泥岩层状破碎带特大涌水处理方法探索与实践

泥岩层状破碎带特大涌水处理方法探索与实践

崔雪玉万翔鸿张迪迪张磊

崔雪玉万翔鸿张迪迪张磊(中国水利水电一局吉林长春130062）

[摘要]泥岩地质条件一般较差，在这种基础上修建大型水利工程，基础处理难度较大。哈达山水利枢纽工程坝基为近水平发育的泥岩，坝基深处发育层状破碎带，严重影响坝基的稳定安全。本文通过分析这种地层中的涌水的渗透通道，采取了一系列灌注处理措施。这种处理方法既节约成本，又保证施工质量。本文结合本工程发电厂房集水井特大突水及整个P7破碎带处理方法，总结针对的泥岩地层中特大涌水处理的思路和方法，值得供以后同行借鉴。

关键词：层状破碎带处理方法探索与实践

一、工程概况

哈达山水利枢纽工程位于第二松花江（简称二松）干流下游河段，坝址距松原市约20km，担负着向吉林西部提供生活和工农业供水、生态环境保护供水和发电等四大任务。枢纽总平面布置为：挡水土坝、16孔溢流坝、河床式水电站，总库容为6.08亿m3。工程等级为Ⅰ等。

大坝基础坐在微、弱风化灰绿色或紫红色夹粉砂岩薄层的泥岩上，在建基岩以下7～8m处层状发育面状破碎带，其宽0.5m左右，由破碎岩块组成，影响带宽1～2m左右，设计称P7，将严重影响坝基的抗滑稳定性，对枢纽的安全造成潜在的威胁。在厂房集水井开挖揭露P7时，沿P7破碎带及其影响带出现了特大涌水，涌水量达350m3/h。这种涌水将本来发育不良的地层中的颗料充填物也带出，使地基中形成不均匀分布的空腔，促使原本发育不良的坝基更加恶化。为此设计对此进行有针对性的处理，要求对P7及集水井的特大涌水进行灌浆处理。

二、处理方案的分析与选定

针对地层特性，处理方案的基本思想是先围堵集水井较远部位，逐渐缩小处理范围，减少集水井封堵难度，最后达到完全封堵，并采取加强灌浆，具体方法如下：

1、进行P7破碎带灌浆处理方法与工艺试验，确定适合泥岩特性和破碎带部位的施工参数。

2、在集水井右侧设一5m×3m×2m的临时泵坑，把厂房集水井处的特大涌水引导至临时泵坑，进行涌水分流。

3、在临时泵坑顶部的砼浇筑厚度达一定厚度后，对集水井预埋的三根四寸铁管的涌水进行灌浆封堵。

4、集水井周边砼及P7破碎带灌浆补强处理。这是最后一道处理措施，采取加固固结灌浆与补强帷幕灌浆。

三、P7破碎带特大涌水处理的工艺试验试验与涌水封堵实施

1、P7破碎带灌浆处理专项试验

在P7破碎带特大涌水处理实施方案确定后，首先进行工艺可行性的试验论证。对于灌注水泥砂浆方案，在坝区内2#溢流坝段进行P7破碎带灌浆处理专项试验。试验时分三组进行，梅花型布孔，水平、垂直间、排距均为3m。各组均成正六边形。试验孔孔深为入岩9～11m，即进行P7破碎带底线1～2m。通过试验取得了如下试验成果：采用自上而下分段灌浆工艺、接触段及吸浆量大的P7部分待凝24h、吸浆量大的P7部位采用砂浆不中停的灌浆方法；灌浆压力I序孔0.3～0.5MPa、II序孔0.4～0.6Mpa；灌浆分段自上而下为别为2m、5～7m、不大于4m，共3段；砂浆采用水：灰：砂=0.8：1：1及1：1：1两个比级。

2、P7破碎带灌浆处理实施

根据设计图纸，在枢纽溢流坝段及发电厂房基础时行固结灌浆，固结灌浆孔深至P7破碎带底线以下1～2m。按既定的针对P7处理方案，先对集水井较远处进行灌浆封堵。溢流坝段共施工1175孔，P7灌浆处理4700m，灌入水泥628.08t，灌入砂子76.9t，平均基岩单位水泥注入量133.63kg/m。发电厂房共施工410孔，P7灌浆处理1640m，灌入水泥246.8t，灌入砂子68.2t，平均基岩单位水泥注入量150.5kg/m。在集水井外围灌浆处理过程中，集水井处及临时泵坑处的水泵抽水也逐渐减少，投入的水泵数量由原6台到后期2台。这表明第一步的灌浆处理取得了明显的效果。

3、集水井外侧临时泵坑回填处理

3.1模板支立：在临时集水坑116.00m高程铺设普通钢模板，底部采用20槽钢做支撑，模板铺设时，并预留8寸水泵排水管口、4寸水泵排水管管口、φ300钢管（后期注砼管道）和两根φ75钢管位置。

3.2回填混凝土施工

该部位砼浇筑时采取了边抽水边浇筑速凝砼，在短时间内迅速用速凝砼进行封堵。为防止在抽水过程中将砼中的水泥及细颗料带出，在刚下料时可停止临时泵坑抽水，适当打开通往集水井处的阀门，以控制涌水量和涌水压力。

3.3预埋管的封堵灌浆处理

先利用预埋的钢管往临时泵坑灌注1：1：1水泥砂浆，待各个预埋管灌注到一定压力后改用稳定水泥浆液灌注至结束。在灌注引水管时该部位的其它预埋管就出现串浆情况，待串浆比重达1.5左右，将该串浆管阀门关闭。灌后将串将管打开后，已经有部分埋管被水泥浆充填。对所有还出现涌水的预埋管均采用水泥浆液灌封。封堵灌浆共灌入水泥浆12.88t。

4、集水井特大涌水处理

4.1灌注集水井内预留管灌注

（1）首先清理泵坑，人工将前期施工时串入井内的水泥浆浆及P7透水夹层中的泥质充填物清理干净，使井壁渗漏点和引管完全外漏；

（2）在高程较低的引水管管口焊接法兰接口，连接变径作为灌浆进浆接口；

（3）安装完成后采用纯压式灌浆方式用0.6：1水泥稳定浆液灌注，直到每分钟耗浆量不大于1L时，继续灌注30min结束灌浆。

（4）灌浆压力：灌浆压力为涌水压力0.1MPa加上0.4MPa，即0.5MPa。在灌浆过程中根据注入流量控制压力，并设专人观测集水井及周边串冒浆情况。

（5）为防止灌浆过程中出现管口突水事件，井内施工人员均穿救身服，并准备绳索置于井内。集水井涌水共灌入水泥27.75t。

4.2集水井P7封堵帷幕灌浆和集水井外围砼补强灌浆。

待混凝土浇筑至118.00m并达到一定强度后，进行集水井P7封堵帷幕灌浆水泥和砼补强灌浆。布孔方式是围绕集水井环形布置，排距1m，孔距2m，且靠里侧（环形帷幕）孔距集水井边线为0.5m，孔深至P7层底线以下2m，具体布置详见图1。灌浆时采用孔内循环、分段灌浆法，III序分序施工。共完成帷幕灌浆609.59m，注入水泥63.66t，砼固结补强灌浆钻孔646.7m，注入水泥16.85t。

四、P7破碎带特大涌水处理效果检查与结论

采取一系列技术措施后，集水井井壁再无渗水，集水井具备正常排水功能，泥岩坝基中发育的不良地质构造带已处理完毕。这次处理是很成功的。从这次对P7破碎带特大涌水处理的经过来看得以下几点经验：

1、对于特大涌水的处理方案应遵循以排为先、降低压力，再逐渐封堵、降低渗流的规律，从而合理施用堵排结合的思想；

2、由于泥岩特性比较特殊，易在较大压力下容易劈裂，故在压力选用上应慎重；

3、由于基础岩石近水平状发育，坝基中的排水不是很通畅，故建议在基础帷幕形成后在幕后增加排水孔，以减少扬压力。

作者简介：崔雪玉：吉林长春人，1993年毕业于西安地质学院工程地质专业，本科，高级工程师，毕业后一直在从事水电工程施工管理工作，现任中国水电一局海外事务管理部副主任。

万翔鸿：大连人，1994年毕业于西安矿业学院工程地质专业，本科，高级工程师，毕业后一直在从事水电工程施工管理工作，现任中国水电一局基础工程分局副总工。