防渗帷幕灌浆试验设计详解

在充分了解防渗帷幕试区的灌浆水文地质条件的基础上，针对被灌岩体的透浆性、抗浆力劈裂能力，在灌浆过程中可能出现的问题，在灌浆试验设计中，都应有明确的说明。

（一）试区选择

试区应选在地质条件与防渗帷幕的地质条件相当的地区，尽可能直接选在未来的帷幕线上，如果灌浆试验设计合理，试验段有可能成为防渗帷幕的组成部分。

（二）钻孔布置

目前广为流行的布孔方法是“对分法”。这个方法的关键问题在于起始距离如何决定。过去是凭经验判断或类比法确定，这几乎造成所有灌浆的最后孔距都是一样的。这主要是没有考虑具体地质条件的差别。实际上，最终灌浆孔距（2R）（R为浆液扩散半径，可匡算），应根据被灌岩体的裂隙宽度、拟用浆液的凝聚力和设计的灌浆压力进行计算。如采用Ⅲ序孔灌浆，其起始孔距为4R，如用到Ⅱ序孔，其起始距离为2R。

（三）防止钻孔超斜

现在测孔斜的仪器越来越多，其精度也在日益提高，但它只能反映孔斜，这并不是关键，灌浆中如何在钻机安装、机具选用、钻进方法以及操作技术等方面控制孔斜才是关键的问题。当然，如果能设计出防止钻孔超斜的钻机，那就从根本上解决了钻孔超斜问题。

（四）水泥浆液配制

目前国内普遍使用的水泥浆液是多种水灰比的普通水泥浆液。早在20 世纪90年代初，国际上就开始研究稳定浆液。稳定浆液的配比是：水灰比0.75∶1（525号水泥），膨润土掺量0.8% ，减水剂掺量0.8% ，在2800r/min 的高速搅拌机作用下，可配制出密度1.64g/cm3，马氏粘度33s，单位面积的粘（凝）聚力0.51N/m2 的稳定浆液。它的2h析水率可能为2%。

（五）最大容许灌浆压力

任何地层岩性都有自身的临界抗浆力劈裂能力，如采用的灌浆压力超过它，就会引起浆力劈裂，这不仅会引起水泥浪费，更重要的是会引起全段甚至全孔灌浆的失败。因此，在灌浆试验之前，一定要作好最大容许灌浆压力试验设计。

认真调查了解灌浆区的地层岩性剖面，对各类岩性、硬软岩界面和软弱结构面都要进行浆力劈裂试验；对临界浆力劈裂压力小于1MPa 的软弱结构面，不仅测试其临界压力，而且要测试每次复灌可能提高的抗浆力劈裂压力增量。然后，根据这些试验成果以设计合适的灌浆压力。设计灌浆压力是指灌浆段中线处的压力，即孔口进浆表上的进浆压力读数（或出浆管上压力表上的读数），加上灌浆段中线以上的浆柱压力。

（六）最大容许灌浆量

在岩体内，吸收浆液的空间只能是裂隙、孔隙和溶蚀空洞等，在设计的防渗幕体厚度内，可以反求灌浆的扩散半径。我们从裂隙调查资料中分析，其最大可充填浆液的空间可以大致算出，这个空间的体积乘以2的安全系数所得值即为最大容许灌浆量。(www.xing528.com)

（七）灌浆顺序

究竟采用自上而下灌浆，或是自下而上灌浆，抑或采用孔口封闭方法灌浆，这不决定人的意愿、习惯或兴趣，而决定于地质条件。如果灌浆孔内只在孔的下部有易浆力劈裂的软弱结构面，可以采用自上而下分段封闭灌浆，也可以在最高一层软弱结构面以上采用孔口封闭法灌浆，对含软弱结构面的孔段采用分段灌浆。这个分别灌浆是指对软弱结构面的抗渗比降小于水工要求时，要单独用逐渐（由临界压力）升压的办法灌浆。其余坚硬岩体部分，一定要和软岩分开分别灌浆。对于钻孔上部有软弱结构面的钻孔，应从最低一层软弱结构面以上，按栓塞分段法灌浆；其下，用一次固定栓塞法进行灌浆。

（八）石灰岩溶蚀带

在防渗帷幕灌浆层中的软弱结构面分为两种：一种是泥质或软质结构面，它们大都以含泥为特点，如断层破碎带、层间错动面、层面溶蚀、溶蚀破碎带含泥溶洞等；另一种是硬质或无泥结构面，它们大都以不含泥为特点，如页状滑石化面、构造溶蚀面和构造裂隙面。此外，还有一种正常岩中的软弱结构面，对此前面已述，在此不予赘述。

对于不含或少含泥的较大层间溶蚀带及部分可能漏浆量较大的浅部溶隙较为发育的段次、灌浆时不升压或地表冒浆的段次，应设计专门灌浆措施，如要求灌浆压力达到1MPa，注浆量小于0.6L/min。若难于达到要求，也可在保证注浆量达到某一定量的水泥后，再添加速凝剂进行灌注，直至满足要求为止。有时，也有在孔口段注入一定量水泥浆液后，分别加入速凝剂——水玻璃，以加快浆液的凝固速度，再灌至规定标准。这样做有可能待15d 以后，其结石强度才能达到耐久性要求。

对于含泥的软弱结构面以及含泥的裂隙和溶洞，要想用压力水去冲洗掉它是很难的。对于软弱结构面内的粘土，只能从低压力开始，用逐步升压的办法进行重复灌浆处理，直至达到要求为止。对于分布于防渗帷幕线上的夹有或含有泥的高角度裂隙及溶洞，有条件挖掉时，尽可能挖掉，无条件时，在不破坏岩体结构的条件下，尽可能用高压灌浆。一般来说，不含软弱结构面的石灰岩，其抗浆力劈裂的临界压力，可以高达4～5MPa。欲要做好岩溶区的灌浆工作，一定要根据地层岩性做好灌浆试验，特别是浆力劈裂试验。

水力劈裂试验。一般来说，对于帷幕剖面上出露的各类岩层，都要进行水力劈裂试验。常规压水试验时，应注意有否出现泵入量突然增加的现象。否则，在常规性压水试验之后，从0.5MPa开始，按每级0.2MPa升级，每级稳定40min，当泵入量突然增加，压力突然下降或出现异常时即为破坏。破坏后按每级0.2MPa压力逐级降压，每级稳定40min，直至压力到零为止。泵入量突然增加之前的那个压力即为水力劈裂压力。

（九）浆力劈裂试验

对防渗帷幕地质剖面上分布的每种岩性都应进行试验。对于较软岩，从0.3MPa 开始，每级增加0.3MPa，直至泵入浆量突然增加，这个泵入量突然增加之前的那个压力即为较软岩的临界浆力劈裂压力；对于坚硬岩体，一般从2MPa开始，每级增加1MPa，同样，直至泵入量突然增加，这个泵入量突然增加之前的那个压力即为坚硬岩体的临界浆力劈裂压力。

（十）灌浆过程监控

采用由HX—20、PC机、打印机和电源4部分组成的灌浆自动记录仪，利用p-t、Q-t、（Q/p）-t、V-t、（Q/p）-t 等5 条区线，对孔内注浆情况进行监测。著者认为，目前国内市场上销售的仪器，最重的是缺少一种绘制p-V或V-p曲线的功能。后两种曲线是不可少的，只有利用这类曲线才可以分析和检查水力劈裂与浆力劈裂出现的可能。

（十一）灌浆质量检查

目前采用较多的检查方法有3种：一是灌浆前后的声波检查，利用在同一直线上的各孔，用声波检查同一层位在灌浆前后的声波变化，也可以在同一孔内，用声波检查切层方向上声波的变化；二是灌浆后的岩心检查从灌浆后的地层中，用钻机取出岩心，可以从岩心上看出裂隙中和软弱结构面上水泥结石的分布情况；三是用压水试验检查尽管采用铅直孔进行压水试验时把岩体假定成渗透性各向同性，所得岩体的透水性具有随机性，但压水试验仍不失为检查灌浆后其透水性变化的简单易行的方法。一般是利用灌浆先导孔进行压水试验，所得岩体的透水率q值与灌浆后抽查钻孔的同层岩体的透水率q值进行比较，并按有关规定进行评价