無混凝土蓋重固結(jié)灌漿在工程中的應(yīng)用

周建軍 蒲來春

1 概述

吉林臺(tái)水電站壩址區(qū)出露巖石為英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r及安山巖,巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚度3 m～5 m,沿?cái)鄬由钸_(dá)10 m～20 m,弱風(fēng)化層厚25 m～30 m,沿?cái)鄬由钸_(dá)40 m,壩址區(qū)谷坡卸荷水平深達(dá)10 m～14 m。壩址區(qū)發(fā)育的大小斷層700多條,陡傾角裂隙發(fā)育,巖性較破碎,其中規(guī)模最大的F32斷層,寬度可達(dá)15 m,深達(dá)60 m,與河流成 20°夾角,斜穿整個(gè)壩址右岸,由下壩線向上游延伸至河床右側(cè),通過河床趾板,出露長(zhǎng)度為2 km。

結(jié)合吉林臺(tái)水電站的實(shí)際情況,先根據(jù)常規(guī)方法澆筑混凝土蓋重,勢(shì)必影響到大壩填筑進(jìn)度,參考以往的灌漿工程施工,采取了在覆蓋層中埋設(shè)1.5 m灌漿孔口管,利用覆蓋層做蓋重,“孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿法施工工藝。

2 基巖固結(jié)灌漿初步設(shè)計(jì)概況

吉林臺(tái)大壩趾板基巖固結(jié)灌漿的初步設(shè)計(jì)要求:排數(shù)3排～4排,排距 1.5 m～3 m,孔距 3.0 m,孔深 15.0 m,灌漿壓力0.2 MPa～0.5 MPa,分兩序施工,透水率小于 3 Lu。

3 固結(jié)灌漿技術(shù)要求

1)施工程序。試驗(yàn)場(chǎng)地選擇→測(cè)量放樣→鉆物探孔→鉆抬動(dòng)觀測(cè)孔→埋設(shè)孔口管→鉆灌Ⅰ序孔→鉆灌Ⅱ序孔→鉆檢查孔和灌后測(cè)試→封孔。2)鉆孔。固結(jié)灌漿孔采用潛孔沖擊回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔,成孔過程中以風(fēng)作為循環(huán)介質(zhì)。由于試驗(yàn)區(qū)無混凝土蓋重,表層巖體較破碎,在孔口以下 2.5 m埋設(shè)φ 108 mm無縫地質(zhì)鋼管。自孔口管以下灌漿段長(zhǎng)分別為2 m,3 m,5 m,5 m。3)鉆孔沖洗。灌漿孔(段)在灌漿壓水試驗(yàn)前均采用壓力水沖洗孔內(nèi)巖粉,洗孔壓力為80%灌漿壓力。洗孔時(shí)間以回水澄清10 min結(jié)束,總的沖洗時(shí)間不少于30 min,沖洗后孔底殘留物厚度小于20 cm。4)壓水試驗(yàn)。灌漿孔灌前都進(jìn)行了簡(jiǎn)易壓水實(shí)驗(yàn),并按要求選擇有代表性、占單元灌漿區(qū)5%的灌漿孔(段)進(jìn)行灌前單點(diǎn)法壓水實(shí)驗(yàn)。質(zhì)量檢查孔均用單點(diǎn)法作壓水實(shí)驗(yàn)。5)灌漿材料。采用普通硅酸鹽42.5號(hào)水泥。6)水灰比。漿液水灰比(重量比)采用 5∶1,2∶1,1∶1,0.7∶1,0.5∶1 五個(gè)比級(jí),開灌水灰比采用5∶1。7)灌漿。采用“孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿法施工。灌漿過程采用成都西易自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司的WEGJ便攜式多功能通用型自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)跟蹤記錄。8)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在該段最大灌漿壓力下,注入率不大于1 L/min后,繼續(xù)灌注30 min,可結(jié)束灌漿。

4 無混凝土蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)情況

▽1 312 m平臺(tái)固結(jié)灌漿共在3個(gè)試區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)(見圖1)。

1)第一試區(qū):排距1.5 m,孔距3.0 m,各孔段灌漿壓力自上而下分別為0.2 MPa,0.35 MPa,0.5 MPa。第一試區(qū)20個(gè)固結(jié)孔灌漿結(jié)束后,進(jìn)行了2個(gè)固結(jié)檢查孔共8段壓水試驗(yàn),其中有4段單位吸水率大于3 Lu,有4段單位吸水率小于3 Lu,合格率50%。由灌漿資料及檢查孔壓水資料表明此前的各項(xiàng)灌漿參數(shù)難以滿足設(shè)計(jì)要求,決定在原試驗(yàn)區(qū)增補(bǔ)一個(gè)臨界壓力(即在地表抬動(dòng)允許(小于200 μ m)的情況下灌漿能夠達(dá)到的最大壓力)試驗(yàn)孔,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行第二、第三試區(qū)的試驗(yàn),并在第三試區(qū)試驗(yàn)中根據(jù)臨界壓力適當(dāng)提高灌漿壓力。2)第二試區(qū):排距1.5 m,孔距2.0 m,各孔段灌漿壓力自上而下分別為0.2 MPa,0.35 MPa,0.5 MPa,0.5 MPa。3)第三試區(qū):排距1.5 m,孔距3.0 m,各孔段灌漿壓力自上而下分別為0.3 MPa,0.4 MPa,0.5 MPa,0.7M Pa。

5 無混凝土蓋重固結(jié)灌漿效果評(píng)價(jià)

灌漿試驗(yàn)中Ⅰ序孔平均單位耗灰量131.09 kg/m,Ⅱ序孔平均單位耗灰量118.83 kg/m。從各次序孔的單位注入量來看,各次序孔之間耗灰量按常規(guī)呈遞減趨勢(shì)。且單位耗灰量頻率最大的是10 kg/m～30 kg/m的段次,占27.78%,其次為100 kg/m～300 kg/m的段次,占23.02%,說明該試驗(yàn)區(qū)地層可灌性較好。

孔距不同,壓力相同時(shí)的單位注灰量分析:孔距為2.0 m的第二試區(qū)中各次序孔之間耗灰量按常規(guī)呈遞減趨勢(shì);但在同樣的地質(zhì)條件下,灌漿壓力相同時(shí),孔距為3.0 m的第一試區(qū)各次序之間耗灰量不存在常規(guī)的按序遞減關(guān)系,其原因在于漿液擴(kuò)散半徑達(dá)不到要求,各次序孔之間的加密現(xiàn)象不明顯,導(dǎo)致單位耗灰量與次序之間無明顯規(guī)律。但第二試區(qū)由于受第一試區(qū)的影響,致使各次序孔單位耗灰量明顯較小,因而無法進(jìn)一步加以比較。

孔距相同,壓力不同時(shí)的單位耗灰量分析:在同樣的地質(zhì)條件下,孔距均為3.0 m時(shí),各次序孔之間耗灰量按常規(guī)呈遞減趨勢(shì),且比較明顯,說明加大各次序孔的灌漿壓力,有利于增大漿液擴(kuò)散半徑。同時(shí),灌漿壓力較大的第三試區(qū)各次序孔之間的單位耗灰量均大于第一試區(qū),說明在保證地表不抬動(dòng)的前提下,適當(dāng)增大灌漿壓力非常有益于保證灌漿質(zhì)量。

檢查孔壓水試驗(yàn)分析:檢查孔灌漿單位注灰量在1 kg/m～10 kg/m之間,占43.75%,單位注灰量在 10 kg/m～30 kg/m之間,占56.25%,檢查孔的單位耗灰量均遠(yuǎn)小于Ⅰ序、Ⅱ序孔的單位耗灰量,灌漿效果十分明顯。且孔距在2.0 m的情況下,檢查孔壓水透水率均小于設(shè)計(jì)要求3 Lu,說明減小孔距是保證灌漿質(zhì)量的有效措施。

6 固結(jié)灌漿參數(shù)確定

經(jīng)過無混凝土蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn),確定了大壩趾板固結(jié)灌漿的各項(xiàng)參數(shù):1)孔距2.0 m,排距1.5 m;2)漿液比級(jí)5∶1,2∶1,1∶1,0.7∶1,0.5∶1,開灌水灰比 5∶1;3)段長(zhǎng)劃分:第一段 1.0 m,第二段3.0 m,第三段5.0 m,第四段5.0 m～6.0 m;4)考慮到大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿是在混凝土蓋重下進(jìn)行的,故適當(dāng)?shù)脑黾恿斯酀{壓力,自上而下分別為0.3 MPa,0.4 MPa,0.5 MPa,0.7 MPa。

7 結(jié)語(yǔ)

通過本次無混凝土蓋重的固結(jié)灌漿試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)施工情況和灌漿施工資料綜合分析,考慮大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件與固結(jié)灌漿的施工條件,得出如下結(jié)論和建議:1)個(gè)別灌漿孔在進(jìn)行第一段灌漿時(shí),孔口及周圍地表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,在一定程度上與實(shí)際灌漿情況稍微有異。但經(jīng)過無混凝土蓋重固結(jié)灌漿后,巖石得到了較大的改善,在調(diào)整灌漿參數(shù)后,巖石單位透水率和聲波測(cè)試速度都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求值,且確定的各個(gè)灌漿參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到了預(yù)期的目的。結(jié)合吉林臺(tái)水電站大壩趾板基礎(chǔ)固結(jié)灌漿,認(rèn)為無混凝土蓋重固結(jié)灌漿基本能反映實(shí)際情況,是比較成功的,在該工程中采用無混凝土固結(jié)灌漿技術(shù)是可行的。2)無混凝土蓋重固結(jié)灌漿施工減少了混凝土澆筑和混凝土鉆孔工程量,為確保大壩填筑提供了條件,且節(jié)省了澆、鉆混凝土的費(fèi)用和時(shí)間。3)避免了有混凝土蓋重固結(jié)灌漿蓋板的抬動(dòng)與處理困難。4)易于觀察巖石表面的串、冒漿等問題,便于及時(shí)處理。5)在部分灌漿孔的壓水和灌漿過程中,出現(xiàn)了地表抬動(dòng)現(xiàn)象,實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)適量增加抬動(dòng)觀測(cè)孔,并派專人觀測(cè),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。