基于壓水試驗及聲波檢測的固結灌漿效果分析

陳 璽，馬光明

(陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710100)

隨著我國水利水電行業的不斷發展，水利水電工程的修建也將面對越來越多的復雜地質條件的考驗。固結灌漿作為處理不良工程地質條件有效手段早已在工程中得到廣泛應用。灌漿效果會直接影響到地基穩定、后續的建筑物工程質量以及安全運行，因此已成為工程建設關注的一個重點[1- 8]。

國內外學者對固結灌漿效果進行了大量研究。K.Kohkichi等[9]對固結灌漿后巖體性能的改善進行了現場試驗研究，并通過流變模型分析了灌漿效果。A.Fransson等[10]通過研究，提出了一個反映漿液進入巖體裂隙時巖體發生體積變化的參數來描述高壓灌漿的效果。張文舉等[11]基于我國20多個大型水利水電工程固結灌漿前、后波速的變化，建立了固結灌漿后巖體波速提高率與灌漿前巖體波速之間的關系。徐江宇等[12]通過三維有限元方法研究了固結灌漿期間蓋重抬動對混凝土應力的影響研究。

為保證黃金峽水利樞紐后續建筑物施工質量與安全，本文選取壓水試驗及聲波檢測兩種方法對縱向圍堰壩段基巖固結灌漿效果進行分析，評價灌漿效果是否滿足要求，總結經驗，為后續施工打好基礎。

1 工程及地質情況

黃金峽水利樞紐位于漢江干流上游峽谷段，地處陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內，為引漢濟渭工程主要水源之一。樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、泵站電站建筑物、通航建筑物和過魚建筑物等組成。大壩采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高63.00m，壩軸線長349.00m。[13- 14]

縱向圍堰壩段上下游長50m，左右側寬20m，建基面巖體為弱風化下帶閃長巖，裂隙較發育，有兩條斷層存在，呈次塊狀，巖體基本質量為Ⅲ、Ⅱ類。基礎處理時主要采用了固結灌漿、帷幕灌漿及混凝土換填等措施。

縱向圍堰壩段固結灌漿共布置有78個孔，其中常規固結灌漿孔59個，固結兼帷幕孔9個，抬動觀測孔2個，聲波檢測孔8個。對其中4個孔在灌前進行鉆孔取芯檢查，表明淺部基巖比較破碎，入巖3.0m以后大部分孔巖芯相對較為完整。其中1#孔基巖進尺5m，巖芯長4.5m，巖芯采取率90%，大于10cm的巖芯有14塊，最長26cm；2#孔基巖進尺5m，巖芯長4.5m，巖芯采取率89%，大于10cm的巖芯有7塊，最長24cm；3#孔基巖進尺5m，巖芯長4.5m，巖芯較完整，巖芯采取率93%，大于10cm的巖芯有18塊，最長60cm；4#孔基巖進尺5m，巖芯長4.2m，巖芯采取率84%，大于10cm的巖芯有6塊，最長17cm。4個檢查孔的巖芯情況如圖1所示。

圖1 檢查孔巖芯

圖2 固結灌漿孔位布置圖

2 固結灌漿工藝及設計參數

縱向圍堰采用有蓋重固結灌漿，混凝土蓋重厚3m。灌漿孔鉛直布設，梅花形布置，排距為2.5m×2.5m。其中：常規固結灌漿孔基巖段孔深5m，固結兼輔助帷幕孔基巖段孔深12m。聲波測試孔基巖段孔深5m，抬動觀測孔基巖段孔深6m。

固結灌漿分Ⅰ、Ⅱ序兩序施工，具體分序及孔位布置情況如圖2所示。

常規固結灌漿孔、聲波測試孔、抬動觀測孔均采用全孔一次灌漿，Ⅰ序孔灌漿壓力為0.25～0.3MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.3～0.35MPa。固結兼輔助帷幕孔采用分段施工，第1段長3m，第2段長4m，第3段長5m；第1段I序孔灌漿壓力為0.3MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.35MPa，第2段及第3段I序孔、Ⅱ序孔灌漿壓力均為0.5MPa。

灌漿采用42.5級普硅水泥漿液灌注，漿液由稀到濃逐級轉換。灌漿漿液水灰比(重量比)一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五個比級，開灌水灰比一般采用3∶1。

在灌漿孔段設計灌漿壓力或最大灌漿壓力下，灌注至注入率不大于1L/min時，繼續灌注30min，且總灌注時間不少于60min可結束灌漿【15】。

3 檢測成果分析

3.1 壓水試驗成果分析

固結灌前，對59個常規固結灌漿孔及9個固結兼帷幕孔進行壓水試驗，壓水試驗成果見表1。灌漿完成后，對4個聲波檢測孔進行了壓水試驗，壓水試驗成果見表2。常規固結灌漿孔灌前壓水試驗壓力采用0.1～0.2MPa，固結兼輔助帷幕灌漿孔灌前壓水試驗壓力采用0.2MPa，聲波檢測孔灌漿前、后壓水試驗壓力均采用0.2MPa。

由表1可知，灌漿前Ⅰ序孔35段壓水試驗中有27段透水率大于10Lu，其中透水率最大為53.2Lu，平均透水率為17.04Lu；Ⅱ序33段壓水試驗，透水率比較均勻地分布在3～5、5～10、>10三個區間，其中最大透水率為18.49Lu，平均透水率為7.99Lu。Ⅱ序孔透水率相較于Ⅰ序有顯著降低，表明了Ⅰ序灌漿已取得良好效果，符合一般規律。

由表2可分別看出，固結灌漿后4個檢查孔壓水試驗結果表明，ZW-J1、ZW-J2號孔、ZW-J3號孔和ZW-J4號孔的透水率分別為1.07、2.49、1.38和3.11Lu，平均為2.01Lu，遠遠低于灌漿前Ⅰ序孔及Ⅱ序孔平均透水率，表明固結灌漿效果顯著。

3.2 聲波檢測成果分析

本次聲波檢測包括單孔聲波檢測和跨孔聲波檢測兩種方法。聲波檢測時每20cm讀一組數據，孔深5m，因此每個孔測得25組數據。

3.2.1單孔聲波檢測

單孔聲波反映的是巖體的縱波速度。固結灌漿前、后單孔聲波測試結果見表3。

表1 灌前檢查壓水試驗成果統計表

表2 灌后試驗檢查孔壓水試驗成果表

表3 單孔聲波波速統計表

表4 灌漿前、后跨孔聲波波速統計表

由表3可知，灌漿前單孔聲波波速最小值為2198m/s、最大值為5405m/s、平均值為4117m/s，灌后單孔聲波波速最小值為2299m/s、最大值為5556m/s、平均值為4243m/s。灌后波速較灌前平均提高率為3.14%，滿足設計不低于3%的要求，表明通過固結灌漿巖體質量有所改善。

3.2.2跨孔聲波檢測

跨孔聲波反映的是二孔間巖體的縱波速度。本次固結灌漿跨孔聲波測試包括灌前聲波測試和灌后聲波測試，上游段做了ZW-S-1～ZW-S-2、ZW-S-1～ZW-S-4、ZW-S-2～ZW-S-3、ZW-S-3～ZW-S-4四組檢測，下游段做了ZW-S-5～ZW-S-6、ZW-S-5～ZW-S-8、ZW-S-6～ZW-S-7、ZW-S-7～ZW-S-8四組檢測，共計8組。檢測結果見表4。

由表5可知，固結灌漿灌前跨孔聲波波速最小值為2778m/s、最大值為5073m/s、平均值為4509m/s，灌后單孔聲波波速最小值為2994m/s、最大值為5364m/s、平均值為4705m/s。灌后波速較灌前平均提高率為4.50%，滿足設計要求不低于3%的規定，表明通過固結灌漿巖體質量有所改善。

4 結論

(1)壓水試驗成果顯示，灌前Ⅰ序孔平均透水率為17.04Lu，Ⅱ序孔平均透水率為7.99Lu，灌后4個聲波檢測孔平均透水率為2.0125Lu，說明通過固結灌漿透水率減小效果明顯，表明固結灌漿效果顯著。

(2)聲波檢測成果顯示，灌漿后單孔聲波波速較灌前平均提高率3.14%，灌漿后的跨孔聲波波速較灌漿前平均提高4.50%，均滿足設計要求不低于3%的規定，表明固結灌漿質量符合要求。

(3)通過壓水試驗及聲波檢測綜合顯示，此次固結灌漿效果良好，可達到設計要求，灌漿參數合理，工藝可行。此次灌漿工藝和灌漿參數可為本工程后續灌漿施工提供指導依據。