重力坝坝基固结灌浆技术

　　摘　要：某重力坝坝基地质缺陷及软弱结构面对坝体应力、渗透稳定、变形稳定及整体稳定影响较大，同时爆破松动和卸荷松弛对岩体也造成一定的损害，需采取可靠的加固处理措施，其中固结灌浆是重要的处理措施之一。坝基固结灌浆采用无盖重灌浆、有盖重补强灌浆或引管有盖重补强灌浆，较好解决了与混凝土施工的矛盾，灌浆质量满足设计要求，灌浆效果良好。

　　关键词：锦屏;水电站坝基;固结灌浆;盖重补强

　　1工程概况

　　某重力坝坝高305m，其中固结灌浆是重要的处理措施之一。在坝基固结灌浆施工过程中，为解决固结灌浆施工对混凝土浇筑和温控工作的影响等问题，以防止产生混凝土裂缝。

　　2固结灌浆施工方案

　　温控工作有极大的干扰，导致温控工作不能有效进行，混凝土产生裂缝的概率增加;拱坝因封拱要求，往往在进行一期降温或中期冷却，此时混凝土内已有因冷却形成的温度应力(拉应力)，固结灌浆也会产生一定的抬动力，而混凝土全级配试验抗拉强度低于混凝土湿筛试验(标准试验)抗拉强度，实际混凝土抗裂安全系数较混凝土湿筛试验(标准试验)结果偏小，实际安全系数甚至可能小于1，在上述综合因素的作用下，盖重凝土在固结灌浆施工期间很难避免产生裂缝。为防止混凝土裂缝，工程坝基固结灌浆主要采取以下施工方案。

　　1)无盖重灌浆结合0～5m浅表层加强灌浆，固结灌浆和混凝土浇筑错位施工，灌浆孔均在原无盖重灌孔中间按内插法布置，孔深5m。

　　2)在廊道内钻孔进行垫座基础的固结灌浆，以解决和混凝土施工干扰及温控工作等的矛盾。

　　3固结灌浆施工技术

　　重力坝工程的灌浆建筑材料最好选用质量达标且在使用期限之内的硅酸盐类水泥。水泥中砂的直径在2.5mm之内，细度模数≤2。在施工灌浆阶段，若出现裂缝、溶洞或者断层现象，且在灌浆后压力值依旧低于预期压力，则将等级≥二级的粉煤灰与水泥浆混合，作为灌浆的原材料进行灌注，或将水泥浆换成水泥砂浆进行灌浆施工，注浆用水应符合混凝土搅拌用水标准。在重力坝混凝土的建设强度超过70%时进行固结灌浆工作，并且固结灌浆工作在回填灌浆工作完成后的7d开始施工。

　　3.1造孔工程

　　回填造孔项目应选用YT-28气腿式凿岩机，将终孔的直径控制在3.8cm以外。造孔位点要精确，与预期孔位的误差≤10cm，角度误差≤5°，造孔深度偏差≤20cm。在造孔过程中为了确保工程质量，减少人力、物力的不必要损耗，需在每一阶段查验孔位的方位角、造孔深度以及造孔倾斜度，及时改正失误，保证工程进度与工程质量。同时严格按照工程顺序进行施工，在造孔工程出现问题时技术人员应认真研究，制定并采取科学的应对办法，及时解决问题。最后选用木塞堵住孔口，确保孔洞后期的正常使用。

　　3.2洗孔和裂隙冲洗

　　1)在重力坝回填灌浆工作实施前对孔洞进行10min以上的敞开式清洗，清洗裂缝的水压控制在1MPa以内。钻孔清洗应<0.5h，并且在清洗出现清水的10min后结束冲洗。对于地质条件较差的部位采取高压风方式清理，严格控制风压在0.5MPa以下，且不超过灌浆压力的50%。2)重力坝的固结灌浆工程需在钻孔冲洗结束后的1d内进行，若超出此时段则再次冲洗后方可实施固结灌浆工作。3)洗孔时如果发生窜孔或围岩裂缝问题，减小清洗水压。若洗孔1h以后返水依然不是清水，应立即暂停洗孔工作，找出并解决引起此现象的问题。4)洗孔与裂缝清洗工作应在邻近孔灌浆完毕后的24h以后进行。

　　3.3压水试验

　　固结灌浆项目实施前进行钻孔的单点式压水试验。选择总孔数的5%的具有一定参考价值的钻孔，选择<1MPa且大于预期灌浆压力50%的水压进行测试，待水压达到标准后保持水压稳定，试验数据达标时结束试验，并使用最终流量值计算与分析流量。

　　3.4灌浆

　　3.4.1灌浆压力

　　一般情况下，重力坝渐变段的灌浆预期压力应为0.5MPa，其他段标准如下:Ⅲ类围岩1MPa，Ⅳ类围岩1～1.5MPa进行，Ⅴ类围岩(挤压破碎带)0.5～1MPa。

　　最终的灌浆压力需根据施工现场的实际情况来选择，灌浆压力的最大值为围岩变形0.2mm时所达到的灌浆压力;如若围岩变形超过0.2mm，灌浆压力依旧没有达到预值，则停止增加灌浆压力。

　　3.4.2浆液配比

　　灌浆所用的水泥浆浓度需要从小到大进行试验。挤压破碎带的灌浆浆液水灰比值有多种选择，分别为1∶1、4∶5。

　　3.4.3浆液变浆原则

　　1)当水泥浆灌注速率下降压力值无变化或者水泥浆灌注速率无变化而压力值却上升时，水灰比值应保持恒定。2)当浆液按照一定的水灰比值进行配制，但灌浆压力值与灌浆灌注速率没有较大变化时，可以加大水泥浆的水灰比例;当灌浆速率超过30Lmin时可以适当提高浆液浓度。3)当浆液的水灰比值达到最大，灌浆速率基本维持不变时，可使用间歇性灌浆的方式进行灌注。4)水泥浆浓度变化后，灌浆压力明显升高或灌浆速率明显降低。

　　3.4.4固结灌浆方式及结束标准

　　固结灌浆需要严格遵循施工顺序进行。在同一灌注区域之内，Ⅱ序孔的施工工作必须在Ⅰ序孔工作完全结束后进行。并且，重力坝固结灌浆工程需使用单孔灌浆法进行灌浆，其中，非挤压破碎段使用全孔一次性灌浆技术，挤压破碎段使用序间循环分段灌浆技术，第一段长度为2m，第二段长度为4m。在固结灌浆施工时，要求技术人员实时观察衬砌混凝土的变形情况，并记录与分析观测所得数据，混凝土衬砌变形量超过0.2mm时，立刻降低灌浆压力。当灌浆压力达到预期最大值且灌注速率不超过1Lmin时，固结灌浆工作应在灌注开始后30min时停止。

　　3.5封孔

　　灌浆工作完成后对部分钻孔进行封孔，其中孔口向下与有涌水的孔使用全空灌浆法封孔，其他孔则使用导管注浆法进行封孔。封孔采用干硬性水泥砂浆封闭孔口。导管注浆封孔法:在造孔的底端插入专用导管，通过该导管向孔内灌注浓度为50%的浆液，使得浮浆与污水排出造孔;全孔灌浆封孔法:在造孔的底端插入专用导管，通过该导管向孔内灌注水灰比值为2∶1的水泥浆，将灌浆塞完全置于钻孔之中，使用最大压力值对孔口进行灌浆封孔。

　　3.6特殊情况处理

　　1)如因故中断灌浆应尽快处理，应使用浓度大于水灰比2∶1的稀水泥浆打孔;且短时间内不再吸收注浆，则视为注浆不合格。2)注浆作业中如发现注浆或注浆，可采取封堵面、嵌缝、降低注浆压力、增加注浆浓度等方法处理。3)出现油泥的处理措施:立即停止钝孔钻进作业;当污泥量不大时将浓度高于水灰比2∶1的稀水泥浆注入钝孔，使水泥浆不会填满钻孔;注浆量大时可在开孔的同时进行注浆。否则，窜孔将被软木塞严密密封。灌浆作业完成后再次扫走窜孔、打孔、钻孔和灌浆。4)注浆时应定期测量水泥浆比重，在注浆结束时也应测量水泥浆比重，并做好注浆记录。

　　3.7施工过程主要质量控制

　　1)采取有效措施，防止钻孔钻断冷却水管影响温控工作。为保证有盖重灌浆钻孔不钻断冷却水管，在固结灌浆施工的范围，坝体冷却水管采用铁管，并用插筋固定牢固以防止移位，灌浆孔孔位布置应避开冷却水管不小于50cm的间距，孔位现场放样采用仪器精确定位，钻孔对位偏差不大于10cm，并保证孔向正确。在固结灌浆钻孔开始前，对坝段冷却水管进行通水，以发现钻孔是否钻断冷却水管，当钻孔钻断冷却水管时，应立即停止钻孔，并用孔内架桥措施隔离冷却水管进行封孔，确保冷却水管畅通，不影响通水。2)加强组织管理，确保引管畅通。引管孔孔口堵塞应严密，引管顺坡布置，从坝体下游面引出，并采用插筋固定牢固，各根引管之间要有50cm左右的间距，满足不影响混凝土浇筑，各管口要有管帽，并有可靠的标识，在混凝土浇筑前后，均应进行管路畅通性检查，确保管路畅通有效，有问题及早发现及时处理。3)施工过程监管。为加强施工过程质量控制，除由监理进行施工旁站，业主还引进第三方进行质量检查监督。同时成立由参建各方组成的灌浆小组，如对透水率与单位注入量明显不匹配的，透水率、单位注入量与孔序关系不正常的及时分析研究，提出措施及时进行处理。上述措施提高了灌浆施工质量，保证了灌浆效果。

　　4灌浆效果检查分析

　　1)随施工进行，岩体裂隙被逐步灌注密实，岩体完整性提高、渗透性和可灌性减小，符合正常规灌浆规律。2)除15号坝段及个别坝段少量Ⅱ级岩体灌后声波和钻孔变模略低外，其余坝段岩体灌后声波、钻孔变模均满足设计要求。15号坝段进行了全坝段系统补强灌浆处理;同时考虑到Ⅱ级岩体灌前已满足拱坝建基要求，灌后检测成果与设计指标相差不大，因此对部分未达标的Ⅱ级岩体不再进行补强灌浆。其他部位局部透水率、声波不合格区域进行补强灌浆后，进一步检查全部合格。

　　5结语

　　某重力坝坝基固结灌浆合计36.4×104延米，采用无盖重灌浆结合多种型式的有盖重加强灌浆和廊道有盖重灌浆进行施工，施工关键技术总结如下：1)有盖重固结灌浆，应采取控制同时灌浆孔的分布和数量，控制浅表层0～5m特别是0～2m的灌浆压力，以及分级升压，根据注入率、注入量调整灌浆压力等控制抬动变形。2)无盖重固结灌浆，应缩小孔口段段长并进行灌浆，减少浆液外漏，提高灌浆效果，必要时可分层施工，形成灌浆盖重，以利于下部施工;前序孔应采用自上而下分段灌浆，同样有利于减少漏浆、串浆和提高灌浆压力，提高灌浆质量，并应采用细水泥浆液;加强组织管理，防止堵塞引管影响补强灌浆效果。

　　参考文献：

　　[1]朱伯芳，张超然.高拱坝结构安全关键技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

　　[2]DL/T 5346-2006混凝土拱坝设计规范[S].

　　[3]杨晓东.水泥灌浆浆液运动及压力技术分析[J].中国水利水电科学研究院学报，2009, 7(4): 246-250.

　　[4]《岩土注浆理论与工程实例》协作组.岩土注浆理论与工程实例[M].北京：科学出版社，2001.

　　[5]孙钊.大坝基岩灌浆[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

　　[6]张景秀.坝基防渗与灌浆技术：第二版[M].北京：中国水利水电出版社，2002.