压力为3.0～6.0MPa),将水泥浆液压入岩体中的孔隙、裂隙甚致可压入小于1㎜的微细裂隙中，在帷幕线上它可穿插、包裹和压密小型洞穴，溶蚀裂隙中充填的较为松散砂砾石和松散地层，故它的适用范围,施工工艺和方法等都与常规低压灌浆有着明显的区别。
⑴施工工艺与方法:采用小口径钻孔，除孔口段及某些有特殊要求的个别钻孔外，一般采用56㎜。孔口封闭,但孔内分段不需卡点，浆液可在全孔内循环灌注，除孔口段外，全孔均经受最大压力下的反复灌浆。不待凝,每灌段达到设计压力和结束标准后，均可钻灌下一孔段。不冲洗,除遇到岩粉及细砂层外，对孔内遇到的夹泥层不需要专门冲洗。自上而下分段灌浆，除有特殊情况段厂可缩短至1m或2m外，一般段长均为5m。
(2)高压灌浆特点:使用高力压大,浆液扩散范围以相应较大，均可形成2～4m的防渗帷幕。可将浆液压入极微细的裂隙中。可处理由块石、卵石、砂砾石、粘土等复杂成份组成的溶塌体和破碎带。可将溶洞和溶隙中充填的软弱夹层进行分割、穿插、包裹挤压、提高松散土层的防渗和抗剪、抗压性能。由于不余姚待凝，可提高灌浆效率，降低工程成本。
2.2 灌浆压力的使用及浆液变换原则
(1)灌浆压力的使用。依据施工技术要求，钻孔深度、水头压力的大小和地层岩性的不同，规定使用压力如下:
在高程1408m，孔口以下三段灌浆压力灰岩分别为0.8、1.5、2.5MPa ;砂板岩为0.5、1.0、5Mpa；第四段以下使用压力灰岩为5.0MPa ,砂板岩3.0Mpa，封孔压力灰岩为5.0Mpa，砂板岩为3.0MPa。
在高程1335m，孔口以下三段灌浆压力灰岩为分别为1.0、2.0、3.0MPa;砂板岩为0.8、1.5、2.0 MPa ；第四段以下灰岩压力为6.0 MPa ，砂板岩为4.0 MPa ；封孔压力灰岩为6.0MPa 、砂板岩为4.0MPa。
(2)浆液的使用及变换原则:根据灌前压水试验透水率的大小确定水灰比。如灌浆前透水率在1000～2000Lu之间的,起灌水灰比为8:1；透水率在2000～5000Lu的，起灌水灰为5:1，透水率>5000Lu的，起灌水灰比为3:1；其余灌段不论透水率大小均采用8:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等8个级别逐级变换。
(3)灌浆结束标准:每孔段灌浆当达到设计压力及单位吸浆量≤1L/min并延续灌注90min均可结束。
2.3灌浆中特殊情况的处理
(1)在灌浆过程中，如遇冒浆、冒水的孔段均采用降低压力灌浆封堵后再升压至设计压力灌注结束。若降压封堵无效时，则采用停息、待凝、扫孔复灌的方法灌注，但待凝时间不应少于12小时。
(2)若因停电、停水或机械等事故造成的灌浆中断时，应按要求尽快冲洗钻孔恢复灌浆，若冲洗无效者，则应进行扫孔复灌。
(3)在对上寒武系歇场组(∈3X)灰黑色粉砂岩、碳质板岩和砂质板岩地段造孔和灌浆极为困难，在一段钻灌过程中曾堵塞高压阀门高达20余次，这时则采用高压水流边冲洗、边下注浆管把孔内残留物质排出后再进行复灌，其下孔段由于岩层破碎，造孔困难，我们根据规范要求适当缩短灌浆长度，钻进时采用低转速，尽量避免孔内岩层塌落，保证孔内残留符合规范要求，之后采用较低压力施灌，经几次复灌后达到2 Mpa的设计标准，岩层破碎采用此方法效果较好。
2.4灌浆效果及质量检查
(1)耗材情况分析:按规范要求,施工时先钻灌下游排，后灌浆上游排。各排再分三序施工。如下游排共计钻灌孔27个，总计进尺1382.72m灌浆段长1369.1m；水泥总注入量90.79T，平均单位注入量为66.3㎏/m(其中:Ⅰ序孔为114.06㎏/m、Ⅱ序孔为81.87㎏/m、Ⅲ序为29.03㎏/m),它们的递减率分别为Ⅱ序比Ⅰ序降低28.22%、Ⅲ序比Ⅱ序降低64.54%；上游排共计钻灌孔17个，总计进尺1326.79m，灌浆段厂1318.29m，水泥总注入量20.802T，平均单位注入量为15.78㎏/m(其中，Ⅰ序孔为20.21㎏/m，Ⅱ序孔为18.67㎏/m、Ⅲ序孔为12.57㎏/m)，它们的递减率分别为Ⅱ序比Ⅰ序降低7.62%、Ⅲ序比Ⅱ序降低32.99%。上游排与下游排递减率为76.2%。
由上述数据分析可知，随着排序和孔序逐渐加密施灌，其耗材量逐渐减少，这说明灌浆的效果是好的，同时也是符合灌浆规律的。
(2)检查孔检查情况:在我队承担的施灌工程结束后，经五里冲水库工程管理局和有关单位研究决定，共布设检查孔3个，检查孔分别由中国有色金属工业昆明勘察院、个旧分院负责打孔检查,完成总进尺182.4m，压水试验39段次，3个检查孔中除上部各有两段次透水率超出标准外，其余段次均达到设防标准。在上部不合格的段次进行了补灌,对补灌孔段又进行二次检查,结果全部合格。