探讨岩体裂隙对帷幕灌浆的影响

摘要：通过大量实际工程案例，本文总结出，灌浆的材料对裂隙的灌入性能主要是由岩体的发育裂隙几何特征决定,从而严重影响了帷幕的最终灌浆标准。因此在工程施工中，我们建议：在确定的具体的工程帷幕灌浆标准时，应当充分考虑到地基的实地地质条件,并且要结合预计采用的灌浆方法来进行施工,对于一般地层，使用较为常规的水泥灌浆方法，也可以达到现在所实行的规范标准。解决透水性较低的岩基中灌浆的高效途径主要包括，高压灌桨、超细水泥灌浆、化学灌浆。

中图分类号： TV554+.13 文献标识码： A 文章编号：

0前言

在处理坝基防渗的过程中，尤其时是在处理岩基的防渗，工程施工人员往往是采用帷幕灌浆的方法。大量的工程实践表明，由于坝基的实际地质条件和设计的大坝型状不同，在做灌浆基础处理，施工技术的简易程度也不尽相同，在一定的影响范围内，坝基和岩基的地质因素对灌浆方法起着决定性的作用。

1岩性的影响

岩性不同的岩石往往具有不同的裂隙特征，通常的情况是在厚度较薄的岩层、软弱岩石(如粘土岩、页岩、泥灰岩、凝灰岩等)中，裂隙发育短而窄且密集。例如，鸭绿江电站大坝左岸岸坡第 4至8 坝段的范围内，砂岩层中的厚层页岩中砂岩互层地区。坚硬岩石（如结晶石灰岩、白云岩、花岗岩等）中的裂隙则比较狭长，并较稀疏。 如龙羊峡电站坝址区位于巨大的印支期花岗闪长岩的边缘地带，坝址区岩体主要(占85)为块结构,裂隙间距大于0.5~20 mm 。硬而脆的岩石中多为密集、闭合的裂隙。如三门峡水电站坝基岩石处于坚硬的闪长玢岩之中，岩体裂隙距离较短即发生尖灭现象，节理连通性较差。很明显，灌浆效果在宽而长，并且连通性较好的的裂隙中，其透水性强、浆材容易在裂隙中渗透，浆材的可灌性好，易于达到预期设计的灌浆标准。

2 裂隙成因和位置的影响

由于裂隙形成的机制不同，因此，裂隙的几何特征也相异。按构造力学的观点来看，构造断裂按其形成时的受力性质可分为压性、扭性、张性、压扭性和扭性等5类断裂。张性或张扭性断裂形成的裂隙透水性最强、裂隙开度大，压性或压扭性断裂裂隙常呈闭合态、透水性最弱。岸边剪切裂隙透水性极强，但因其深延至谷底闭合，以至透水性随深度的增加而减弱。卸荷裂隙分布在两岸河床一定范围内，透水性也很强烈。三门峡水利枢纽工程左岸边坡的挤压破碎带RP基本上不吸浆，裂隙中无水泥结石充填,而以T510为代表的A组张性结构面则耗灰量大，裂隙中有充填紧密的水泥结石。日本高濑坝在灌浆过程中通过孔内电视观察到，左右岸较高部位的裂隙密度和孔隙率均高于河床或中间部位。裂隙密度随岩石深度的增加而逐渐减少，且当深度超过40m以后，宽度超过1mm的裂隙数目骤然减少。可见，张性或张扭性构造断裂、浅部岸边剪切裂隙、卸荷裂隙等开度较大、透水性均较强，易于浆液的渗入。而压性或扭性断裂裂隙常呈闭合态、透水性最弱，浆材难以渗入。裂隙密度和开度随深度增加逐渐减少，所以深度岩层的透水性往往较弱。

3 裂隙开度及连通性的影响

在基岩灌浆的施工工作中,灌浆材料的好坏对于灌浆帷幕后得到的防渗标准与效果有很大影响，最终这些影响可以归结为裂隙几何因素。水泥灌浆材料广泛应用于岩基、坝基防渗。灌浆材料的使用条件由颗粒性决定。通常说来，裂隙开度至少要大于水泥最大颗粒尺寸3倍，水泥浆材才能渗入裂隙，起到应有的防渗作用。在室内的相似模拟试验表明，裂隙宽度小于0.15mm时，普通水泥浆体是很难渗入的。当灌浆材料所能渗入的临界值大于裂隙宽度时，通过该材料的灌浆，往往难以减弱基坝的透水性。所以有些地层仅通过普通水泥灌浆难以达到设计的防渗标准，不得不采用化学灌浆或超细水泥灌浆，以得到特殊的防渗效果。如陈村、新安江、龙羊峡、二滩等工程的灌浆。对连通性好、开度大的裂隙，在浆材流动范围内浆液浓度要大，甚至加细砂等粗粒材料，灌浆压力可小些，对于不连续、闭合状的节理，浆液则难以渗入，浆液浓度要小，灌浆压力要大，甚至可以采用劈裂灌浆工艺。只有采用高压灌浆，才能达到较高的灌浆标准，三门峡坝基灌浆即是较好的例证。表1为三门峡水电站的二试区灌浆结果。

表1为三门峡水电站的二试区灌浆结果

4 抽取地下水引起地面沉降的原因

隐伏岩溶类型水源地，主要位于岩溶含水层的上部，其中绝大部分被第四纪沉积物所覆盖，两者能够在自然条件下处于相对平衡的状态。但是当在开采岩溶地下水的过程中，破坏了地下水原有的均衡状态，从而严重地改变了天然的原有的水文地质条件，使得原来属于承压水的岩层过渡到无压水。当地下水的水位进一步降低后，水力坡度急剧增大，更加速了地下水的运动，同时又加强了对松散物质的搬运作用和岩石的溶蚀。随着溶洞裂隙空间不断扩大，上覆岩层在潜水垂直渗入补给地下水时，第四纪土体开始流失崩落，逐渐形成大量的隐洞，隐洞在各种压力的作用下，逐渐扩大，最终产生塌洞，而这些塌洞所引起的地表变形，是沉降开裂和塌陷的前兆。

5 裂隙走向与延伸范围的影响

帷幕灌浆的质量和效果同样也受裂隙的走向与延伸的范围的影响。由于灌浆孔很难穿过陡倾角或者是易尖灭的裂隙，因此预期的灌浆标准也难实现。山东虎山水库大坝的基础为砂页岩互层区，其中不仅含有大量的裂隙、而且陡倾角裂隙也较发育。陡倾角裂隙多分布于砂岩中，延伸至页岩后大多都尖灭结构。在灌浆的过程中，浆液很难通过层面裂隙灌入到陡倾角裂隙。对于这种陡倾向裂隙的存在的情况下，当砂岩厚度不大时，仅仅通过缩小孔距来提高揭穿陡倾角的几率不大，以此来提高灌浆标准是不经济的，灌浆效果也不会有很大改善。但是可以根据岩体深度合理增大灌浆压力，利用高压力引起岩体的劈裂，增加岩石的裂隙数量，从而增加了岩层的可灌性。因为在原用的裂隙网中可产生新的相互连通的裂隙，从而提高了灌浆的效果。

6地质因素对灌浆的施工质全影响

由于有的施地点工地质条件差,在施工过程中，容易发生质量事故。比如，当岩层厚度变薄、岩性强度变得脆弱或发生断裂的中央有碎石块时，在钻孔的过程中，易于发生卡钻、塌孔等现象。难以保证孔斜(特别是斜灌浆孔)的生成，往往使灌浆帷幕留下天窗，在冲洗钻孔时，裂隙中原有的或钻孔形成的松散的充填物很难被冲出孔外或推转到灌桨处理的范围外，即使长时间冲洗也难见回水清撤，影响浆液透入裂除。在灌浆过程中。卡塞难以进行。串冒浆现象严重。总之。差的地质条件将影响灌浆实施、难以达到设计标准。对于这类施灌工作难以合格的地层的防渗处理，有时不得不采用灌浆以外的方案。

7 结语与建议

由于：1、建筑地基的基础设计规范，需要充分考虑到地下水位变化对坝基基础的影响，并国家标准有明确的规定，因此地下水位的变化不会影响建筑地基的稳定。比如锦州市区没有第三纪地层，而第四纪地层厚度也只有十至二十几米不等，且粗颗粒占的比例大, 相对稳定性高，可压缩性低。并且在锦州市区没有超高层的建筑物，也没有超强的荷载。所以锦州市区一般不会产生因为抽取地下水而引起地面沉降。根据水资源合理开发、综合利用和有效保护的原则，建议对市区的地下水资源可以适度开发利用，但同时也应当加强对地下水的动态观测。

参考文献:

[1]供水水文地质手册编写组.供水水文地质手册(第三册.地下水资源评价) [S].北京:地质出版社,1983.

[2]吴季松,袁弘任等编.水资源保护知识问答[M].北京:中国水利水电出版社, 2002.

[3]建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.