浅谈砂砾石地层帷幕灌浆检测技术

　　摘要：本文针对我国西部地区地质特征，对比分析了几种典型的砾石地层帷幕灌浆检测技术进行了系统对比分析，供同行借鉴参考。
　　关键词：砂砾石地层；帷幕灌浆；检测
　　
　　灌浆是基础处理常用且有效的方法。在灌浆施工过程中，由于各种原因，往往导致部分区域的灌浆效果无法达到设计要求，严重影响灌浆基础的整体强度。由于自然地理条件的原因，我国可开发的水电资源大多集中在西部山区，坝基多为砂砾石冲击河床，且深度较大。对于深厚砂砾石地层灌浆帷幕的检查与评价，其施工难度较大，施工工艺还不成熟，国内外均处于摸索阶段，尚未形成统一的规范，目前大多沿用传统方法或对基岩灌浆的检测方法。
　　本文主要通过对以往典型深厚覆盖层防渗帷幕工程(辅助一些深度比较大的固结灌浆工程)进行综合分析、比较，并进行一些必要的试验和计算，分别介绍这些方法的适应性及优缺点，分析和总结适合于深厚砂砾石地层防渗帷幕灌浆、比较系统的检测方法。
　　1常规压水试验检查
　　1.1概述
　　常规压水试验是最简单、行之有效的帷幕灌浆的检查方法。它常采用静水头压水，自上而下分段进行，试验段长度可为2~10m，地层复杂时分段宜短一些。灌浆塞可一律安装在孔口，压水压力为灌浆压力的80%并不大于1MPa，压力要求稳定。试验段压水试验完成后，接着可进行水泥灌浆，灌后待凝、扫孔至原孔深，再测量一次漏水量(如漏水量大，需再次灌浆)。之后进行下一段钻孔和压水试验。下一段压水试验计算透水率时，压入流量中需减去上部孔段的漏水量。测得压入流量后，计算帷幕的渗透系数，与设计的渗透标准进行对比分析。该方法不受地质情况和地层深度的影响，在实际工程中大多数都采用了该检查方法。
　　在帷幕灌浆试验检查孔中，有时需要进行3种压水试验:①防渗性能检查:通常逐段做压水试验，求出单位吸水量值，其值越小，说明灌浆试验的效果越好。②耐久性能检查:全孔一次进行，以2~3倍坝前最大水深的压力，持续48~72h，观察压入水量有无变化。如压入水量没有变化或变化很小，则认为幕体的耐久性能良好。③破坏性能检查:全孔一次进行，将压水压力逐级升高，观察压入孔内的水量，有无突然增大情况，以求得造成帷幕破坏时的压力值。如果压水压力已达到某一规定压力值，持续一定时间后，仍无破坏情况，则可停止。一般性的帷幕灌浆试验，多只进行前一种或前两种压水试验。
　　目前，对深厚砂砾石层中帷幕灌浆进行压水试验检查还存在诸多难点，例如清水钻进、试验段的划分等问题。对砂砾石层中灌浆帷幕的压水检测，检查孔的施工要求采用清水钻进。由于砂砾石空隙率大且漏水严重，清水深孔钻进难度很大，尤其是孔深大于70-80m的检查孔，需要用1∶10左右(下板地采用的1∶14膨润土浆)的稀黏土浆或稀膨润土浆钻进，这样就影响了压入水量的准确性。至于试验段的划分问题，当第一段试验完成后开始第二段的钻进、注水等工序，由于灌浆塞只能设置在孔口，这样对于第二段的注水实际上是对第一段和第二段同时注水，这样也影响了注入水量的大小(虽然经过复灌后，上一测段已经达到比较密实的状态，但仍不能避免会有一定的水量注入，尤其是孔深比较大的时候，全孔段的压水损失量不容忽视)。这些问题仍需进一步的研究。
　　1.2压水试验在基岩灌浆检测与在砂砾石地基灌浆中检测方法的比较
　　基岩帷幕灌浆试验常用的效果检查方法现在主要是以检查孔单点法或五点法压水试验进行防渗性能检查，相对工法和操作比较简单；而砂砾石地层中的帷幕同时存在机械管涌和化学溶蚀问题，有容许渗透坡降的概念，且深厚覆盖层存在检查孔清水成孔困难的特点，帷幕灌浆试验检查孔主要采用净水头综合压水试验等方法。
　　1.3常规压水试验法的适用条件及优缺点
　　常规压水试验是最简单、行之有效的帷幕灌浆的检查方法。该方法不受地质情况和地层深度的影响，施工工艺及相应的规范比较成熟，在实际工程中大多数都采用了此种检查方法，而且对于各种地层此法，均有成功应用的先例。
　　采用3级压力5个阶段压水试验法特别适用于想了解不同压力作用下地层渗水规律的工程，或是对压水试验成果精度及正确性要求较高的工程，因此最适用于帷幕先导孔、帷幕检查孔的压水试验。
　　2物探技术在砂砾石层帷幕灌浆质量检测中的应用
　　随着物探检测技术的不断发展与完善，在帷幕灌浆质量检查方面已得到越来越多的应用，明显的检测效果得到广泛认可和好评。物探检测技术通过在几个大中型水利水电工程施工中的应用，检测成果表明，该技术具有轻便快捷、资料丰富、效果明显等特点。对存在的质量问题能及时发现并得到及时处理，及时消除工程隐患(尤其是在深厚覆盖层灌浆工程中)，对提高水利水电工程建设质量起到了积极作用，因此具有广泛的应用前景。
　　2.1孔中电视观测
　　孔中电视是应用摄像原理对孔壁岩体及构造特征进行直观观测的方法。孔壁成像系统由附带光学锥形棱镜的孔内摄像机、地面控制器、微型处理器、图像显示器、录像机等组成。
　　孔壁图像通过玻璃窗口映射到45°锥形棱镜上，孔内摄象机通过摄像镜头摄取锥形棱上的孔壁图像，该图像形成视频信号、由电缆转输到微型处理器、处理后的孔壁图像被显示在显示器上供观察分析之用。
　　该方法用于灌浆检测，其成果以灌浆前后孔壁图像表示。灌浆前，若孔壁存在断层、裂隙、节理等影响岩体完整性的构造，其图像将直观反映其状态，如延伸方向，张开宽度及渗透情况等。假设通过灌浆相应构造被浆体充填，相应部位的电视图像将显示构造内的充填或胶结情况，且可用浆体充填率或胶结率(一定观测段长度内构造胶结宽度累加值与构造总宽度累加值之比)评价其灌浆效果。
　　孔内电视观测的优缺点及适用情况。此种方法的特点是结果直观、可靠，且不受地层条件限制，大多作为辅助检测手段，适用于灌浆后、构造充填或胶结状况的观察和判断。缺点是对孔内液体清澈度要求较高，因此限制了它的使用。
　　2.2孔内声波检测
　　置一发射(F)、两接收(S1、S2)声波换能器于充水孔内。受控于主机，从发射换能器辐射出的声波、通过水作用于孔壁岩体形成透射波，因为岩体波速(V2)大于水的波速(V1)，由斯奈尔定律可知
　　
　　折射角(β)大于入射角(α)，当α等于临界角θ时，β达到90°。此时折射波以声速V2沿孔壁滑行，形成沿孔壁传播的滑行波，该波行进一定距离以声速V1和临界角θ向收换能器方向传播，并被其所接收。以两换能器间距除滑行波旅行时差可得相应测段岩体声速值。
　　该方法用于灌浆检测，其成果以灌浆前后孔内声速对比曲线表示。灌浆前，若孔壁存在断层破碎带、裂隙、节理等影响岩体完整性的构造，孔壁滑行波路径将发生折射或绕射等现象，从而致使波的历时加长、相应测段声速呈较低值。假设通过灌浆构造得以填充、岩体由不完整状态变为完整状态，那么孔壁滑行波的传播规律将发生改变，如由原来的绕行变为直行等，其结果使得波的路径缩短，相应测段声速提高。由此可知以灌浆前后声速变化可反映灌浆效果。
　　孔内声波检测的优缺点及适用情况。由于现场检测快速，提供成果及时等优点，该方法特别适用于施工中的基础和洞室灌浆检测，并且在一般情况下能够给出满意的成果。但该方法适用范围仅限于孔壁附近一个波长，因此不能有效地跟踪距孔壁较远部位灌浆途径，并对其灌浆效果作出判断。
　　3其它一些检测方法
　　3.1钻孔取芯法
　　钻孔取芯检查法是最直观的检查方法，通过钻孔取得芯样，可以直接观察到裂隙中有无水泥浆液充填，结石的固结情况如何，根据需要，还可以做一些有关力学性能等方面的试验，综合分析浆液扩散范围，推论灌浆质量。
　　新疆大部分的坝基帷幕灌浆工程均采用钻孔取芯的检查方法。从取出的芯样可直观看出浆液与基岩结合紧密，部分检查孔在不同深度的岩石裂隙内可见有水泥结石充填，结石厚一般为1~50mm，最厚达90mm，较厚的水泥结石与岩石分离，主要是由于水泥结石强度与岩石强度差异，钻孔时机械磨损所致，较薄的水泥结石与岩体胶结紧密，可见岩体本身存在较大裂隙，原始地质条件较差，通过灌浆可明显达到防渗目的。膏状浆液帷幕灌浆质量检查也采用了钻孔取芯的方法，从钻孔检查结果来看，堆渣体和基岩中的岩芯水泥浆充填良好，浆液结石致密坚硬；粉细砂层中水泥浆的可灌性较差，经化学灌浆和较高灌浆压力作用后，砂层所取得岩芯呈团状，比较致密，有一定强度。
　　3.2大口径钻孔、竖井或平洞检查
　　在幕体范围内钻直径1m的钻孔，或开挖2m×2m的竖井(平洞)，在钻孔或竖井内直观检查岩体被灌注的情况或进行大型力学试验。由于此类方法要对地层进行大规模的开挖，因此只适合于帷幕深入地基较浅的情况，且只能根据浅层幕体的质量对深层幕体质量进行推测。竖井开挖是在质量检查孔施工后进行的。一股竖井长2m，宽1.5m，深18m。为保证竖井开挖安全，便于观察浆液结石的分布情况，在开挖中采取了一种较新颖的方法，叫“超前定向支撑”法，用这种方法开挖，每开挖1m焊一圈横档，竖井开挖完后，在竖井内形成了一个类似于钢筋笼的“钢管笼”，它占竖井壁面积小，可以方便地观察浆液结石，又可以很好地抵挡土体的侧向变形，确保了竖井开挖的安全。由于钻孔方向易于控制，实际上也很好地控制了竖井开挖的方向，简便易行。
　　结语
　　水利水电工程中坝基岩体帷幕灌浆质量直接影响工程安全运行，因此，加强灌浆帷幕的质量检测工作显得尤为重要。在岩体灌浆检测中，对于覆盖层较深的工程，以上所提及的常规压水试验法、声波检测法、孔中电视观测法、钻孔取芯法及大口径钻孔检测法等均能得到很好的应用，且均有成功应用的实例，在实际工作中都取得了良好的检测效果，并积累了一定的施工经验。但上述方法各有优缺点，因此针对某一项工程选择检测方法时，应根据其特点和局限性充分考虑检测方法的适用性问题，通常情况都需要使用其中的几种方法来对比分析灌浆的效果，且须兼顾工期、费用等因素。
　　
　　参考文献:
　　[1]李茂芳.大坝基础灌浆[M].水利电力出版社，2005

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