(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

1 引言

我國(guó)可溶巖約占全國(guó)面積的1/3，蓄水和引水工程的滲漏，易發(fā)生滲漏的巖溶地層則給修建水利工程帶來(lái)復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前我國(guó)巖溶地區(qū)已建和在建的部分水利水電工程因地下水長(zhǎng)期滲漏，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并時(shí)刻危及到工程的安全。在地下滲漏封堵施工中，封堵設(shè)計(jì)方案與投資理念和封堵效果有著必然的聯(lián)系。

常規(guī)處理方案一般是灌漿材料充填，尤其是在特殊地層中如架空地層、小型溶洞、小型溶腔以及寬大裂隙帶效果顯著。但在大流量、高流速動(dòng)水條件下，通常使用的灌漿材料很容易被水流稀釋或沖走，浪費(fèi)巨大，并且效果甚微。本文重點(diǎn)對(duì)模袋灌漿、水泥水玻璃雙液灌漿工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，并介紹了在雅安大興河道綜合整治工程地下暗河封堵處理中的應(yīng)用情況。

2 工程概況

雅安大興河道綜合整治工程的建設(shè)是為了改善雅安城市水生態(tài)環(huán)境，為雅安城市發(fā)展提供有力保障。本工程的重點(diǎn)是在上游大興電站下放的生態(tài)流量基礎(chǔ)上，通過(guò)經(jīng)濟(jì)合理的工程措施，解決近3km河道因多層鈣芒硝礦長(zhǎng)期受河流沖刷已形成多處溶洞及地下暗河封堵的防滲問(wèn)題。

鈣芒硝礦以及含鈣芒硝粉砂質(zhì)泥巖具有一定的可溶性。溶蝕后呈蜂窩狀，鈣芒硝在地下水的滲流作用下易溶蝕，根據(jù)鈣芒硝含量多少，溶蝕后形狀也各異，鈣芒硝成層發(fā)育段易溶蝕形成條帶狀空腔，鈣芒硝較發(fā)育和不發(fā)育段易溶蝕形成斑點(diǎn)狀或浸染狀，局部呈透鏡狀。

3 地下暗河位置推斷及形狀、范圍確定

根據(jù)防滲墻14#～16#槽段施工過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重塌孔漏漿、掉鉆以及河道內(nèi)1#、2#滲漏點(diǎn)河水滲漏尾水渠的水面變化情況，并結(jié)合調(diào)查及地質(zhì)勘探，巖層總體產(chǎn)狀N20°～30°W/NE∠15°～20°，與河谷大角度相交，緩傾下游的情況基本吻合，確定地下暗河的大致位置在防滲墻14#～16#槽段，在該區(qū)內(nèi)無(wú)大的斷層通過(guò)，主要由風(fēng)化粉質(zhì)泥巖層和可溶性鈣芒硝礦巖層組成，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期水流沖刷引起巖層間鈣芒硝礦溶解以及部分泥巖軟化流失而形成的地下暗河，且在一定范圍內(nèi)伴有網(wǎng)孔狀溶蝕滲漏通道。

根據(jù)該部位防滲墻施工出現(xiàn)的頻繁塌孔、大量漏漿以及回填大量混凝土均無(wú)明顯效果的情況，初步確定溶蝕通道的大體位置，通過(guò)模袋灌漿孔施工，根據(jù)鉆進(jìn)情況已探明1#、2#滲漏點(diǎn)溶蝕主通道的范圍在14#～16#槽段樁號(hào)區(qū)域，地層情況如下：

(1)在孔深8m～11.5m區(qū)域，鉆孔時(shí)局部有脫空現(xiàn)象，脫空幅度在0.5m～1m；且有大量地下水在空壓沖擊作用下噴出孔外；

(2)在孔深12.5m～17.5m區(qū)域，鉆孔時(shí)均發(fā)生脫空現(xiàn)象，脫空范圍在3.5m～5m；

(3)在孔深16.5m～17m區(qū)域(地下暗河底部)，存在松散堆積體；

(4)在孔深17m～28m區(qū)域均有間歇性脫空現(xiàn)象，脫空范圍為10cm～30cm；且有大量地下水在空壓沖擊作用下噴出孔外。

因此，基本判斷11.5m～18.5m范圍為地下暗河主通道，地下暗河寬13.2m，平均高4.5m，最高處可達(dá)到5.5m，在地下暗河頂部以上4m及底部以下11m范圍內(nèi)為網(wǎng)孔狀或?qū)訝畹娜芪g滲漏通道，與地下暗河主通道相連通。詳見(jiàn)下圖1。

4 封堵處理方案確定

該區(qū)內(nèi)地質(zhì)主要由風(fēng)化粉質(zhì)泥巖層和可溶性鈣芒硝礦巖層組成，如果通過(guò)灌注水泥或者特殊漿材顯然達(dá)不到預(yù)期堵漏的效果，專(zhuān)家們討論研究后認(rèn)為，通過(guò)防滲墻工藝進(jìn)行垂直阻隔封堵在理論上是可行的，但是在大流量、高流速動(dòng)水情況下要形成地下連續(xù)墻施工技術(shù)難度高，必須解決造孔成槽、澆筑成墻的難題，專(zhuān)家們提出防滲墻需采用模袋灌漿和水泥水玻璃雙液灌漿工藝輔助施工的建議，建議如下：

首先，在地下暗河處的防滲墻軸線兩側(cè)3m處各設(shè)置一道形狀與跨度和地下暗河分別相匹配的阻水墻；每道阻水墻由24個(gè)φ0.8m模袋灌漿水泥柱體組成，當(dāng)所有模袋灌漿孔施工完畢后，最終形成寬約0.8m的阻水墻，通過(guò)兩道阻水墻將地下暗河處防滲墻軸線兩側(cè)的動(dòng)水阻斷，以便在兩道阻水墻之間形成處于相對(duì)靜水狀態(tài)的空腔；

其次，為防止接觸部位水流沖刷、淘刷以及機(jī)械操作對(duì)地層的擾動(dòng)而造成已形成阻水墻的破壞，造成巖體二次垮塌形成新的滲漏通道等質(zhì)量安全事故，在空腔內(nèi)通過(guò)15#槽孔下設(shè)導(dǎo)管澆筑混凝土；

最后，在地下暗河主通道上下部位連接區(qū)一定范圍內(nèi)的網(wǎng)孔狀及層狀裂隙滲漏通道，為防止防滲墻施工過(guò)程泥漿漏失導(dǎo)致槽孔坍塌及動(dòng)態(tài)流水導(dǎo)致不能成槽的質(zhì)量事故，對(duì)該部位進(jìn)行水泥水玻璃雙液漿灌注，確保防滲墻施工范圍內(nèi)處于相對(duì)靜水狀態(tài)(相對(duì)于大流量、高流速的動(dòng)水而言，即處于相對(duì)靜水狀態(tài)的水的流速非常小或不流動(dòng))，從而徹底解決防滲墻施工的各項(xiàng)難題。

5 模袋灌漿及水泥水玻璃雙液漿地表試驗(yàn)

5.1 地表試驗(yàn)?zāi)康募耙?/h3>

5.1.1 模袋灌漿試驗(yàn)?zāi)康募耙?/p>

模袋灌漿試驗(yàn)，支撐架體采用直徑5cm，壁厚4mm的無(wú)縫鋼管搭設(shè)，扣件連接。模袋灌漿射漿管兼鋼管混凝土構(gòu)件采用直徑5cm，壁厚4mm的地質(zhì)鋼管，模袋采用丙綸細(xì)股紗，模袋灌漿時(shí)采用0.5∶1的水泥漿液，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證模袋的縫制綁扎要求、側(cè)壓能力、注入水泥漿液流速的控制、水泥漿液初凝時(shí)間以及根據(jù)灌注時(shí)模袋泌水量計(jì)算模袋內(nèi)水泥充填系數(shù)，灌注結(jié)束后要求保持壓力屏漿20min。模袋灌漿試驗(yàn)布置如圖2。

圖2 模袋灌漿試驗(yàn)布置

5.1.2 水泥水玻璃雙液漿試驗(yàn)?zāi)康募耙?/p>

選取0.5∶1和1∶1兩種水泥漿液，水玻璃按照體積比10%、15%、20%，確定水泥、水玻璃的體積用量比例，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，了解掌握不同漿液配比的凝結(jié)時(shí)間和抗沖性能以及擴(kuò)散度，需求適合本工程快速硬化、抗水流沖刷以及擴(kuò)散范圍等特點(diǎn)。

5.2 模袋灌漿及水泥水玻璃雙液漿各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)研究

5.2.1 模袋灌漿各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)研究

5.2.1.1 模袋泌水性

模袋灌漿中的模袋采用丙綸細(xì)股紗，其平織密度大、厚度薄、重量輕、強(qiáng)度高。在灌漿壓力作用下，模袋內(nèi)水泥漿中的水分可由袋內(nèi)析出，而水泥顆粒不會(huì)外漏，這樣可以降低水灰比，提高固結(jié)強(qiáng)度，縮短固結(jié)時(shí)間，通過(guò)泌水性試驗(yàn)研究，泌水率在17%左右，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 模袋實(shí)測(cè)泌水率參數(shù)

5.2.1.2 模袋材質(zhì)、縫制及綁扎

模袋灌漿中的模袋采用丙綸細(xì)股紗，圓柱形縫制，袋直徑為φ0.8m，上下袖口收緊后直徑12cm，長(zhǎng)1m；地下暗河高度高，在灌注時(shí)模袋受到側(cè)壓較大，尤其是針縫處，最容易撕裂或張開(kāi)，導(dǎo)致模袋漏漿，因此縫制采用折邊雙排縫制，縫制用線采用規(guī)格為20S/3，其拉力≥3.4kg；使用細(xì)鉛絲捆綁，鉛絲擰轉(zhuǎn)角度不大于90°且不能折疊模袋，以防灌漿時(shí)不能打開(kāi)或僅部分打開(kāi)模袋，影響灌漿效果。

表2 模袋材質(zhì)實(shí)測(cè)性能指標(biāo)

5.2.1.3 模袋灌漿壓力及流速控制

為了使模袋能夠瞬時(shí)完全展開(kāi)，初始灌漿壓力控制在0.5MPa，正常灌注時(shí)，灌漿壓力不大于0.2MPa，注入流量10L/min～20L/min，灌注壓力過(guò)大會(huì)引起模袋內(nèi)側(cè)壓偏高產(chǎn)生脹裂或脫線而導(dǎo)致的漏漿質(zhì)量事故，灌注結(jié)束后要求保持壓力屏漿20min。

5.2.1.4 模袋下設(shè)及安裝

地下暗河空腔高度普遍在5m以上，且處于高流速動(dòng)水條件下，為了防止模袋被水沖走、偏移或者倒塌，確保最終形成阻水墻體的穩(wěn)固性和自身結(jié)構(gòu)剛性，因此，采用φ50mm壁厚4mm的地質(zhì)鋼管輔助模袋下設(shè)，下設(shè)前，準(zhǔn)確計(jì)算地下暗河頂部和底部高度，預(yù)先將模袋穿過(guò)支撐管，上開(kāi)口和下開(kāi)口分別密封并固定在支撐管上，形成環(huán)繞在支撐管外的漿液容納袋，確保其位置準(zhǔn)確牢固，鋼管下設(shè)范圍為地面高程至地下暗河底部以下1m(鉆孔時(shí)已考慮鋼管下設(shè)，鉆孔至地下暗河底部以下1m)，鋼管底部焊接封堵，管接口采用焊接方式，接口處用10cm長(zhǎng)的φ8mm鋼筋焊接，以防止折斷，下設(shè)的地質(zhì)鋼管兼做灌漿管，在模袋安裝部位布置梅花形灌漿小孔，間隔20cm，每個(gè)斷面3個(gè)孔，小孔直徑不小于1cm，詳見(jiàn)下圖3。

圖3 模袋下設(shè)及安裝示意

5.2.2 水泥水玻璃雙液漿各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)研究

當(dāng)在一定水灰比的水泥漿液中加入水玻璃時(shí)，最初水泥水玻璃漿液的凝結(jié)時(shí)間隨著加入水玻璃量的增加而逐漸縮短，但當(dāng)超過(guò)一定的比例以后，漿液的凝結(jié)時(shí)間隨著加入水玻璃量的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u加長(zhǎng)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3。

表3 水泥水玻璃雙液漿凝結(jié)時(shí)間及抗壓強(qiáng)度 (水玻璃濃度35Be)

6 封堵灌漿施工及成效

在地下暗河部位沿防滲墻軸線兩側(cè)3m處各布置一排模袋灌漿孔，孔間距0.60m，跟管鉆進(jìn)孔徑150mm，鉆孔深度按照地下暗河底部高程下1m控制，另外在地下暗河部位沿防滲墻軸線兩側(cè)3.5m處各布置一排水泥、水玻璃雙液灌漿孔，孔間距為3m，鉆孔孔徑150mm，鉆孔深度為網(wǎng)孔狀或?qū)訝盍严稁У撞扛叱桃韵?m，模袋灌漿孔及水泥、水玻璃雙液灌漿孔軸線布置范圍在防滲墻14#～16#槽孔對(duì)應(yīng)樁號(hào)區(qū)域，詳見(jiàn)圖4。

通過(guò)模袋灌漿及水泥水玻璃雙液漿灌注，最終使地下暗河水過(guò)流量由原來(lái)的25m3/s減少至0.2m3/s，最后防滲墻施工工藝在模袋灌漿及水泥水玻璃雙液漿工藝的輔助下完成造孔成槽及澆筑成墻施工，地下暗河水被完全堵住。

7 結(jié)論與效果評(píng)價(jià)

7.1 結(jié)論

通過(guò)采用模袋灌漿、水泥水玻璃雙液灌漿與防滲墻相結(jié)合的綜合工藝，將地下暗河成功封堵，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)模袋灌漿具有透水不透漿的特性，在大流量、高流速地層中使用是行之有效的；

圖4 地下暗河模袋灌漿、雙液漿孔位布置

(2)模袋灌漿過(guò)程中對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要求嚴(yán)格，需要在施工前進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)以確定其施工技術(shù)參數(shù)，保證在施工過(guò)程中模袋不發(fā)生脹裂漏漿現(xiàn)象；

(3)模袋灌漿過(guò)程壓力和流量的控制是封堵是否成功的關(guān)鍵，因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，嚴(yán)格按照壓力和流量參數(shù)進(jìn)行施工；

(4)水泥水玻璃雙液漿適用于動(dòng)水條件下中小型溶洞、溶腔的封堵施工，在大型溶洞、地下暗河封堵中，需要和模袋灌漿技術(shù)綜合使用才能達(dá)到更好的封堵效果；

(5)模袋灌漿及水泥水玻璃施工工藝，可有效節(jié)約項(xiàng)目造價(jià)成本，從根本上解決防滲墻造孔成槽及澆筑成墻問(wèn)題，并且使地下暗河周邊地層巖體得到明顯改善。

7.2 效果評(píng)價(jià)

綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大流量、高流速動(dòng)水條件下地下暗河處的防滲墻施工方法，具有如下有益效果：

(1)在大流量、高流速動(dòng)水條件下地下暗河處防滲墻兩側(cè)各形成一道阻水墻，使得兩道阻水墻之間形成處于相對(duì)靜水狀態(tài)的空腔，通過(guò)空腔造孔成槽最終形成防滲墻，從而將地下暗河處封堵的滴水不漏，封堵效果顯著，且造價(jià)低廉，提高施工效率；

(2)在大跨度、超高空腔內(nèi)動(dòng)水條件下采用模袋灌漿工藝形成阻水墻以便形成相對(duì)靜水狀態(tài)的思想，突破了常規(guī)封堵技術(shù)中采用灌漿材料直接封堵的理念，解決了現(xiàn)有技術(shù)中以耗費(fèi)大量灌漿材料換取封堵效果的問(wèn)題，從而減少巨額的經(jīng)濟(jì)損失，且提高工程施工的安全性；

(3)在地下暗河封堵中將模袋灌漿工藝、水泥水玻璃雙液漿工藝與防滲墻工藝進(jìn)行綜合運(yùn)用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到最佳堵漏效果；

(4)形成了適用于地下暗河、大型溶蝕通道及大裂隙帶封堵施工技術(shù)的新理念，具有巨大的參考和推廣價(jià)值。

〔1〕符 平，王廷勇，鄭亞平，等.土工模袋灌漿研究與應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2004，2(1)：11～13.

〔2〕李小勇，劉 強(qiáng)，曹 煒.模袋灌漿技術(shù)在煤礦堵水施工中的研究與應(yīng)用[C].地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)：2009年地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會(huì)論文集，北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

〔3〕肖恩尚，歐陽(yáng)幸，袁 梅.控制性灌漿技術(shù)述評(píng)[J].水利水電施工，2014(1)：49-51.