水利工程大壩固結(jié)灌漿施工技術(shù)研究

庭玉河

(貴州水利實(shí)業(yè)有限公司，貴陽(yáng)550000)

水利工程大壩固結(jié)灌漿施工技術(shù)研究

庭玉河

(貴州水利實(shí)業(yè)有限公司，貴陽(yáng)550000)

在現(xiàn)代水利水電工程中，大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿技術(shù)是水利樞紐對(duì)基礎(chǔ)工程處理的一種重要方法之一。文章闡述了思南縣過(guò)水灣水庫(kù)固結(jié)灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用及方法，通過(guò)質(zhì)量檢查，思南縣過(guò)水灣水庫(kù)大壩基礎(chǔ)灌漿效果非常明顯，適應(yīng)性強(qiáng)，成本比較低廉。

水庫(kù);大壩;基礎(chǔ);固結(jié)灌漿;鉆孔;檢查

0 引言

隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在一些地質(zhì)條件復(fù)雜的地層，例如巖溶發(fā)育、沖積層深厚、滲透性大的地區(qū)，也逐漸修建大壩，甚至有很多是100 m以上的高壩，故而大壩壩基灌漿工作也就隨之由易到難，因而必須對(duì)地基基礎(chǔ)采取有效地處理，提高地基的穩(wěn)定性。

以下主要闡述的是思南縣過(guò)水灣水庫(kù)固結(jié)灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

思南縣過(guò)水灣水庫(kù)位于思南縣寬坪鄉(xiāng)水田灣寨，距思南縣城約56 km、距寬坪鄉(xiāng)4 km，水庫(kù)工程任務(wù)為灌溉、供水兼有發(fā)電功能。工程設(shè)計(jì)灌溉0.338萬(wàn)hm2，灌溉年用水量為2 038萬(wàn)m3(P=80%);鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村年供水量260萬(wàn)m3(P=95%);壩后電站裝機(jī)1 200 kW，年發(fā)電量為373.2萬(wàn)kW·h(P=90%);水庫(kù)正常蓄水位678 m，死水位662 m，興利庫(kù)容777萬(wàn)m3，總庫(kù)容為1 210萬(wàn)m3;水庫(kù)規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。

水庫(kù)大壩位于楊家河中下游水田灣村約1 km河段，水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位高程678.00 m，死水位高程662.00 m。壩型為C15常態(tài)混凝土單曲拱壩，壩頂寬5.0 m，最大壩底寬17.7 m，壩頂長(zhǎng)度183.804 m。大壩樞紐由水庫(kù)大壩、壩頂溢流表孔、放空底孔、發(fā)電取水埋管、發(fā)電廠房等主要建筑物組成。

2 制漿

2.1 制漿站布置

固結(jié)灌漿采用集中制漿，分散輸漿的方式供漿。集中制漿站布置在大壩下游左岸平臺(tái)上(主要供給壩基、護(hù)坦、壩肩下部灌漿)和右岸壩頂1076.6平臺(tái)上(主要供給壩肩上部灌漿)，以不影響交通為原則，用Φ50 mm鋼管搭設(shè)4 m×6 m水泥平臺(tái)，主要作用是對(duì)灌漿使用的水泥進(jìn)行放置。制漿站的設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 制漿站示意圖

在進(jìn)行制漿站的布置時(shí)，為了對(duì)漿液的廢棄量進(jìn)行降低，應(yīng)該盡可能的將輸漿泵布置在靠近配料臺(tái)附近的位置。灌漿漿液嚴(yán)格按配合比進(jìn)行拌制。

2.2 灌漿材料及制漿

主要包括2個(gè)方面:

2.2.1 灌漿材料

在需要對(duì)灌漿施工中涉及到的灌漿材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，必須要求灌漿材料滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求以及相關(guān)規(guī)范要求，并且具有相關(guān)質(zhì)量認(rèn)證書［1］。在材料進(jìn)場(chǎng)或者入庫(kù)之前需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收工作，并且將試驗(yàn)檢測(cè)得到的結(jié)果交給監(jiān)理工程師。

2.2.1.1 灌漿水泥

本工程所使用的灌漿水泥其品質(zhì)必須與相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相符，對(duì)于受潮結(jié)塊的水泥嚴(yán)禁投入工程使用，并且需要做好水泥的防潮工作，對(duì)水泥的存放時(shí)間進(jìn)行盡可能的縮短，盡快使用小時(shí)工現(xiàn)場(chǎng)的水泥。如果施工現(xiàn)場(chǎng)的水泥存放的時(shí)間已經(jīng)超過(guò)一個(gè)季度，那么需要重新對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢查，合格之后才能夠投入使用。

2.2.1.2 灌漿用水

灌漿用水采用江水或供水系統(tǒng)提供的水，水質(zhì)要求應(yīng)符合拌制混凝土用水的標(biāo)準(zhǔn)［2］。

2.2.1.3 水灰比

采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶14 級(jí)水灰比的普通漿液，開灌水灰比為3∶1，各級(jí)水灰比漿液密度、流動(dòng)性、沉降穩(wěn)定性、析水率、黏結(jié)強(qiáng)度通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)均滿足施工要求。

2.2.2 制漿

在制漿的過(guò)程中，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求對(duì)灌漿的配合比進(jìn)行計(jì)量和確定，在計(jì)量的過(guò)程中要嚴(yán)格對(duì)計(jì)量作業(yè)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行控制，通常控制在5%以下，水泥等固相材料采用重量稱量法計(jì)量;各類漿液必須攪拌均勻并測(cè)定漿液密度，并作記錄。

在對(duì)漿液攪拌的時(shí)間進(jìn)行控制的過(guò)程中，需要根據(jù)攪拌機(jī)的類型進(jìn)行確定，如果采用的是高速攪拌機(jī)械，那么攪拌的時(shí)間應(yīng)該在半分鐘或以上，如果施用的是普通的攪拌機(jī)械，那么攪拌的時(shí)間必須要在3 min或以上。漿液攪拌結(jié)束之后，需要對(duì)漿液進(jìn)行詳細(xì)的試驗(yàn)檢測(cè)工作，檢測(cè)合格之后就可以對(duì)漿液進(jìn)行運(yùn)輸。此外，還需積極的做好漿液的降溫以及防曬措施，保證漿液的溫度控制在5℃ ～40℃，如果不在此范圍內(nèi)那么需要將漿液進(jìn)行廢棄。

3 大壩固結(jié)灌漿工程施工

本工程固結(jié)灌漿范圍為拱壩建基面。施工包括6個(gè)方面:

3.1 施工程序

先施工邊排，后施工內(nèi)排孔，邊排施工中，先施工下游排，后施工上游排。采用全孔灌注法，施工工藝流程為:鉆孔→沖洗→壓水→灌漿→封孔結(jié)束［3］。

3.2 施工方法

3.2.1 鉆孔

采用XY－1型地質(zhì)回轉(zhuǎn)式電動(dòng)液壓鉆機(jī)，硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，開孔孔徑91 mm，終孔孔徑Φ75 mm。施工前按施工圖測(cè)量放樣，孔位偏差≤10 cm，孔深應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，為了保證孔向與設(shè)計(jì)鉆孔方向一致，在鉆機(jī)安裝時(shí)，班組人員須先校正水平，加固，使立軸方向與鉆孔方向一致，經(jīng)質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師檢查合格后，方能開孔鉆進(jìn)。如圖2為注漿孔布置示意圖。

圖2 注漿孔布置示意圖

3.2.2 沖洗

根據(jù)鉆孔情況，采取單孔沖洗和群孔沖洗，對(duì)不串通的孔采取單孔沖洗，沖洗的壓力可為該孔段灌漿壓力的80%，將清水壓入孔底返出，直至返出的水呈清澈狀為止。

若在施工中遇到各鉆孔間裂隙相互串通的情況，則采用群孔沖洗法，把一組鉆孔(3～5個(gè))，同時(shí)使用氣和水進(jìn)行沖洗，從1～2個(gè)鉆孔中進(jìn)氣，從其他鉆孔中沖洗出黏土等雜質(zhì)，而后，輪換進(jìn)氣進(jìn)水，反復(fù)沖洗，直至各孔均被沖洗干凈，返水清澈，孔底沉淀物≤20 cm為止。

3.2.3 壓水

鉆孔沖洗干凈后，則進(jìn)行測(cè)水位，壓水試驗(yàn)，壓水壓力值為灌漿壓力的80%，壓水時(shí)，派專人密切觀察墊層混凝土的抬動(dòng)情況，在保證混凝土不產(chǎn)生抬動(dòng)的情況下，盡可能采用大的壓力，以保證壓水試驗(yàn)后能了解地層的真實(shí)情況。

3.2.4 灌漿

3.2.4.1 采用全孔灌注法

灌漿壓力是保證固結(jié)灌漿質(zhì)量效果的重要手段，固結(jié)灌漿壓力為:上下兩排宜為0.3 MPa，中間排宜為0.5 MPa(具體實(shí)施時(shí)以設(shè)計(jì)施工為準(zhǔn))。或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，在保證墊層混凝土不產(chǎn)生抬動(dòng)的情況下，采用較大的灌漿壓為。

3.2.4.2 灌漿的比級(jí)變換原則

灌漿的水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1(或0.5∶1)等4個(gè)比級(jí)，開灌水灰經(jīng)采用3∶1，灌漿的濃度應(yīng)該不斷地發(fā)生改變，從稀變成弄，不斷的進(jìn)行變換。

3.3 灌漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)以下兩種情況進(jìn)行確定:

1)在設(shè)計(jì)壓力下，注入率≤0.4 L/min時(shí)，延續(xù)灌注30 min。

2)灌漿全過(guò)程，在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿時(shí)間≥60 min。

3.4 封孔

鉆孔灌漿作業(yè)結(jié)束之后，需要由監(jiān)理工程師對(duì)其效果進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)收工作，驗(yàn)收合格之后才能夠進(jìn)行封孔作業(yè)。

采用不同的灌漿方法所利用的封孔的方法也是不同的，在固結(jié)灌漿中如果采用的是自上而下分段灌漿法，那么所采用的封孔方法應(yīng)該是分段壓力灌漿封孔法，如果采用的是自下而上分段灌漿方法，那么采用的封孔方法應(yīng)該是置換和機(jī)械壓力灌漿封孔法。

與此同時(shí)，需要結(jié)合人工封孔，人工封孔主要是在機(jī)械封孔結(jié)束后，灌漿下沉干縮后形成表面孔段空隙，這時(shí)用人工拌合75#水泥砂漿注入孔內(nèi)，振搗密實(shí)并抹平。

3.5 灌漿質(zhì)量與效果檢查

在大壩固結(jié)灌漿施工結(jié)束的一個(gè)星期之后，就可以對(duì)灌漿的質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要是對(duì)灌漿的質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的整理和分析，對(duì)灌漿的效果進(jìn)行嚴(yán)格的保證。

固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查合格標(biāo)準(zhǔn):85%以上試段的透水率不大于設(shè)計(jì)規(guī)定值(斷層軟弱帶合格率為90%)，其余試段的透水率不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且不集中。

考慮到灌漿壓力和漿液擴(kuò)散范圍的影響，由于孔距較大，若個(gè)別孔透水率較大，不滿足合格標(biāo)準(zhǔn)，按要求進(jìn)行補(bǔ)灌處理。質(zhì)量檢查孔按灌漿孔要求進(jìn)行灌漿封孔處理。

3.6 特殊情況處理

1)鉆孔穿過(guò)段若遇到裂隙密集帶，發(fā)生塌孔、掉塊或是滲漏、涌水時(shí)，應(yīng)立即停鉆，查明原因，并采用壓縮段長(zhǎng)進(jìn)行灌漿處理后進(jìn)行下一段鉆灌。對(duì)于因塌孔孔內(nèi)沉積物厚度較大，難以用大流量沖出，影響灌漿質(zhì)量時(shí)，可直接鉆至孔底進(jìn)行擾動(dòng)灌漿處理，并待凝24 h。并及時(shí)向監(jiān)理、設(shè)計(jì)上報(bào)。

2)灌漿中斷的處理。在灌漿施工中，是要求灌漿作業(yè)時(shí)連續(xù)不中斷的，但是如果在實(shí)際施工中，遇到一些突發(fā)情況導(dǎo)致灌漿中斷，那么需要對(duì)灌漿中斷的時(shí)間進(jìn)行盡可能的縮短，盡可能早的將灌漿作業(yè)進(jìn)行恢復(fù)。如果灌漿中斷的時(shí)間＞30 min，那么需要采取各種有效的辦法對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗，如果在沖洗中發(fā)現(xiàn)并沒有明顯的效果那么需要掃孔復(fù)灌。恢復(fù)灌漿作業(yè)之后，如吸漿量與中斷前相近，可采用中斷前比級(jí)漿液繼續(xù)灌注，如吸漿量較中斷前減少較多，則漿液應(yīng)變回起灌水灰比進(jìn)行灌注。

3)進(jìn)行無(wú)蓋重灌漿，在進(jìn)行第一段灌漿時(shí)，表層可能冒漿，施工時(shí)，應(yīng)隨時(shí)觀察，出現(xiàn)冒漿、漏漿現(xiàn)象，可及時(shí)進(jìn)行封堵，漏漿嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)進(jìn)行待凝或低壓慢灌，待凝時(shí)間為2～4 h，待凝后繼續(xù)灌注，直至結(jié)束。

4)灌漿過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)灌漿孔互相串通時(shí)，應(yīng)查明串漿孔數(shù)和范圍。如串漿孔具備灌漿條件，應(yīng)一泵一孔同時(shí)進(jìn)行灌漿，否則，塞住串漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，及時(shí)對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，并繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。同時(shí)串漿范圍內(nèi)同時(shí)灌漿孔孔數(shù)≤2個(gè)，以防止混凝土抬動(dòng)。

5)當(dāng)耗灰量＞3 000 kg無(wú)法正常結(jié)束或斷層軟弱帶水泥單耗＞2 000 kg/m時(shí)，采取待凝、低壓慢灌等措施。當(dāng)灌漿段正常結(jié)束后，可不待凝，直接鉆灌下一段。

4 結(jié)語(yǔ)

在軟質(zhì)巖石上進(jìn)行大壩的建造時(shí)，為了保證大壩工程的質(zhì)量，防止大壩滲漏，經(jīng)常會(huì)采用固結(jié)灌漿的方式進(jìn)行處理。在利用固結(jié)灌漿方式施工之后，大壩基巖的抗壓強(qiáng)度以及彈性都得到了非常明顯的提高，對(duì)基巖的沉降現(xiàn)象有效地進(jìn)行了緩解，對(duì)于軟質(zhì)巖的處理是非常有效的。

［1］王波，王天西，肖鏵.高拱壩河床基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工技術(shù)［J］. 施工技術(shù)，2011，40(12):325 －329.

［2］熊進(jìn)，祝紅，陳珙新.三峽工程基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.人民長(zhǎng)江，1998(03):12－13.

［3］張杰，孟素品，李紅兵.談固結(jié)灌漿技術(shù)施工方案［J］.河南水利，2006(07):45.

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1007－7596(2014)07－0152－03

2013－12－25

庭玉河(1978－)，男，貴州貴定人，工程師，從事水利水電工作。