固結(jié)灌漿在坪底供水樞紐工程中的應(yīng)用

郭仲敏

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司山西太原 030002）

1 工程概況

1.1 工程概況

1.2 壩址工程地質(zhì)

坪底水庫(kù)壩址位于石樓縣裴溝鄉(xiāng)坪底村下游的屈產(chǎn)河上，壩址區(qū)發(fā)育Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)3級(jí)階地。壩址出露巖基主要為中生界三迭系二馬營(yíng)組陸相碎屑巖和第四系松散堆積物。壩址區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)斷層，主要為單斜巖層。巖體內(nèi)主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙。

1.3 固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

為提高壩基巖體的整體性，壩下基礎(chǔ)全部進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿具體范圍為2號(hào)至6號(hào)壩段（0＋023.8～0＋103.55），灌漿深度為入巖5 m，排距2.0 m，孔距4 m，梅花形布設(shè)。固結(jié)灌漿后，設(shè)計(jì)要求透水率小于5 Lu，平均波速提高23%以上。為了減小壩基滲漏，降低揚(yáng)壓力，在壩基上游側(cè)設(shè)計(jì)單排帷幕灌漿。

2 固結(jié)灌漿試驗(yàn)

2.1 灌漿試驗(yàn)孔地段的選擇和試驗(yàn)孔的布置

在完成高程805.5 m基礎(chǔ)混凝土澆筑7天后，參建單位共同確定在大壩左壩肩（0＋084.45～0＋098.45）進(jìn)行固結(jié)灌漿試驗(yàn)。試驗(yàn)孔共18個(gè)，其中一序孔12個(gè)，二序孔4個(gè)，三序孔2個(gè)。固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔布置如圖1所示。

圖1 坪底水庫(kù)壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔布置圖

2.2 固結(jié)灌漿壓力的初步選定

根據(jù)設(shè)計(jì)單位推薦的灌漿壓力（0.4～0.7 MPa），結(jié)合施工方經(jīng)驗(yàn)，固結(jié)灌漿試驗(yàn)壓力暫定為0.4 MPa。

2.3 固結(jié)灌漿試驗(yàn)施工

2.3.1 固結(jié)灌漿施工工藝流程

固結(jié)灌漿試驗(yàn)采用栓塞封閉全孔一次注漿法。施工程序如下：

首先，對(duì)免耕播種技術(shù)概念認(rèn)知不清。很多農(nóng)民群眾在具體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中單一的將某一項(xiàng)看作是技術(shù)的全部，實(shí)際上，技術(shù)包含多種多樣。由于對(duì)免耕播種技術(shù)認(rèn)知上存在誤區(qū)，導(dǎo)致技術(shù)在推廣應(yīng)用過(guò)程中過(guò)于單一，存在多種不規(guī)范之處，長(zhǎng)此進(jìn)行下去，勢(shì)必會(huì)影響到先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，甚至?xí)M(jìn)一步降低農(nóng)民群眾的應(yīng)用積極性，使農(nóng)技推廣工作受到巨大影響。

鉆機(jī)定位—造孔—洗孔—簡(jiǎn)易壓水—灌漿—封孔。

2.3.2 固結(jié)灌漿施工

鉆孔采用KG910A型潛孔鉆機(jī)，灌漿孔孔徑75 mm，孔深為入基巖5 m，開(kāi)孔孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差不大于10 cm，孔底偏差值不大于1/40孔深。

鉆孔結(jié)束后，用3SNS灌漿泵壓力水對(duì)裂隙沖冼，沖洗時(shí)間至回水清凈時(shí)止，沖洗壓力0.3 MPa。

簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)的壓力為0.3 MPa，壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量，計(jì)算出灌漿前的巖基透水率。

灌漿設(shè)備包括3SNS灌漿泵、340 L雙層水泥攪拌桶、能承受10 MPa的鋼絲編織膠管及軟管、壓力表及壓力傳感器、流量計(jì)及壓力傳感器。水泥采用山西華潤(rùn)福龍水泥有限公司產(chǎn)普通硅酸鹽P.O 42.5水泥。

按照現(xiàn)場(chǎng)懸掛的水灰比、比重、水泥重量對(duì)應(yīng)表進(jìn)行水泥漿液配制，人工往攪拌桶倒水泥，水泵抽水，按攪拌桶上標(biāo)示的刻度控制水量。雙桶攪拌機(jī)攪拌制漿，攪拌時(shí)間控制在3 min以上，漿液制好后在4 h內(nèi)用完。

灌漿時(shí)，先灌注下游排，再灌注上游排，排內(nèi)分三序施工，單孔全孔一次性灌注，孔口用橡膠球封閉。水灰比采用2、1、0.8、0.5四個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌漿液水灰比選2。

漿液的變換原則和灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行DL/T 5144—2012有關(guān)規(guī)定。

2.4 灌漿試驗(yàn)效果分析

2.4.1 灌漿前后巖基透水率分析

灌漿前共對(duì)一序孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)12段次，其中巖基透水率在10～20 Lu的有2段，在20～50 Lu的有4段，平均透水率22.39 Lu。有6段在壓力為零的情況下壓水流量大于45 L/min，說(shuō)明該6段透水率很大。共對(duì)二序孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)4段次，其中巖基透水率在5～10 Lu的有1段，在20～50Lu的有3段，平均透水率為21.45 Lu；共對(duì)三序孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)2段次，巖基透水率均小于10 Lu，平均透水率為8.34 Lu。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，該段基礎(chǔ)在灌漿前透水率很大；完成上序孔施工后，下序孔的透水率有不同程度的降低。

固結(jié)灌漿試驗(yàn)結(jié)束7天后，用單點(diǎn)法鉆孔壓水試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)區(qū)段進(jìn)行了效果檢查，巖基透水率值為3.10 Lu，與灌漿前的透水率相比，巖基透水率減小明顯，滿足小于5 Lu的設(shè)計(jì)要求。

2.4.2 水泥注入量分析

固結(jié)灌漿試驗(yàn)共對(duì)一序孔灌漿12段次，水泥平均注入量177.88 kg/m；二序孔灌漿4段次，水泥平均注入量49.7 kg/m；三序孔灌漿2段次，水泥平均注入量為9.24 kg/m，水泥單位注入量符合固結(jié)灌漿一般規(guī)律。

2.4.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析表明，栓塞封閉全孔一次注漿法適用于坪底水庫(kù)大壩固結(jié)灌漿，灌漿效果能夠滿足設(shè)計(jì)要求。因此，在后續(xù)施工中，灌漿壓力采用0.4 MPa；灌漿孔孔距采用4 m、排距采用2 m；采用KG910A型潛孔鉆機(jī)、3SNS型灌漿泵、賽智FECGJ3000型灌漿自動(dòng)記錄儀；采用山西華潤(rùn)福龍水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽P.O 42.5水泥。

3 施工中特殊情況的處理

根據(jù)試驗(yàn)確定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工，并針對(duì)一些特殊情況采取了相應(yīng)的處理措施。

⑴坪底水庫(kù)壩基固結(jié)灌漿總孔數(shù)368個(gè)，其中基本孔共350孔，試驗(yàn)孔18個(gè)。灌漿時(shí)，蓋重混凝土最大厚度2.5 m，最小厚度1.5 m。

⑵串孔的處理

灌漿孔分三序間隔施工、梅花形布置孔位，減少了串孔的可能性。

發(fā)生串漿時(shí)，先阻塞串漿孔，等灌漿孔完成灌漿后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后進(jìn)行鉆進(jìn)和灌漿作業(yè)。如果注入率不大，采用一泵一孔同時(shí)灌漿。如在對(duì)Ⅰ序孔347號(hào)孔進(jìn)行灌漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)Ⅰ序孔342號(hào)孔發(fā)生串孔，隨即利用兩臺(tái)泵同時(shí)對(duì)以上兩孔進(jìn)行灌漿。

⑶當(dāng)灌漿段注入量大而難以結(jié)束灌漿時(shí)，采取間歇灌漿的措施。如對(duì)Ⅰ序孔74號(hào)的灌漿中，由于注入量大，分別在1 h 15 min和2 h10 min后間歇10 min，使得該孔在持續(xù)3 h15 min后達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)而結(jié)束灌漿，該孔水泥注入量為3 082.86 kg，單位注入量為616.57 kg/m。

4 灌漿質(zhì)量檢查

4.1 檢查孔壓水試驗(yàn)

大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿按灌漿區(qū)段共分為19個(gè)單元工程，灌漿結(jié)束7天后，通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)對(duì)各單元工程的灌漿效果進(jìn)行了檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)，各檢查孔透水率皆小于設(shè)計(jì)透水率，詳見(jiàn)表1。

4.2 鉆孔超聲波測(cè)試

采用RSM－SY5型智能聲波檢測(cè)儀在灌漿前后分別進(jìn)行了鉆孔超聲波測(cè)試，經(jīng)過(guò)對(duì)灌漿前后實(shí)測(cè)聲波波速數(shù)據(jù)對(duì)比分析，檢測(cè)區(qū)段灌漿后平均波速提高26.8%以上，滿足設(shè)計(jì)要求，詳見(jiàn)表2、圖2。

表1 檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

表2 灌漿前后聲波波速對(duì)比表

圖2 灌漿前后聲波波速對(duì)比圖

5 結(jié)束語(yǔ)

坪底水庫(kù)在全壩基范圍內(nèi)進(jìn)行了有蓋重條件下的固結(jié)灌漿施工，經(jīng)過(guò)巖體透水率檢測(cè)和鉆孔超聲波測(cè)試，灌漿效果明顯并滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明固結(jié)灌漿各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)合理，固結(jié)灌漿達(dá)到了預(yù)期的效果。