拉西瓦14壩段無蓋重固結(jié)灌漿施工探析

關(guān)艷

（南水北調(diào)中線局河南直管建管局，河南 鄭州 450046）

1 工程概況

拉西瓦水電站壩址處基巖為均質(zhì)中、粗?；◢弾r，完整性較好，巖性單一。大壩座落在沿NW向展布的左那花崗巖巖體上，該巖體系印支期巖基狀侵入體，巖體雄厚，與三迭紀(jì)圍巖呈波狀接觸，巖體結(jié)構(gòu)為整體塊狀結(jié)構(gòu)。壩址區(qū)巖體中發(fā)育著NNW、NNE和NE向三組陡傾中小斷裂和相應(yīng)裂隙，發(fā)育有一組緩傾角裂隙，巖體中裂隙發(fā)育規(guī)律與斷層基本一致，陡傾角為主，緩傾角次之，其中陡傾角裂隙約占裂隙總數(shù)的92%～95%?；◢弾r塊的滲透系數(shù)為1.7×10-7～4×10-8m/d。為了提高巖體的均勻性和整體性，增強(qiáng)表層基巖的抗?jié)B性能，對(duì)其進(jìn)行固結(jié)灌漿，以減少滲漏損失和滲漏對(duì)工程的影響。

拉西瓦水電站固結(jié)灌漿工程量大，施工難度大，且受工作面的影響，施工時(shí)間緊。根據(jù)拉西瓦水電站地質(zhì)條件以及工程自身特點(diǎn)，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位共同研究，確定在拉西瓦水電站邊坡壩段采用先無蓋重固結(jié)灌漿、后有蓋重灌漿相結(jié)合的固結(jié)灌漿方法。

2 施工布置

2.1 制漿站的布置

在壩前L5洞和左低線交匯處設(shè)置了智能集中制漿站，制漿站內(nèi)布置2個(gè)20 t散裝水泥罐、2臺(tái)ZL-400型高速制漿機(jī)、2臺(tái)套SGB-6型供漿泵，制漿站占地面積80 m2。

2.2 灌漿站的布置

在▽2 260 m地堪洞的出口洞口段布置了灌漿站，灌漿站內(nèi)布置4臺(tái)套SGB-6型供漿泵；4臺(tái)中大華瑞的灌漿自動(dòng)記錄儀。

2.3 施工風(fēng)、水、電的布置

1）施工用風(fēng)。14壩段壩基固結(jié)灌漿鉆孔用風(fēng)，是在左低線交通洞與▽2 260 m地堪洞交匯口附近布置了4臺(tái)20 m3空壓機(jī)進(jìn)行供風(fēng)。

2）施工用水。14壩段壩基固結(jié)灌漿施工用水利用壩后系統(tǒng)供水管路，并用2″鋼管引接到▽2 260 m地堪洞灌漿站。

3）施工用電。14壩段壩基固結(jié)灌漿施工用電采用系統(tǒng)供電，動(dòng)力線架設(shè)至▽2 260 m地堪洞灌漿站配電盤。

2.4 施工通訊

由于灌漿站與14壩段施工面距離較遠(yuǎn)，灌漿時(shí)聯(lián)系不太方便，故在灌漿站與施工作業(yè)面設(shè)置對(duì)講機(jī)。制漿站與灌漿站安裝有線專用電話，這樣方便了各個(gè)面之間的聯(lián)系。

3 灌漿材料與設(shè)備的選用

水泥采用了強(qiáng)度等級(jí)42.5號(hào)的普通硅酸鹽水泥。鉆孔設(shè)備采用了100B型潛孔鉆機(jī)，檢查孔采用SGZ-IIIA型地質(zhì)鉆機(jī)。灌漿設(shè)備采用SGB6-10型多柱塞式灌漿泵，工作壓力為10 MPa，大于最大灌漿壓力的1.5倍，并有足夠的排漿量。

4 腳手架的搭設(shè)

14壩段由于帶有一定的坡度，為了施工的進(jìn)度與安全文明生產(chǎn)。必須在施工面上搭設(shè)腳手架，腳手架搭設(shè)嚴(yán)格按“同側(cè)、等距、一條線”的要求進(jìn)行，這樣既達(dá)到了安全、美觀的目的，在施工中又能達(dá)到進(jìn)度的要求。

5 鉆孔工藝操作

1）測量放點(diǎn)。鉆孔前先有測量人員根據(jù)施工詳圖放出孔位控制點(diǎn)，然后技術(shù)人員根據(jù)控制點(diǎn)用皮尺采用“內(nèi)插法”逐孔進(jìn)行放置，且在所放孔周圍標(biāo)識(shí)孔號(hào)。

2）鉆孔。技術(shù)員根據(jù)施工詳圖安排機(jī)組進(jìn)行鉆孔作業(yè)。開孔前當(dāng)班技術(shù)員用羅盤校核鉆機(jī)角度、方位。同時(shí)為防止灌漿時(shí)串漿，I序孔的間距控制在12 m左右。造孔結(jié)束后由當(dāng)班技術(shù)員進(jìn)行了自檢，孔深合格后報(bào)二檢、三檢和監(jiān)理等部門進(jìn)行驗(yàn)收；無蓋重固結(jié)灌漿孔孔徑均為φ91。

6 灌漿工藝

6.1 灌漿總體施工程序

灌漿總體施工程序見圖1。

6.2 灌漿孔單孔施工程序

鉆機(jī)對(duì)中調(diào)平固定→一次鉆出全孔 →全孔一次阻塞沖洗、壓水→自下而上分段灌漿→機(jī)械壓漿封孔→最后人工砂漿封孔

6.3 制漿

灌漿采用集中制漿站制備0.5∶1的純水泥漿液后，送至灌漿站，灌漿站根據(jù)要求進(jìn)行二次配漿后進(jìn)行灌漿作業(yè)，制漿材料允許誤差小于5%。水泥漿液的攪拌時(shí)間，使用普通制漿機(jī)時(shí)不小于3 min；使用高速制漿機(jī)時(shí)不小于30 s。所有漿液自制備到用完時(shí)間均小于了4 h。集中制漿站的制漿能力為9 m3/h，滿足了灌漿進(jìn)度高峰期所有機(jī)組用漿需要。

6.4 沖洗及壓水

1）鉆孔沖洗。鉆孔結(jié)束后，在灌漿前用大流量水流對(duì)鉆孔內(nèi)進(jìn)行敞開沖洗，直至回水澄清10 min為止。鉆孔大流量沖洗結(jié)束后，進(jìn)行裂隙沖洗，裂隙沖洗時(shí)阻塞在孔口2.0 m處，進(jìn)行全孔一次性裂隙沖洗。裂隙沖洗采用壓力水脈沖方式進(jìn)行，沖洗壓力為灌漿壓力的80%；當(dāng)此值大于1.0 MPa時(shí)，采用1.0 MPa，洗孔至回水澄清后10 min為止。鉆孔總沖洗時(shí)間不少于30 min。

2）壓水試驗(yàn)。14壩段灌漿灌前壓水試驗(yàn)采用簡易壓水，時(shí)間20 min，每5 min測讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量。檢查孔的壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，壓力為灌漿壓力的80%，當(dāng)此值大于1.0 MPa時(shí)采用1.0 MPa。

圖1 灌漿總體施工程序圖

該壩塊在鉆孔沖洗、壓水試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)地表有漏水、冒水現(xiàn)象，及時(shí)地進(jìn)行了嵌縫處理，在滲漏水處被封堵后，再進(jìn)行正常壓水試驗(yàn)和灌漿作業(yè)。

6.5 灌漿及灌漿壓力

固結(jié)灌漿按分序加密的原則進(jìn)行，采用孔內(nèi)循環(huán)的方法施工，灌漿孔分兩序進(jìn)行。拉西瓦固結(jié)灌漿采用三參數(shù)灌漿，即壓力、密度、流量全部通過微機(jī)觀測，同時(shí)在回漿管也接1臺(tái)流量計(jì)。單孔采用水壓灌漿塞。水壓灌漿塞的優(yōu)點(diǎn)是灌漿塞脹塞壓力有壓力表作出明確的指示，卡塞力的大小容易掌握，因此卡塞牢固工作可靠。水壓灌漿塞的長度較長，在一定程度上防止了繞塞返漿現(xiàn)象，密封性能良好?？ㄈ度僮骱唵危褂梅奖?，效率高。

1）灌漿壓力。14號(hào)壩段無蓋重固結(jié)灌漿單孔分段壓力控制見表1。

a）灌漿采用 3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1 等 4 個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為3∶1。灌漿過程中嚴(yán)格控制水灰比，每槽漿或間隔5 min測定一次漿液的比重。

b）灌漿時(shí)，灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減小，或者吸漿量不變壓力均勻上升時(shí)，灌漿應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，不得改變水灰比。

c）變漿標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某一級(jí)水灰比漿液的單孔注入量達(dá)300 L以上時(shí)，或灌注時(shí)間已達(dá)30 min時(shí)，注入量或灌漿壓力均無改變或改變不顯著時(shí)，應(yīng)變濃一級(jí)水灰比；注入率大于30 L/min時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況采用越級(jí)變漿灌注。該壩段部分孔段吸漿量較大，采用了越級(jí)變漿。

表1 14號(hào)壩段無蓋重固結(jié)灌漿單孔分段壓力控制 MPa

6.6 封孔

正常結(jié)束的灌漿孔，全孔灌漿結(jié)束后緊接著采用“機(jī)械壓漿封孔法”進(jìn)行機(jī)械封孔。在封孔時(shí)，先將灌漿管插入孔底，壓入0.5∶1的濃漿后，作壓漿封孔，直至孔內(nèi)稀漿全部排出，孔口冒出0.5∶1的濃漿后，取掉灌漿尾管，然后封閉孔口以灌漿壓力有壓屏漿30 min后結(jié)束第一次封孔。待漿液凝固后，及時(shí)清除孔內(nèi)浮漿和污水，采用1∶1∶0.5的水泥砂漿人工封填密實(shí)。

6.7 串、冒、漏漿的處理措

由于巖石情況多變，灌漿中串、冒、漏漿情況復(fù)雜，在灌漿過程中，視具體情況，選定適宜的處理措施。在灌漿前先進(jìn)行鉆孔沖洗，如發(fā)現(xiàn)有大量冒水現(xiàn)象，則先對(duì)其處理，再進(jìn)行灌漿，這樣既可節(jié)約材料，又能保證灌漿質(zhì)量。

1）表面堵蓋處理。在14-I-33第一段灌漿過程中，在孔口周邊不同范圍內(nèi)的巖石裂隙漏漿，冒漿時(shí)從裂隙冒漿處用麻絲、棉線等嵌入縫隙內(nèi)，用堵漏王封堵并采取低壓、濃漿、間歇、限流等方法灌注達(dá)到了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

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2）低壓灌漿。降低灌漿壓力，待將漏漿出路堵塞處理后，再逐步提高灌漿壓力，按正常規(guī)定連續(xù)進(jìn)行灌漿，直至結(jié)束。

3）限制進(jìn)漿量?？刂茊挝晃鼭{量不超過15～20 L/min，冒漿處封堵后，再逐漸提高灌漿壓力。14-I-37第三段灌漿過程中，由于F8斷層影響。采取限流等方法進(jìn)行了灌注且達(dá)到了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4）間歇灌注。灌注一定量的濃漿后，或發(fā)現(xiàn)冒漿處出現(xiàn)濃漿時(shí)，立即停灌，間歇時(shí)間5～20 min，直至冒漿停止，正常進(jìn)行灌漿。

7 質(zhì)量分析

1）吸漿量與透水率分析。14壩段無蓋重固結(jié)灌漿共灌144孔，優(yōu)良率為100%，未發(fā)生過質(zhì)量事故。Ⅰ序孔灌漿施工共計(jì)72孔217段，單位注入量小于50 kg/m的孔段有148段，占總段數(shù)的68.2%，大于50 kg/m的孔段有5段，占總段數(shù)的2.3%，其中單位注入量大于100 kg/m的孔段有64段，占總段數(shù)的29.5%；Ⅱ序孔灌漿施工共計(jì)72孔216段，單位注入量小于50 kg/m的孔段有187段，占總段數(shù)的86.6%，大于50 kg/m的孔段有15段，占總段數(shù)的6.9%，其中單位注入量大于100 kg/m的孔段有14段，占總段數(shù)的6.48%。從以上成果可以看出，Ⅰ序孔的施工有效地充填了較大裂隙，灌漿效果明顯，同時(shí)說明基巖的可灌性較好。Ⅱ序孔的施工進(jìn)一步對(duì)細(xì)小裂隙填充，保證了灌漿質(zhì)量。

從I，II序以及檢查孔的透水率來看，I序孔的透水率為 0.416 8 L/(min·m·m)；II序孔的透水率為0.010 34 L/(min·m·m)、透水率遞減率97.2%；檢查孔的透水率為 0.000 4 L/(min·m·m)（ QJ＜0.03 L/(min·m·m)）、透水率遞減率 86.4%。從 QI＞QII＞QJ，遞減率分別為97.2%和97.0%，說明滿足灌漿規(guī)律。

2）檢查孔成果分析。根據(jù)灌漿資料分析，該壩塊共布置了9個(gè)檢查孔，所有檢查孔的透水率均小于0.03 L/(min·m·m)，滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在各個(gè)檢查孔中不同深度、不同部位都有水泥結(jié)石或水泥結(jié)石存在。

3）物探測試成果分析。該壩塊布置了5個(gè)灌前物探測試孔，9個(gè)灌后物探測試孔，灌前做了3個(gè)單孔測試和一組跨孔測試，灌后做了7個(gè)單孔測試和一組跨孔測試，灌后測試是在灌漿結(jié)束14 d以后進(jìn)行的。根據(jù)物探測試看，灌漿前波速為2 800～3 200 m/s，灌漿后平均增長率達(dá)到了20%～30%；灌漿前波速為3 200～4 200 m/s，灌漿后平均增長率大于15%；灌漿前波速為4 200～4 800 m/s，灌漿后平均增長率大于8%。

8 結(jié)語

1）無蓋重固結(jié)灌漿的方法在拉西瓦壩基處理中應(yīng)用是可行的。

2）解決了澆筑與固結(jié)灌漿相互干擾的矛盾，加快施工進(jìn)度。

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）避免了有混凝土蓋重固結(jié)灌漿蓋板混凝土層面長時(shí)間暴露而產(chǎn)生溫度裂縫及繼續(xù)澆筑時(shí)新老混凝土變形不一致的問題。

5）易于觀察巖石表面的串、冒漿等問題，便于及時(shí)處理。

6）避免鉆壞混凝土內(nèi)埋設(shè)的冷卻水管、受力鋼筋、測試儀器等構(gòu)件。

7）節(jié)省直接鉆混凝土或預(yù)埋導(dǎo)管的費(fèi)用。

同時(shí)通過14壩段的灌漿，也找出了無蓋重固結(jié)灌漿中的一些缺點(diǎn)與不足：

1）由于巖石表面無蓋重，不能采用大的灌漿壓力，致使一部分需要較大壓力才能灌漿的細(xì)小閉合裂隙，沒有得到很好的灌注。

2）在裂隙發(fā)育地段，易產(chǎn)生冒漿、串漿尤其是周邊孔段，需采取一些封堵措施才能完成灌漿工作。