陶岔渠首樞紐工程固結(jié)灌漿應(yīng)用研究

龔志明 奚建猛

陶岔渠首樞紐工程固結(jié)灌漿應(yīng)用研究

龔志明 奚建猛

一、概況

陶岔渠首樞紐工程是南水北調(diào)中線輸水總干渠的引水渠首，主要由引水閘、河床式電站、兩岸重力壩等建筑物組成。位于湯山與禹山之間的埡口地帶，區(qū)內(nèi)主要地貌單元有：剝蝕殘山、壟崗、水系及人工地貌等。

壩基為奧陶系中統(tǒng)第二巖組（O22）灰?guī)r、條紋灰?guī)r，強(qiáng)度滿足設(shè)計要求；但巖溶的發(fā)育與分別不易確定；同時建基面低于正常蓄水位40余米，運行期壩后基底揚壓力較大，且斷層、裂隙及巖脈較發(fā)育，局部巖體較破碎。為提高壩基巖體的完整性和承載能力，根據(jù)基礎(chǔ)開挖揭露的實際情況對壩基重點區(qū)域下一定深度范圍內(nèi)巖體進(jìn)行專門的處理。

二、固結(jié)灌漿設(shè)計

固結(jié)灌漿是為改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶巖石的物理力學(xué)性能而進(jìn)行的灌漿工程，其主要作用是：提高巖石的整體性與均質(zhì)性；提高巖石的抗壓強(qiáng)度與彈性模量；減少巖石的變形與不均勻沉陷。根據(jù)陶岔渠首樞紐工程壩基地質(zhì)情況，為提高閘基巖體的完整性和承載能力，對壩基下一定深度范圍內(nèi)巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿分布于大壩基礎(chǔ)，間排距2.5m，梅花狀布置，入巖深度5m和8m；固結(jié)灌漿孔灌后基巖透水率q≤5Lu。灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法，施工分兩序進(jìn)行，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

三、固結(jié)灌漿施工

1.固結(jié)灌漿實施條件

（1）灌漿區(qū)域內(nèi)勘探平洞回填處理完成。

（2）固結(jié)灌漿范圍內(nèi)的壩基溶洞清理、回填完畢。

（3）基巖固結(jié)灌漿部位混凝土厚度不小于3m。

（4）布有物探測試的部位灌前物探測試結(jié)束。

（5）相應(yīng)部位抬動變形裝置埋設(shè)完畢，并投入使用。

（6）相應(yīng)部位監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)完畢。

（7）相應(yīng)部位的混凝土達(dá)到50%設(shè)計強(qiáng)度。

2.灌漿設(shè)備要求

（1）根據(jù)灌漿需要配置高速和低速漿液攪拌機(jī)，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和攪拌能力應(yīng)分別與所攪拌的漿液類型及灌漿泵排漿量相適應(yīng)，并應(yīng)保證均勻、連續(xù)地拌制漿液；所有攪拌設(shè)備拌制漿液前應(yīng)先在現(xiàn)場試運行。

（2）集中制漿站的制漿能力滿足灌漿進(jìn)度高峰期所有機(jī)組用漿需要，制漿站應(yīng)配備除塵設(shè)備，當(dāng)漿液需摻加摻合劑或外加劑時，應(yīng)增設(shè)相應(yīng)的設(shè)備。

（3）承包人提供的灌漿泵性能應(yīng)與灌漿漿液的類型和濃度相適應(yīng)，其容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5倍，壓力波動范圍宜小于灌漿壓力的20%，并應(yīng)有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能，灌注純水泥漿液應(yīng)采用多缸柱塞式灌漿泵。

（4）灌漿管路應(yīng)保證漿液流動暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力。灌漿泵和灌漿孔口處均應(yīng)安裝壓力表。所選用的壓力表在使用前應(yīng)進(jìn)行率定，使用過程中應(yīng)經(jīng)常檢查核對，不合格和已損壞的壓力表嚴(yán)禁使用。壓力表和管路之間應(yīng)設(shè)有隔漿裝置。

（5）灌漿塞應(yīng)與采用的灌漿方法、灌漿壓力及地質(zhì)條件相適應(yīng)，膠塞應(yīng)具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，并易于

安裝和卸除。

（6）承包人必須使用灌漿自動記錄儀記錄灌漿、壓水的全過程，灌漿自動記錄儀應(yīng)為質(zhì)量優(yōu)良產(chǎn)品，并能自動、準(zhǔn)確記錄灌漿壓力、注入率、漿液濃度等。

3.固結(jié)灌漿漿液及變漿標(biāo)準(zhǔn)

（1）固結(jié)灌漿漿液一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五個級別。在大斷層、溶洞、溶縫等地質(zhì)缺陷部位，可采用混合漿液、水泥砂漿、高流態(tài)混凝土，特殊情況下可采用特殊水泥漿液或化學(xué)漿液，采用前應(yīng)報監(jiān)理人審批。

（2）承包人按灌漿試驗確定或監(jiān)理人批準(zhǔn)的水灰比施灌，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

（3）當(dāng)某一級水灰比漿液的單孔注入量達(dá)300L以上、群孔達(dá)900L以上或灌注時間已達(dá)1h以上，而灌漿壓力或注入率均無改變或改變不明顯時，應(yīng)改用濃一級水灰比的漿液灌注。

（4）當(dāng)注入率大于30L/min時，視具體情況可越級變濃漿液水灰比。

（5）漿液水灰比改變后，如灌漿壓力突增或注入率突減至原注入率的1/2以下時，應(yīng)立即使用稀一級水灰比進(jìn)行灌注，查明原因并報告監(jiān)理人采取相應(yīng)措施。

（6）灌漿前、漿液變換時、灌漿結(jié)束時均應(yīng)測量漿液密度，灌漿過程中亦應(yīng)每隔15～30min測量一次漿液密度，并反映在固結(jié)灌漿綜合成果表中。

（7）固結(jié)灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束；當(dāng)長期達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)及早報請監(jiān)理人員共同研究處理措施，不得擅自停灌。

4.抬動觀測控制

灌漿過程中要進(jìn)行抬動變形觀測，抬動觀測孔入巖6m，孔徑Ф91mm。設(shè)有抬動變形觀測裝置的部位，觀測孔周邊10m范圍內(nèi)的灌漿孔。

觀測孔段在裂隙沖洗、壓水試驗及灌漿過程中均連續(xù)進(jìn)行抬動變形觀測，抬動變形觀測安排專職人員進(jìn)行觀測、記錄，每10min測記一次讀數(shù)。抬動變形預(yù)警值控制在50μm以內(nèi)，最大不超過200μm，當(dāng)變形值接近允許值或變形值上升速度過快時，應(yīng)及時降低灌漿壓力，防止抬動破壞。

5.封孔

（1）固結(jié)灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后用水灰比為0.5∶1的濃漿進(jìn)行封孔。封孔采用“機(jī)械壓漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，漿液凝固后應(yīng)及時清除孔內(nèi)浮漿和污水，用M20水泥砂漿回填密實。

（2）單元工程灌漿結(jié)束后，抬動觀測孔、物探測試孔等亦應(yīng)進(jìn)行封孔處理，其封孔方法及要求同固結(jié)灌漿孔。

四、固結(jié)灌漿質(zhì)量成果

固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查采用以測量巖體波速或靜彈性模量為主，以分析灌漿孔和檢查孔的鉆孔取芯以及壓水試驗成果為輔的方法進(jìn)行綜合評定。

檢查合格標(biāo)準(zhǔn)：①固結(jié)灌漿壓水試驗合格標(biāo)準(zhǔn)：固結(jié)灌漿孔灌后基巖透水率q≤5Lu，單元灌區(qū)內(nèi)壓水檢查的合格率達(dá)80%以上，其余不合格孔段的基巖透水率最大值不超過7.5Lu，且不集中方可認(rèn)為合格。②物探測試采用灌漿前后對比測試的方法。

（1）灌后壓水檢查

監(jiān)理通過對陶岔渠首樞紐工程固結(jié)灌漿成果資料的分析，固結(jié)灌漿鉆孔壓水檢查孔數(shù)為不少于灌漿總孔數(shù)的5%進(jìn)行灌后壓水檢查。該工程共壓水檢查45個孔50段，所有段均小于5Lu，滿足設(shè)計要求。

（2）物探檢測

施工單位委托有資質(zhì)的檢測單位承擔(dān)了固結(jié)灌漿質(zhì)量物探檢測工作，從2011年3月～2012年7月，檢測工期共計16個月，按設(shè)計要求對鉆孔進(jìn)行了單孔及跨孔聲波測試，單孔聲波共完成68孔次，318.8m。跨孔聲波共完成縱橫向共56對次，536m。

通過對大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿效果彈性波檢測，得出如下結(jié)論：

1）1#～5#壩段:灌后單孔聲波速度區(qū)間值3509～5882m/s,平均值4737m/s；灌后跨孔聲波速度區(qū)間值3400～5120m/s,平均值4395m/s。

2）6#壩段（安裝場壩段）：灌后單孔聲波速度區(qū)間值3704～5882m/s，平均值4890m/s；灌后跨孔聲波速度區(qū)間值3592～5199m/s，平均值4302m/s。

3）7#～8#壩段（廠房壩段）：灌后單孔聲波速度區(qū)間值3571～5882m/s，平均值4896m/s；灌后跨孔聲波速度區(qū)間值3494～5137m/s，平均值4359m/s。

4）9#～10#壩段（引水閘壩段）：灌后單孔聲波速度區(qū)間值3846～5882m/s，平均值 4919m/s；灌后跨孔聲波速度3667～5093m/s，平均值4392m/s。

5）11#～15#壩段：灌后單孔聲波速度區(qū)間值2817～5714m/s，平均值4849m/s；灌后跨孔聲波速度區(qū)間值 3333～5323m/s，平均值4369m/s。

陶岔渠首樞紐工程固結(jié)灌漿質(zhì)量檢測灌后單孔聲波平均值4872m/s，波速大于3400m/s測點占99.52%，波速小于3000m/s測點為0.36%，且不連續(xù)，灌后單孔聲波縱波速度平均值提高3.90%；灌后跨孔聲波縱波速度平均值4357m/s，波速大于3400m/s測點占99.71%，波速小于3000m/s測點無，灌后跨孔聲波縱波速度平均值提高3.84%。

根據(jù)設(shè)計要求指標(biāo)，陶岔渠首樞紐工程單孔、跨孔聲波測試檢查結(jié)果全部合格。

五、結(jié)語

通過對陶岔渠首樞紐工程壩基固結(jié)灌漿部位進(jìn)行灌后質(zhì)量檢查，其壓水檢查、聲波檢測成果均滿足設(shè)計要求；通過對灌漿資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，其平均透水率和平均單位注入量均隨孔序增加呈明顯遞減，透水率與單位注入量有較強(qiáng)的相關(guān)性；孔段平均單位注入量的大小與其所處部位的地質(zhì)條件相吻合，隨著孔序的加密平均單位注入量呈現(xiàn)出明顯的遞減變化趨勢，符合一般灌漿規(guī)律，表明陶岔渠首樞紐工程壩基固結(jié)灌漿效果明顯■

（作者單位：鹽城市河海工程建設(shè)監(jiān)理中心 224000）