帷幕灌浆排数及其对水工建筑物的影响

关于帷幕灌浆排数问题，目前世界各国尚无统一的认识，即便是国外，许多名家、学者对此问题的看法也存在着明显差异，如阿瑟·卡萨格兰德等认为帷幕排数越少，防渗效率越低，因此建议防渗帷幕应采用3排布置或具有同等效率的帷幕群；A·C·毫斯比认为水头小于60m、防渗标准为7～10Lu时，一般可采用单排帷幕，坝高大于60m且防渗标准较高时，则应采用多排帷幕；P·隆德则认为一般岩石采用单排帷幕即可。国内灌浆工程界在确定帷幕灌浆排数时，更多的则是考虑帷幕所承受的工作水头以及该工程的规模、等级等，为了保证防渗帷幕有足够的厚度以满足允许渗透比降要求，许多大型工程尤其是高坝，大多采用双排或多排帷幕，有的工程甚至是岩体自身透水率已经很小，仅略大于设计防渗标准时仍采用多排帷幕，这显然是不合理的。究其原因，主要是我们在进行防渗工程设计时忽略了岩体自身的防渗性能，灌浆浆液的实际扩散范围等重要的衡量帷幕防渗性能指标，从而造成过分灌浆。

其实对裂隙性岩体而言，如岩体透水率较小，的确灌浆所形成的帷幕厚度也相应较小，但不能忘记的是此类岩体自身就具有很好的防渗性能，是巨厚的天然隔水帷幕，此时帷幕灌浆的作用在很大程度上仅是修补这种巨厚天然隔水幕内局部透水率较大渗漏点的防渗性能而已。如岩体透水率较大时，在高压灌浆压力作用下，浆液的扩散范围必然增大，许多的工程实践早已证明，长大构造面在高压灌浆下浆液扩散范围可达十几米甚至几十米，因而也就不存在所谓幕体厚度不满足允许渗透比降要求这种忧虑。因此我们认为，对裂隙性岩体，一般情况下采用单排帷幕完全可以达到设计防渗要求，对其中出现的局部不合格孔段，通过补灌处理可很容易达到设计防渗要求。关于这一点，水布垭工程非岩溶化和弱岩溶地层帷幕灌浆施工提供了很有说服力的佐证。

水布垭工程左岸高程240m、200m灌浆平硐防渗帷幕穿越的岩层除局部有弱溶蚀现象外，均为非岩溶化地层，原设计中近河地段帷幕为双排孔，防渗标准q≤3Lu；远岸地段为单排孔，防渗标准q≤5Lu。帷幕灌浆过程中对灌浆成果统计分析表明，先灌排帷幕孔基岩透水率、单位注灰量等随孔序增加递减幅度大，如高程200m平硐Ⅲ序孔时，平均透水率由Ⅰ序孔27.96Lu减小为0.4Lu，且最大透水率也已小于设计防渗标准；平均单位注灰量由Ⅰ序孔的80.28kg/m减小为3.73kg/m，单位注灰量大于100kg/m的孔段由Ⅰ序孔的81段减少为4段。高程240m平硐Ⅲ序孔时，平均透水率由Ⅰ序孔13.82Lu减小为1.91Lu，且仅有1.1%孔段透水率略大于设计防渗标准；平均单耗由Ⅰ序孔152.34kg/m减小至24.03kg/m，单位注灰量大于100kg/m的孔段由Ⅰ序孔的281段减少为76段。先灌排帷幕孔完成后进行的压水试验检查表明，上述两层平硐总共仅有7段透水率略大于设计标准，且多位于灌浆平硐浅层。补孔灌浆时吸浆量均很小，透水率均小于3Lu，达到设计防渗要求，说明采用单排帷幕也是可以达到设计防渗要求的。另从上述两层灌浆平硐Ⅰ序孔灌浆单位注灰量分别达到80.28kg/m、152.34kg/m也可以看出，在高压灌浆作用下的浆液扩散范围很大，所形成的防渗帷幕厚度完全可以满足工程防渗要求。正因为如此，现场帷幕灌浆施工过程中，上述两层灌浆平硐帷幕灌浆除局部地段外，一般均改为单排布置。左岸高程240m、200m灌浆平硐压水、灌浆成果见表1、表2。

表1　水布垭工程左岸高程200m、240m平硐透水率分区统计表

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表2　水布垭工程左岸高程200m、240m平硐灌浆单位注灰量分区统计表

不过应该补充指出的是，对一般的裂隙性岩体而言，采用单排帷幕是可行的，但对性状差的断裂发育带、岩溶发育区尤其是粘土质充填的岩溶发育区等地质缺陷部位，帷幕灌浆尚应采用多排为宜，但其目的并非担心幕体厚度不够，而是为了通过采取上下游排封堵、中间排高压密实的方法来提高幕体的密实性和防渗性能。如水布垭工程大坝左岸趾板帷幕灌浆施工过程中，针对岩溶发育强烈、溶蚀充泥现象严重的庙包岩溶发育区，帷幕灌浆就采用的是3排孔布置，施工中先灌注上、下游排以形成封闭条件，后高压灌注中间排以达到挤压密实幕体的目的。即便如此，灌后检查仍有一些孔段出现了透水率超标、单位注灰量较大的现象，不得不进一步加密孔距灌注，有的局部地段灌浆孔距甚至加密至0.5m左右才达到设计防渗要求。