大壩基礎生產性灌漿試驗研究

劉光第

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

韓城市小迷川水庫是一座具有村鎮居民生活供水和農業灌溉功能的Ⅳ等小（1）型水利樞紐工程。水庫壩址位于距韓城市21 km 的板橋鎮王坪村涺水河一級支流小迷川。小迷川支流發源于黃龍山區任家溝,源頭高程為1623 m,流域面積53.6 km2,河流長度22.50 km,水庫壩址以上控制流域面積46.6 km2,河道長20.87 km,河川平均比降2.12%。

灌漿施工主要包括大壩壩基防滲帷幕灌漿、左右壩肩帷幕灌漿、溢洪道帷幕灌漿、壩基固結灌漿。左壩肩帷幕灌漿長度50 m,壩基帷幕灌漿起點0-007,末點0+252,灌漿長度245 m,帷幕灌漿單排,灌漿孔徑76 mm,孔距2 m,呈直線分布,大壩帷幕灌漿位于壩軸線處；大壩壩基固結灌漿,采用雙排灌漿,距壩軸線各2 m,灌漿孔徑76 mm,灌漿深度5 m,孔距4 m,呈直線布置。

2 試驗目的

通過灌漿試驗,充分掌握不同比級或最終比級水泥漿在現有基礎巖層中的擴散半徑,以確定準確施工過程中的孔距,掌握現有巖性單位吸漿量情況,以確定施工過程中采用定量或定參數的方法,或決定最終采取定量與定參數相結合的方法從而準確掌握大壩基礎不同深度巖石的滲透系數,為后續灌漿施工提供準確、充分的依據。

3 試驗原材料選擇

3.1 水泥

根據規范要求文件,回填灌漿、固結灌漿和帷幕灌漿所用水泥的強度等級可為32.5 或以上。帷幕灌漿的水泥細度要求通過80μm 方孔篩的篩余量不大于5%。

3.2 水

灌漿用水應符合拌制水工混凝土用水的要求。拌漿水的溫度不得高于40℃。

3.3 外加劑

根據施工現場實際需要,可在水泥漿液中摻入速凝劑、減水劑、穩定劑等。各種外加劑的質量符合有關條文規定,其最優摻加量通過室內試驗和現場灌漿試驗確定。所有能溶于水的外加劑以水溶液狀態加入水泥漿液內。

3.4 摻合料

水泥漿液中摻入的砂、粘性土、粉煤灰、和微膨脹劑等摻合料質量應符合有關規定,其摻入量應通過實驗確定。

3.5 砂

灌漿采用的砂應為質地堅硬的天然砂或人工砂,粒徑不宜大于1.5 mm。

4 灌漿試驗布置安排

4.1 現場試驗的要求

現場灌漿試驗過程中,應根據實際的地質條件和施工中所遇到的不同情況,適當地調整各項施工參數和技術措施。根據所取得資料成果進行綜合統計、分析和對比、以期求得最佳的施工技術參數,包括灌漿壓力、灌漿材料、漿液配比、孔深、孔距與漿液變換標準等。

4.2 試驗區的選擇

根據現場實際情況,選擇有代表性的地段作為灌漿試驗區。本次灌漿試驗區選在主結合槽壩0+68～壩0+98。

4.3 試驗區灌漿孔位布置

帷幕孔位單排布置,共計13 個孔,Ⅰ序孔4 個,Ⅱ序孔3 個,Ⅲ序孔6 個,孔距分別為1.5 m、2.0 m、2.5 m。試驗將按照分序逐漸加密的原則進行,先進行Ⅰ序孔,在進行Ⅱ序孔,最后Ⅲ序孔。固結孔為平排布置,排距為4 m,孔距4 m,共計14 個孔。固結灌漿分2 序進行,先施工Ⅰ序孔（單號）,再施工Ⅱ序孔（雙號）。

5 灌漿施工方法

5.1 安裝抬動監測裝置

為了防止在灌漿過程中由于壓力過大或其它原因造成地表抬動,在混凝土蓋板比較薄,且灌漿要求壓力大的情況下,一般應安裝抬動觀測裝置。

灌漿作業時,特別是上部淺層巖體灌漿過程中,必須加強對灌漿過程的控制和抬動變形監測工作,同時,亦應加強對蓋板混凝土和周邊巖體巡視,發現混凝土裂縫或有其他抬動破壞征兆時,應立即停止灌漿施工。

5.2 鉆孔技術參數

（1）固結灌漿孔鉆孔參考技術參數：

孔距：4.0 m；孔位偏差：不大于10 cm；孔徑：Φ76 mm；孔深：深入巖石5.0 m。

（2）帷幕灌漿孔鉆孔參考技術參數

鉆孔孔距：2 m；孔位偏差：不大于20 cm；灌漿孔徑：孔徑Φ76 mm；灌漿孔孔深：入巖40 m。

鉆孔角度：以預埋管的方位和傾角為準,方向偏差應控制在2°以內。

5.3 鉆孔施工

（1）固結灌漿孔鉆孔

固結灌漿孔不取巖芯,固結灌漿鉆孔采用地質鉆機,鉆孔深度為入巖5 m,鉆孔直徑Φ76 mm。

（2）帷幕灌漿孔（非取芯）的鉆孔

帷幕灌漿孔利用預埋管穿透混凝土,非取芯的帷幕灌漿孔的鉆孔采用XY-2PC/150 型油壓地質鉆機。鉆孔直徑Φ76 mm,孔深入巖40 m。

（3）先導孔的鉆孔

先導孔要求進行取芯鉆孔。鉆孔采用XY-2 型回轉鉆機,Φ75 mm 金剛石鉆頭三管取芯鉆具,鉆孔直徑Φ76 mm。根據地層情況,合理使用和調整技術參數,最大回次進尺控制在3.0 m。保證在堅硬巖石的取芯率至少為95%,在風化或破碎巖石或其他地層取芯率至少為80%。

6 鉆孔沖洗和壓水試驗

6.1 鉆孔沖洗

鉆孔工作完成后,應對鉆孔進行沖洗,直至孔口回水返清后沖洗結束。

6.2 壓水試驗

固結灌漿前壓水試驗數量不少于總孔數的5%,帷幕灌漿前壓水試驗數量不少于總孔數的10%,采用簡易壓水試驗方法,即采用灌漿壓力的80%,若大于1 MPa,采用1 MPa,壓水20 min,每5 min 測讀一次壓水流量,取最后的流量值作為計算流量。先導孔按不少于灌漿總孔數的20%布置。自上而下分段作壓水試驗,按圖紙要求采用單點法,灌漿壓力采用灌漿壓力的80%,若大于1 MPa,采用1 MPa。質量檢查孔一律采用相應段次最大灌漿壓力的80%且不大于1MPa。

7 灌漿

7.1 灌漿方法

所有鉆孔均需安裝孔口管,安裝孔口封閉器。孔口管一般應深入到基巖結合面以下2.0 m,帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段鉆灌、孔內循環式灌漿法。射漿管距離孔底不應大于50 cm。帷幕灌漿段長一般采用5 m,當遇特殊情況下可適當縮減或加長,但不得大于10 m。

7.2 漿液制備

灌漿漿液宜采用穩定性漿液,制漿采用XL-2 型旋流式高速制漿機,其轉速不低于1500 r/min。

7.3 漿液配比

固結灌漿擬采用水灰比3、2、1、0.5 四個比級的漿液進行灌注,開灌比級為3∶1；帷幕灌漿開灌漿液使用水灰比為5∶1的漿液,根據實際灌漿情況漿液水灰比可采用5、3、2、1、0.7、0.5 六個比級。

7.4 漿液質量控制

漿液的制備擬采用集中制漿的方法,由集中制漿站將按規定要求制好的漿液,經輸漿管路送至灌漿施工點。在施工現場用泥漿測試儀器,定時對漿液的黏度、比重和溫度進行檢測,灌漿施工全過程,漿液的有關控制指標必須符合規定要求。

7.5 灌漿壓力

試驗階段,固結灌漿壓力擬暫定為0.3 MPa。最終由現場灌漿試驗驗證。

表1 帷幕灌漿壓力參考值表

7.6 封孔

先將選取的鉆桿一次性下放到孔底,沿著鉆桿中灌入0.5∶1 水泥漿液到孔口位置,然后再將鉆桿慢慢上提,同時在孔內補充水泥漿使注漿管口在水泥漿液面50 cm 以下位置且保持滿孔,然后采用孔口封閉,壓力3.0 MPa 純壓式灌漿進行封孔,封孔時間持續不能小于1 小時結束。封孔結束后24 小時再采取同樣方法第2 次封孔灌漿,待初凝后有析出水空余段部分進行人工砂漿封孔,砂漿比例為水泥：砂：水=1∶1∶0.5,采取封孔時,禁止向孔內投石塊和巖芯,確保孔洞內不留間歇且要密實。

8 灌漿質量檢查

（1）固結灌漿檢查孔壓水試驗在灌漿結束7 天后進行,可采用簡易壓水試驗的方法。

（2）固結灌漿檢查孔不少于總灌漿孔數的5%,壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%,且最大不大于1 MPa。固結灌漿檢查孔的鉆進可采用非取芯鉆進。

（3）帷幕檢查孔灌漿結束14 d 后進行,擬在試驗區布置2 個檢查孔對帷幕灌漿質量進行檢查,壓水試驗方式采用呂容試驗。

（4）檢查孔采用三管鉆具取芯鉆進,鉆孔孔徑76 mm。壓水試驗段長一般為5 m。最大的壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%,且最大不大于1 MPa。

9 結語

通過工程實例表明,現場灌漿試驗過程中,對鉆孔方法、漿液配比、灌漿壓力、注入量、結束標準等真實、詳盡地記錄,根據所取得資料成果進行綜合統計、分析和對比，以期求得最佳的施工技術參數,因此,通過本工程灌漿試驗技術有效的降低了安全風險,在后續灌漿施工中應大面積推廣。