柴窩水庫擴容工程壩基泉眼處理技術簡述

陳令建

（徐州市賈汪區水利局，江蘇 徐州 221011）

1 工程概況

1.1 基本情況

柴窩水庫擴容工程位于徐州市賈汪區城東10 km 處，本工程在原上級庫大壩下游約400 m 處新建一道黏土均質壩，與現狀柴窩水庫形成總體水庫。新建大壩長度2235 m，壩頂高程58.4 m，壩頂寬9 m，最大壩高12.4 m。

1.2 地質構造及地層巖性

徐州地區位于中國東部新華夏系第二隆起帶與秦嶺～昆侖緯向構造帶的復合部位。區域上主要構造為徐宿弧形構造和新華夏系構造，基本上控制著本區域的構造格局。庫區位于賈汪復式向斜的南東翼，根據區域地質資料，場地及外圍附近有多條斷裂發育，但均為非全新活動斷裂，區域構造較為穩定。根據區域地質資料及勘察成果，庫區下伏基巖為古生界寒武系石灰巖，地層走向北東，傾向北西，傾角5°～10°，較為平緩。

1.3 壩基巖土層的分布與性質

根據勘察成果，勘察深度范圍內巖土層結構較為簡單，可劃分為3層，其中，層1 表土，主要為耕植土，層2 粉質黏土為第四紀晚更新世（Q3）沉積，層3 中風化石灰巖為古生代寒武紀（ε）沉積?，F自上而下對各巖土層描述如下：

層1 表土：主要為耕植土，土質以黃、黃褐色黏性土為主，含有少量植物根系，軟～硬塑，厚度0.40～0.70 m，平均0.51 m。

層2 粉質黏土：褐、棕褐色，硬塑-堅硬，局部可塑，干強度高，韌性高，含少量鐵錳結核及砂姜，局部砂姜較多，切面無光澤，厚度分布不均勻，大壩兩端較薄甚至基巖裸露，中間較厚且變化較大，厚度0.00～7.60 m，平均1.67 m。

層3 中風化石灰巖：青灰色、灰白色、褐黃色，細晶結構，中薄層狀構造，巖石完整性為較破碎-較完整，風化程度為中風化，堅硬程度為較硬巖，巖體基本質量等級主要為Ⅲ～Ⅳ級。巖面處巖石較破碎，常見沖刷溶蝕痕跡，多為溶孔、溶槽，且多被可塑-硬塑狀黏性土充填，連通性差。該層未揭穿。

巖溶充填物：成分主要為黏土，黃褐色，可塑-硬塑，光滑，干強度高，韌性高，含碎石及少量鐵錳結核，碎石大小不一，棱角～次棱角狀。該類土為石灰巖巖石裂隙、溶洞充填物，受巖石裂隙、溶洞發育程度控制，埋深及厚度無規律。

2 出現問題

2013年2月，在上級庫低水位（55.0 m）時，新建黏土壩開始壩基清理，當清理至樁號0+500-0+600 時，上級庫泄洪河位于樁號0+600-0+700 之間，地表土含水量較大，局部有積水現象。當把含水量大的表土清除干凈后，裸露出高低不平巖石，且在壩軸線上游側出現3 處泉眼（2012年12月份曾經沿大壩軸線實施了單排孔帷幕灌漿），不停向外冒水，導致施工填筑的筑壩土料含水量大，無法達到設計壓實度要求，必須對泉眼進行封堵，封堵后才能進行土壩施工。

3 處理措施

3.1 施工方案設定

（1）經過現場查勘，初步判明泉眼的成因是由于上級庫水下滲通過巖石裂隙匯流到新壩壩基處，壓重不夠，所以從地下涌出。經過討論，初步決定采用傳統的封堵泉眼方法對其中一個泉眼進行試驗封堵，見圖1，即將一根橡膠軟管插入泉眼，水流通過軟管繼續流出，軟管周圍用快干水泥封堵，待水泥凝固后，用軟木塞塞住軟管。因為本工地的泉眼是由巖石裂隙發育而成，具有不規則的特點，故封堵難度比較大，將一個點封堵后，泉水又從其他地方冒出來，而且橡膠管插入泉眼的位置封堵不密實也是影響工程效果的重要因素。

圖1 泉眼封堵示意圖

（2）傳統方法行不通，決定在樁號0+500-0+600 段大壩軸線上游側增加6 排孔帷幕灌漿進行處理，見圖2、圖3。

（3）為驗證方案的可行性，首先對1#泉眼進行灌漿處理（距離泉眼1.5 m 處布置4 個灌漿孔，孔深10 m），灌漿材料為P42.5 水泥漿，見圖4。

圖2 帷幕灌漿布置平面圖

圖3 壩基泉眼水泥灌漿縱剖面圖

圖4 泉眼處灌漿孔布置圖

3.2 灌漿施工工藝及控制

（1）施工工藝。①鉆孔。采用4 臺XY-Ⅰ地質回轉鉆機施工，鉆孔至設計孔深。②灌漿。灌漿方法：灌漿孔采用孔口封閉自上而下、逐段循環的灌漿，每段5 m。

（2）施工控制。灌漿材料：灌漿所用水泥為P42.5 級普通硅酸鹽水泥，對水泥細度要求為通過80 μm 方孔篩篩余量不大于5%。漿液配比及變換標準：灌漿水灰比采用5 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.5 ∶1，在灌漿中嚴格按要求逐級變漿。某一漿比注入量達到600 L 時，注入率與初始值之比大于0.8，則加濃一級漿比，否則按原比級灌至結束。當0.5 ∶1 漿液注入量大于1000 L 后，壓力及注入率變化不大時，采用間歇灌漿，間歇時間為10～20 min，直至達到結束標準。灌漿結束標準：在規定壓力下，當注入率不大于0.4 L/min 時繼續灌注15 min，或當注入率不大于1.0 L/min 時延續灌注30 min 后結束。

由于嚴格按照相關規范和設計文件施工且在施工中采取針對具體情況的應對措施，單孔泉眼的封堵效果比較明顯，因此，按照設計文件在大壩中軸線上游側實施了6 排孔灌漿。

3.3 施工中的特殊情況及處理措施

巖溶孔段灌漿過程中，因冒漿及灌漿段注入量大使灌漿難以結束的情況經常出現：①冒漿。冒漿主要發生在地質軟弱、吸水量高的孔位，例如：在灌注第二排6#孔時，發現距離孔位4 m 左右的下游壩基處冒漿，便立即停止灌漿，并用60 cm 厚12%水泥土對冒漿處進行覆蓋，20 min 后待漿液初凝，降壓并提高一級漿液濃度繼續灌注，直至無冒漿。②串漿。在處理第二個泉眼時發現2 個灌漿孔串漿，便及時對注漿管進行適當調整，調整后的注漿管為Φ25 鍍鋅管，鋼管長度為9 m，鋼管上部套內絲，便于用絲堵封堵鋼管，然后將注漿管放入注漿孔，孔口用細粒式混凝土封孔。待灌漿孔灌漿結束后，對串漿孔再行掃孔沖洗，而后繼續鉆進和灌漿。如果條件具備也可采用兩臺灌漿泵對兩孔同時進行灌漿。③灌漿量特別大。遇到灌漿量特別大的孔段可以采用間歇灌漿的方法，即：灌注一段時間，間隔10～20 min 后，重新灌漿，反復幾次。如果這種間歇灌漿還不能減少吃漿量，可采取綜合提高漿液濃度、在水泥漿中增加速凝劑、低壓濃漿間歇灌漿等方法，只要措施得力，便可取得很好的灌漿效果。

3.4 檢查孔資料分析

灌漿施工結束后，共布置了10個檢查孔，檢查孔孔位信息見表1。在檢查孔施工過程中，根據要求采用Φ108 mm 的合金鉆具鉆孔，并下入Φ108 mm 套管保護孔壁，然后采用Φ89 mm 金剛石鉆具開孔至設計底高程。取出鉆具，下入壓水試驗工作管，先不加壓力或采用較小的壓力放水沖洗20 min，達到鉆孔壓水試驗中對鉆孔沖洗的要求時，停止清孔。檢查孔壓水試驗成果見表2。

表1 檢查孔孔位信息

表2 檢查孔壓水試驗成果表

檢查孔芯樣外觀質量，共抽查10個孔，西側巖體多為青灰色，完整堅硬，裂隙較小或無裂隙，漿液難以灌入。東側巖體呈褐紅色，裂隙相對發育，開度大、連續性好的裂隙得到了良好填充，細小裂隙難以灌入。局部黏土夾層可取到完整的水泥土芯樣，表面巖溶充填部分得到了有效灌入。從檢查孔q 值來看，均小于5 Lu，滿足設計要求。

4 水泥土處理

為增加壩基抗滲性，在灌漿結束后，分2 層各30 cm 鋪筑12%水泥土，水泥土用挖掘機摻拌，及時攤鋪，用振動壓路機碾壓。水泥土從低洼處開始填筑，嚴禁順坡鋪填。

5 結語

柴窩水庫擴容工程壩基泉眼采用水泥帷幕灌漿和水泥土處理方案是成功的，達到了本工程對壩基的防滲要求，對類似在石灰巖地區修建水工程的基礎防滲施工采用水泥灌漿施工方法提供和積累了可靠的施工經驗和技術參數。