壩基及消力池固結(jié)灌漿施工工藝及其質(zhì)量控制

劉紅軍 朱金成 顧宏 劉順萍

壩基及消力池固結(jié)灌漿施工工藝及其質(zhì)量控制

劉紅軍 朱金成 顧宏 劉順萍

壩基及消力池固結(jié)灌漿是龍口水利樞紐工程建設(shè)的重要施工點(diǎn)，施工質(zhì)量關(guān)系到大壩二期截流能否按期完成，影響到主體工程的順利施工。監(jiān)理在對壩基及消力池的固結(jié)灌漿施工過程中進(jìn)行了重點(diǎn)控制，保證了工程的順利完成。

壩基 消力池 灌漿 質(zhì)量控制

1 工程概況

龍口水利樞紐工程的壩基及消力池固結(jié)灌漿包括：壩踵齒槽A塊和B塊基礎(chǔ)固結(jié)灌漿，壩后消力池?zé)o蓋重固結(jié)灌漿，一級消力坎基礎(chǔ)固結(jié)灌漿，二級消力池差動尾坎基礎(chǔ)固結(jié)灌漿和一、二級消力池部分基礎(chǔ)的加強(qiáng)固結(jié)灌漿。

2 設(shè)計(jì)與技術(shù)要求

按灌漿設(shè)計(jì)，固結(jié)灌漿鉆孔間排距為3 m，成方格形布置，分兩序施工。設(shè)計(jì)孔深一般為5～7 m，只有壩踵上下游側(cè)巖石邊坡上的鉆孔由垂直巖面變更成鉛直向后，孔深則相應(yīng)改變成8.0、9.5、14.0、17.5 m。設(shè)計(jì)灌漿壓力0.2～0.4 MPa。漿液水灰比為3∶1、1∶1、2∶1、0.5∶1，開灌比一般為3∶1，由稀到濃逐級變換，只有當(dāng)巖體透水率較大時(shí)可越級使用。灌漿區(qū)內(nèi)須設(shè)置抬動儀器，抬動變形值不允許超過0.2 mm。固結(jié)灌漿使用的水泥標(biāo)號為普硅42.5。

3 灌漿技術(shù)和施工工藝

壩后消力池部位的固結(jié)灌區(qū)有地下排水管道，固結(jié)灌漿必須在無混凝土壓重下施工。壩基及消力坎的基礎(chǔ)固結(jié)灌漿要在該部位混凝土澆筑2～3 m厚，混凝土達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后施鉆灌注。灌漿鉆孔應(yīng)按設(shè)計(jì)圖布置施鉆，在達(dá)到設(shè)計(jì)孔深再用清水沖洗干凈后，按分序加密的原則進(jìn)行?？咨畈淮笥? m的灌漿孔采用全孔段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，孔深大于7 m的鉆孔應(yīng)采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，當(dāng)吸漿量較小或有串漿時(shí)，也可采用雙孔并聯(lián)法施工。開灌比3∶1由稀到濃逐級變換灌注?？變?nèi)循環(huán)灌漿時(shí)射漿管距孔底距離不應(yīng)大于0.5 m。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為，在規(guī)定的最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min灌漿即可結(jié)束。灌漿結(jié)束后采用壓力灌漿封孔法封堵全孔。

4 質(zhì)量檢查和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

固結(jié)灌漿的質(zhì)量檢查采用測量巖體彈性縱波波速或靜彈性模量為主，并結(jié)合分析灌漿鉆孔巖芯及壓水試驗(yàn)成果為輔的方法進(jìn)行綜合評價(jià)。

質(zhì)量檢查孔由監(jiān)理工程師根據(jù)灌漿成果布置，檢查孔數(shù)不少于灌漿總孔數(shù)的5%。灌漿檢查孔應(yīng)在該單元灌漿結(jié)束第14 d后進(jìn)行，采用聲波測井和單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)檢測。用壓水試驗(yàn)成果評定灌漿質(zhì)量時(shí)，所測巖體透水率（q）值應(yīng)不大于3 Lu，且孔段合格率應(yīng)在80%以上，不合格孔段的透水率值不超過4.5 Lu且不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。要求不同部位和不同巖性的波速值應(yīng)分別大于2 000、3 300、4 000 m/s。

5 質(zhì)量控制

灌漿工程實(shí)施過程中，監(jiān)理工程師按照灌漿設(shè)計(jì)文件的要求和水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，對灌漿工程進(jìn)行全過程全方位的監(jiān)控，主要監(jiān)理手段有如下幾種：

（1）嚴(yán)格審查施工單位開工前報(bào)送的灌漿工程施工措施方案，使施工措施必須能結(jié)合本工程的實(shí)際，并符合設(shè)計(jì)文件和規(guī)程規(guī)范的要求。

（2）檢查審核施工隊(duì)伍的資質(zhì)和質(zhì)量保證體系，檢查施工人員的上崗證件，以保證施工隊(duì)伍和灌漿工作人員的技能和素質(zhì)，能適應(yīng)和勝任本工程的專業(yè)技術(shù)需要。

（3）對工程使用的原材料和設(shè)備進(jìn)行檢查鑒定，要求灌漿所需的水泥、水、摻和料等符合有關(guān)材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。要求灌漿工程所使用的鉆機(jī)、鉆頭、制漿機(jī)、灌漿泵和自動記錄儀等，能滿足本工程的需要并處于良好的工作狀態(tài)。

（4）冬季施工時(shí)，搭設(shè)保溫暖棚，棚內(nèi)生火并加熱拌和用水，保證拌和水的水溫不低于15℃，漿液回漿溫度不低于5℃。杜絕平均氣溫-5℃時(shí)的露天作業(yè)。

（5）灌漿實(shí)施過程中，監(jiān)理工程師堅(jiān)持現(xiàn)場巡視檢查，旁站監(jiān)理在現(xiàn)場實(shí)行24 h檢查。

（6）對灌漿原始資料進(jìn)行檢查指導(dǎo)，要求原始記錄做到及時(shí)、準(zhǔn)確、真實(shí)和齊備；綜合成果做到整理及時(shí)、圖件清晰、文字簡潔和條理清楚。

（7）嚴(yán)格執(zhí)行鉆孔灌漿的單孔檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行灌漿單元工程的質(zhì)量驗(yàn)收和評定。

（8）適時(shí)地根據(jù)灌漿施工過程中出現(xiàn)的問題向承包商發(fā)出監(jiān)理通知，使灌漿工作處于監(jiān)理工程師的監(jiān)控之中，以保證灌漿工作能健康有序地進(jìn)行。

6 灌漿成果

6.1 壩踵齒槽A塊和B塊基礎(chǔ)固結(jié)灌漿成果

本部位完成灌漿鉆孔953個(gè)，其中Ⅰ序孔480個(gè)，長度3678.0m；Ⅱ序孔473個(gè)，長度3614.0m。

據(jù)統(tǒng)計(jì)Ⅰ、Ⅱ序孔共注入水泥量225 543.49 kg，平均單位注入量30.93 kg/m，其中Ⅰ序孔共灌注水泥量181 244.22 kg，平均單位注入量49.28 kg/m；Ⅱ序孔共灌注水泥量44 299.27 kg，平均單位注入量12.26 kg/m。統(tǒng)計(jì)資料表示，Ⅰ序孔單位注入量在10～50 kg/m的有377段，占總段數(shù)的59%，Ⅱ序孔單位注入量小于10 kg/m的有290段，占總段數(shù)的47%。比較Ⅰ、Ⅱ兩序孔的單位注入量，可以明顯地看出Ⅱ序孔遠(yuǎn)小于Ⅰ序孔，其單位注入量只相當(dāng)于Ⅰ序孔的25%。符合基巖固結(jié)灌漿的正常規(guī)律，也證明了巖體的可灌性較好。

按規(guī)范要求本部位布置質(zhì)量檢查孔53個(gè)，做鉆孔聲波測試和單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)65段。所測灌前和灌后鉆孔聲波巖體縱波波速絕對值平均值5 970 m/s，大于設(shè)計(jì)規(guī)定的4 000 m/s的合格標(biāo)準(zhǔn)。灌后波速提高率一般在1.2%～11.5%，平均提高率4.4%。壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值為1.33 Lu，最小值0.14 Lu，平均值0.19 Lu，均小于設(shè)計(jì)規(guī)定的不大于3 Lu的標(biāo)準(zhǔn)。此組數(shù)值與灌前66段壓水試驗(yàn)所測巖體透水率平均值77.15 Lu比較，也小了很多，說明固結(jié)灌漿效果明顯，壩基巖體質(zhì)量有很大提高。

6.2 壩后消力池?zé)o蓋重固結(jié)灌漿成果評價(jià)

壩后消力池?zé)o蓋重固結(jié)灌漿區(qū)位于樁號下0+ 41.6—下0+67.1，寬25.5 m，長121.0 m的范圍內(nèi)。

完成固結(jié)灌漿鉆孔360個(gè)，累計(jì)延米1 800 m，其中Ⅰ序孔和Ⅱ序孔各180個(gè)，鉆孔長度900.0 m。固結(jié)灌漿分兩序施工，采用單孔全孔段一次性孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。根據(jù)無蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)成果，灌漿壓力Ⅰ序孔為0.15～0.20 MPa，Ⅱ序孔為0.2～0.25 MPa。開灌水灰比一般情況下采用2∶1，但位于上游陡坎邊緣漏漿嚴(yán)重的鉆孔直接采用濃漿灌注，以達(dá)到封堵灌區(qū)的目的。

本灌漿部位總計(jì)灌注水泥量41 211.1 kg，平均單位注入量22.895 kg/m，其中Ⅰ序孔灌注水泥27 535.6 kg，平均單位注入量30.595 kg/m，Ⅱ序孔灌注水泥13 675.5 kg，平均單位注入量14.91 kg/m。Ⅰ序孔單耗大部分集中在10～50 kg/m，占總段數(shù)的74%；Ⅱ序孔單耗多集中在不大于10 kg/m，占總段數(shù)的57%。分析Ⅰ、Ⅱ序孔的平均單位注入量和單耗區(qū)間分布特征，Ⅱ序孔明顯的小于Ⅰ序孔，屬固結(jié)灌漿的正常規(guī)律。

按規(guī)范要求共布置固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查孔18個(gè)，鉆孔聲波測試灌后波速一般為1 610～6 786 m/ s，平均波速比灌前波速提高率4.3%。18個(gè)孔的壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值為2.82 Lu，最小值為0.21 Lu，平均值為0.81 Lu，與灌前18個(gè)孔的壓水試驗(yàn)所測巖體透水率平均值21.1 Lu比較，小了很多，說明灌漿效果明顯。

6.3 一級消力坎基礎(chǔ)固結(jié)灌漿成果

一級消力坎位于壩下一級消力池末端，樁號壩下0+115.5—下0+133.63的范圍內(nèi)。按設(shè)計(jì)圖紙共布置固結(jié)灌漿鉆孔8排，44行，有鉆孔352個(gè)。鉆孔成方格形布置，第1、第8排孔位于消力坎齒槽上下游側(cè)的高程854.5 m平臺上，第2、第7排孔位于齒槽的坡面上，其余鉆孔則位于齒槽底部。其中Ⅰ序和Ⅱ序孔各176個(gè)，灌漿長度885 m。

灌漿統(tǒng)計(jì)成果顯示，Ⅰ、Ⅱ序孔共灌注水泥78 886.26 kg，平均單位注入量44.57 kg/m，其中Ⅰ序孔共灌注水泥67 017.6 kg，平均單位注入量72.35 kg/m，Ⅱ序孔共灌注水泥14 868.7 kg，平均單位注入量16.80 kg/m。Ⅰ序孔中有123段占總段數(shù)的69%，單耗集中在10～50 kg/m和50～100 kg/ m的2個(gè)區(qū)間。Ⅱ序孔中的單耗比較集中，主要分布在小于10 kg/m和10～50 kg/m的區(qū)間內(nèi)，占總段數(shù)的98%。

本部位共布置固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查孔12個(gè)，鉆孔聲波測試縱波波速4 380～6 950 m/s，平均波速6 010 m/s，與對應(yīng)的灌前鉆孔波速比較，提高率為3.9%～10.2%，平均提高率6.6%。檢查孔壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值2.1 Lu，最小值0.11 Lu，平均值0.99 Lu。與灌前17段壓水試驗(yàn)所取得的巖石透水率平均值46.48 Lu比較，小很多，因此，有理由肯定該部位的固結(jié)灌漿效果顯著。從聲波測試成果和壓水試驗(yàn)資料分析，本部位的固結(jié)灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

6.4 二級消力池差動尾坎基礎(chǔ)固結(jié)灌漿成果

二級消力池差動尾坎位于大壩下游二級消力池的末端，樁號壩下0+182.00—下0+193.54的范圍內(nèi)。這個(gè)分部主體除Ek1—Ek411個(gè)差動尾坎單元工程外，還包括了與它毗鄰的左右兩端的邊墻基礎(chǔ)ZBQ9和YBQ12兩個(gè)單元。共有固結(jié)灌漿鉆孔275個(gè)，灌漿長度1 375 m。其中Ⅰ序孔137個(gè)，Ⅱ序孔138個(gè)，灌漿長度分別為685.0 m和690.0 m。

據(jù)固結(jié)灌漿成果，Ⅰ、Ⅱ序孔總計(jì)灌注水泥41 269.7 kg，平均單位注入量30.08 kg/m，其中Ⅰ序孔注入水泥33 378.9 kg，平均單位注入量48.73 kg/m；Ⅱ序孔注入水泥7 890.8 kg，平均單位注入量11.44 kg/m。Ⅰ序孔中有102段單位注入量在10～50 kg/m的區(qū)段內(nèi)，占總段數(shù)的75%；Ⅱ序孔中有54%段數(shù)的單位注入量小于10 kg/m。分析Ⅰ、Ⅱ序孔的平均單耗和單位耗灰量集中的區(qū)段可以得出，Ⅱ序孔位單位耗灰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Ⅰ序孔的數(shù)值，屬固結(jié)灌漿的正常現(xiàn)象和規(guī)律，證明固結(jié)灌漿效果明顯。

二級消力池差動尾坎部位應(yīng)布置固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查孔14個(gè)。12個(gè)檢查孔聲波測試巖體縱波波速為2 200～6 900 m/s，平均波速5 320 m/s，灌后波速提高率為4.2%～23.9%，平均提高率為11.8%。12段壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值2.52 Lu，最小值0.67 Lu，平均值1.63 Lu，與灌前14段壓水試驗(yàn)成果平均透水率值31.14 Lu比較，小了很多，說明固結(jié)灌漿取得了很大成效，其質(zhì)量較好。

6.5 一、二級消力池部分基礎(chǔ)的加強(qiáng)固結(jié)灌漿成果

在基礎(chǔ)驗(yàn)收過程中，部分基礎(chǔ)受開挖爆破震動或長期暴露地表層狀灰?guī)r的卸荷松馳影響，地震波波速達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此，對這一部分的基礎(chǔ)做了局部加強(qiáng)固結(jié)灌漿的處理。

本部位的加強(qiáng)固結(jié)灌漿鉆孔設(shè)計(jì)間排距3 m×3 m?？咨顬?.0 m。灌漿壓力0.2～0.3 MPa。采用單孔孔內(nèi)段循環(huán)式灌漿。

本類處理灌漿共布置固結(jié)灌漿鉆孔69個(gè)，其中Ⅰ序孔38個(gè)，灌漿長度121.0 m；Ⅱ序孔31個(gè)，灌漿長度99.0 m。Ⅰ序孔共灌注水泥20 128.6 kg，平均單位注入量166.35 kg/m；Ⅱ序孔共灌注水泥2 028.7 kg/m，平均單位注入量20.49 kg/m。Ⅰ序孔單位耗灰量主要分布在50～100 kg/m和100～500 kg/m的2個(gè)大值區(qū)間內(nèi)，占總灌漿段數(shù)的65%，Ⅱ序孔單位耗灰量則集中在10～50 kg/m的區(qū)間和小于10 kg/m的小值區(qū)間內(nèi)，占總段數(shù)的87%。從Ⅰ、Ⅱ序孔的平均單位耗灰量大小和區(qū)間分布的特點(diǎn)說明，這部分巖石基礎(chǔ)條件確實(shí)不夠理想，同樣也證明了加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理的必要性和采用這種方法進(jìn)行基礎(chǔ)處理的合理性。

按規(guī)范要求每一個(gè)處理單元各布質(zhì)量檢查孔1個(gè)，共6個(gè)。檢查孔測試的灌后波速最小值一般為5 140～6 050 m/s，波速小值平均值為5 630 m/ s，整體鉆孔波速提高率為3.7%～14%，平均提高率9.28%。5個(gè)檢查孔的壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值為1.46 Lu，最小值1.0 Lu，平均值0.50 Lu。說明不合格基礎(chǔ)的完整性、均一性得到了改善，固結(jié)灌漿效果良好。

7 結(jié)語

在整個(gè)固結(jié)灌漿實(shí)施過程中，100個(gè)檢查孔中112段壓水試驗(yàn)所測巖體透水率最大值2.52 Lu，最小值0.11 Lu，平均值0.895 Lu；101個(gè)鉆孔聲波檢測數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)成果表明，灌前巖體平均波速為5 730 m/s，灌后巖體平均波速為5 980 m/s，對比相應(yīng)鉆孔波速成果平均提高率0.2%～31.7%，整體平均提高率5.9%。這些檢測成果均滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

劉紅軍 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

朱金成 男 助理工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

顧宏 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

劉順萍 女 工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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1007-6980（2015）03-0037-03

2015-05-28）