水庫除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿的全面質(zhì)量控制

施曙東

(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市 201210)

水庫除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿的全面質(zhì)量控制

施曙東

(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市 201210)

對水庫除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿的質(zhì)量控制，不只局限于過程，還須要結(jié)合水庫工程調(diào)查和調(diào)研、設(shè)計(jì)、特殊情況處理等內(nèi)容，進(jìn)行系統(tǒng)而全面的質(zhì)量控制，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

水庫；帷幕灌漿；全面質(zhì)量控制

0 引言

改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，全國各地水庫工程建設(shè)也快速發(fā)展，截止2013年，儲水容量在10萬m3以上超過98 000座［1］。當(dāng)下，隨著國家和民眾對水利工程的重視程度越來越高，我國水庫工程建設(shè)在未來很長一段時(shí)間內(nèi)必將方興未艾。然而，在大規(guī)模、快速發(fā)展我國水庫工程建設(shè)的同時(shí)，不能忽略水庫工程建設(shè)質(zhì)量，尤其需要加強(qiáng)水庫工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和功能，既要穩(wěn)固，又要防滲。

防滲加固是保證水庫大壩結(jié)構(gòu)質(zhì)量和功能性的關(guān)鍵工程之一，并且自20世紀(jì)以來，一直采用的最有效手段是帷幕灌漿，為保證水庫大壩的安全運(yùn)行發(fā)揮了至關(guān)重要的作用?？墒怯捎谌珖鞯厮畮旃こ探ㄔO(shè)和施工隊(duì)伍職業(yè)素質(zhì)和水平參差不齊，易發(fā)生對帷幕灌漿施工細(xì)節(jié)質(zhì)量控制忽視現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)水庫安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，縱然大部分現(xiàn)場操作和施工人員有了一定的質(zhì)量控制意識，但往往也只局限于過程，而不全面，不系統(tǒng)。因此有必要對帷幕灌漿的質(zhì)量控制進(jìn)行全面而系統(tǒng)的探討和分析，本文將從水庫工程調(diào)查與調(diào)研、帷幕灌漿設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和工藝進(jìn)行較為全面而系統(tǒng)的探討和分析。

1 水庫工程調(diào)查與調(diào)研

對水庫工程進(jìn)行詳細(xì)而深入的調(diào)查和研究是進(jìn)行水庫工程建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，也是除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿施工設(shè)計(jì)的前提。對水庫工程情況需要了解的內(nèi)容非常多，可分為以下幾個(gè)方面：

(1)水庫工程

用途(發(fā)電、灌溉、防洪或飲用)、設(shè)計(jì)容量、等級、壩體建筑物設(shè)計(jì)情況等均是了解水庫工程本體所需要了解的情況，不同用途、容量、壩體建筑物設(shè)計(jì)，其除險(xiǎn)加固工程帷幕灌漿的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)工藝也不相同。因此，這就要求充分而全面地做好單個(gè)水庫工程的情況調(diào)查與分析。

(2)地形地貌

我國幅員遼闊，地形地貌種類眾多而復(fù)雜，不能以完全照搬以往經(jīng)驗(yàn)的態(tài)度對待新的水庫工程項(xiàng)目。施工人員不能為了圖省時(shí)間和精力，不去調(diào)查、調(diào)研和分析工程周圍的地形地貌，直接按設(shè)計(jì)方案就執(zhí)行，這勢必會增加帷幕灌漿施工的質(zhì)量和安全風(fēng)險(xiǎn)。因而調(diào)查和分析水庫上游、水庫以及水庫下游是高原、山地、平原，還是丘陵、裂谷系、盆地，周圍是否存在大型構(gòu)造斷裂帶，近代周邊有無斷裂及地震活動，水庫基底、壩底以及周圍基巖類型等內(nèi)容非常必要。

(3)水文地質(zhì)

對水庫壩底及周圍地下水、裸露、新巖石厚度、風(fēng)化程度、致密程度等情況的詳細(xì)了解對制訂帷幕灌漿設(shè)計(jì)方案、施工技術(shù)和工藝起到非常重要作用。直接影響著鉆孔的布設(shè)、數(shù)量、大小、深度以及灌漿材料選擇、灌漿工藝等眾多參數(shù)。

(4)氣候氣象條件

不同地區(qū)氣候氣象條件不同，且變幻難測，而通常情況下水庫不同于其它區(qū)域，由于其所處小環(huán)境的空氣濕度往往較大，溫度偏低，易出現(xiàn)降水，給鉆孔、灌漿等施工造成困難，間接影響施工質(zhì)量。為此，保持長期高頻的氣象監(jiān)測與分析，可提前解決或緩解其造成的影響。

2 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

(1)防滲標(biāo)準(zhǔn)及邊界條件

根據(jù)巖體的鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算透水率并合理選擇防滲標(biāo)準(zhǔn)。由壩址工程地質(zhì)條件及與其他工程類比結(jié)果，結(jié)合勘探孔壓水試驗(yàn)透水率、裂隙發(fā)育情況及地下水位等確定本工程防滲帷幕的邊界條件。

(2)鉆孔灌漿施工順序

灌漿施工以逐漸加密為基本原則，從先完后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序依次進(jìn)行。兩排孔或多排孔帷幕，先鉆灌下游排，再鉆灌上游排，最后鉆灌中間排。先導(dǎo)孔，根據(jù)先導(dǎo)孔施工后的鉆灌結(jié)果參數(shù)，對灌漿施工作相應(yīng)調(diào)整。嚴(yán)格孔位，注意孔斜，并控制孔深。

(3)壓水及灌漿試驗(yàn)

完成鉆孔后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)和灌漿試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)應(yīng)自上而下采用五點(diǎn)法進(jìn)行，灌前宜進(jìn)行簡易壓水，可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，裂隙沖洗直至回水清凈時(shí)止，壓力為灌漿壓力的80%，不大于1 MPa，對巖溶、破碎帶、斷層、軟弱夾層等地段的沖洗應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

(4)灌漿方法和方式

a. 方法

壩基均采用全孔分段灌漿法，自上而下分段灌漿，段長一般5～8 m，若遇基巖裂隙發(fā)育，巖石破碎應(yīng)縮短至3～5 m。灌漿段重迭不小于0.5 m。

b. 方式

循環(huán)式灌漿，壩體與壩基接觸帶單獨(dú)灌漿。射漿管距孔底不大于50 cm。

(5)灌漿壓力和漿液變換

根據(jù)工程實(shí)際情況，控制壩體和接觸帶壓力。并以不引起壩體變形為原則，合理控制基巖段灌漿壓力。各孔的灌漿壓力，應(yīng)在先導(dǎo)孔灌漿試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行。

(6)灌漿材料

基巖采用的灌漿所使用的膠凝材料主要是水泥，特殊情況時(shí)使用高分子化學(xué)溶液，對砂礫石地基多用水泥粘土漿液。確定水泥強(qiáng)度等級，選擇符合規(guī)范要求細(xì)度的水泥。

(7)灌漿結(jié)束和封孔

灌漿段最大壓力下，在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min；或不大于1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，灌漿可以結(jié)束；灌漿封孔采用“分段灌漿封孔法”或“全孔灌漿封孔法”。

3 帷幕灌漿施工工藝［2-5］

在施工過程中，必須要嚴(yán)格按照如圖1所示帷幕灌漿的施工流程進(jìn)行施工，以確保工程施工質(zhì)量。

圖1 帷幕灌漿施工流程

開始灌漿施工前，先對鉆孔孔隙進(jìn)行持續(xù)沖洗，直至孔內(nèi)返回清水為止，完成沖洗后應(yīng)進(jìn)行簡易壓水，同時(shí)計(jì)算透水率。嚴(yán)格按照配比過磅秤稱料、漿液攪拌時(shí)間不小于3 min進(jìn)行制漿、灌漿。隨時(shí)注意制漿過程中漿液的比重，開始制漿后每隔3～5 min進(jìn)行流量測試。安排專人負(fù)責(zé)灌漿壓力控制、記錄灌漿壓力及流量和漿液配比等重要施工參數(shù)。進(jìn)行封孔施工時(shí)，人工封孔或機(jī)械封孔兩種方式均可采用，保證灌漿段的漿液要飽滿，覆蓋層密實(shí)。

3.1 鉆孔

(1)合理選擇鉆機(jī)和鉆桿

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)鉆探情況，比如雜填土層，粘土層，粉砂層、碎石土層、巖石層(又根據(jù)巖石的種類情況分很多)等，選擇鉆機(jī)和鉆桿型號。

(2)變更孔位

若出現(xiàn)孔位變更時(shí)，須征得設(shè)計(jì)單位同意，同時(shí)要將實(shí)際孔位相關(guān)信息做好記錄。

(3)控制鉆孔過程

鉆機(jī)鉆孔過程中必須要確?？紫驕?zhǔn)確，安裝鉆機(jī)時(shí)必須要平正穩(wěn)固。在鉆好的孔內(nèi)要埋設(shè)孔口管，孔口管管徑選擇要合理，孔口管的方向和鉆機(jī)立軸方向必須要保持與設(shè)計(jì)的孔向一致。鉆機(jī)鉆孔過程中，應(yīng)采用較長的粗徑鉆具，適當(dāng)控制鉆機(jī)的鉆進(jìn)壓力，保證鉆孔的孔壁完整平直。鉆孔過程中要對灌漿孔分段進(jìn)行孔斜測量，一旦發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)要求時(shí)要立即采取補(bǔ)救或糾正措施。鉆機(jī)鉆孔過程中，必須要對灌漿孔的巖性、巖層及孔內(nèi)情況詳細(xì)記錄，將具體情況及時(shí)上報(bào)至監(jiān)理單位。鉆孔過程中，遇到塌孔、洞穴及裂隙發(fā)育漏水嚴(yán)重或出現(xiàn)掉塊無法輕易鉆進(jìn)且無法采用常規(guī)水泥漿進(jìn)行灌漿時(shí)，必須要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求采用拋填級配料及時(shí)進(jìn)行灌漿處理，處理完成后才可繼續(xù)鉆孔。

(4)做好結(jié)束鉆孔

鉆孔結(jié)束時(shí)，對孔口進(jìn)行堵蓋，做好保護(hù)工作，避免雜物進(jìn)入孔洞中。

3.2 沖洗

沖洗鉆孔時(shí)，沖洗的水壓控制為灌漿壓力的80%，當(dāng)沖洗水壓不小于1 MPa時(shí)，采用的水壓為1 MPa。沖洗風(fēng)壓為設(shè)計(jì)灌漿壓力50%，不宜大于0.5 MPa，直至沖洗至返回清水后，繼續(xù)沖洗10 min，總沖洗時(shí)間不小于30 min。如果出現(xiàn)回水達(dá)不到預(yù)期要求，須繼續(xù)沖洗，直至孔內(nèi)的沉積物厚度不大于20 cm。

3.3 制漿

(1)水泥質(zhì)量控制

選擇水泥不僅需要具有出廠合格證，而且抽樣檢測合格，不得使用受潮結(jié)塊或不合格水泥，如果出現(xiàn)水泥不合格，就要及時(shí)清理出施工現(xiàn)場，避免混入。

(2)制漿重量和計(jì)量控制

采用重量稱重法，制漿采用磅秤稱重，誤差控制在5%以內(nèi)。配置各類漿液時(shí)必須要攪拌均勻，攪拌完成后要測定漿液的密度。在除險(xiǎn)加固施工過程中，要及時(shí)對進(jìn)場的水泥漿液進(jìn)行計(jì)量，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行制漿。

(3)攪拌時(shí)間控制

選擇高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，控制攪拌水泥漿液的時(shí)間不小于30s，制漿到漿液使用完成的時(shí)間要4 h，而且使用漿液時(shí)，要進(jìn)行篩選。此外，用高速攪拌機(jī)攪拌必須加入適量減水劑的細(xì)水泥漿液及穩(wěn)定漿液時(shí)，攪拌速度控制在1 200 r/min以上，水泥漿液從制備完成到使用完成的時(shí)間要不大于2 h，漿液過篩后應(yīng)進(jìn)入輸漿管內(nèi)進(jìn)行灌漿施工。制漿過程中形成的廢料和廢漿要及時(shí)進(jìn)行清理，避免混入灌漿材料中。

3.4 灌漿

(1)壓力控制

攪拌機(jī)、高速制漿機(jī)以及灌漿泵排漿量要匹配，確保連續(xù)、均勻的拌制漿液。、不僅要求灌漿泵的排漿量足夠大，工作性能穩(wěn)定，并且設(shè)備的容許工作壓力必須要大于最大灌漿壓力的1.5倍。灌漿管路要能夠承受不小于1.5倍最大灌漿壓力，、確保漿液流動暢通。灌漿孔口和灌漿泵兩端均需要設(shè)置壓力表，確保灌漿壓力維持在壓力表最大標(biāo)值1/4～3/4。

(2)過程控制

堅(jiān)持逐漸加密的原則，先對序孔進(jìn)行施工，施工完成后進(jìn)行序孔和序孔施工。灌漿過程中，按照由下至上的順序，分段進(jìn)行灌漿。施工過程中如果遇到特殊情況，要及時(shí)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。在灌漿過程中，灌漿孔口的壓力要不大于0.05 MPa。灌漿孔口壓力在開始正式灌漿前的試驗(yàn)中分析而出，具體標(biāo)準(zhǔn)以壩身不產(chǎn)生大變形、不冒漿、不產(chǎn)生新裂縫及洞身不變形為準(zhǔn)。灌漿施工時(shí)，要控制水灰比比例，按照由稀到濃的原則進(jìn)行灌漿。開始灌漿施工后，要盡量繼續(xù)升高漿壓力到規(guī)定數(shù)值，當(dāng)單位吸漿量較大且壓力上升困難時(shí)，要采用限制進(jìn)漿量的方法進(jìn)行灌漿。如果孔眼位置或裂縫出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象時(shí)，不可急于封堵，而要待冒漿為稠漿后，將灌漿壓力降低，再采用麻絲、碎布等進(jìn)行封堵。封堵完成后，逐漸升高壓力到規(guī)定數(shù)值，直至冒漿為止。

4 灌漿中特殊情況處理

(1)吃漿量大

當(dāng)發(fā)生吃漿量大，難以結(jié)束時(shí)，可選擇低壓、濃漿、限流、間歇等處理措施，或按現(xiàn)場監(jiān)理下達(dá)的指令處理。

(2)大透水率和吃漿量的不起壓孔段

遇到這種情況是，即使一次灌注水泥量接近2 t，扔沒有效果，必須采取積極的措施進(jìn)行控制，并報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理。

5 結(jié)語

帷幕灌漿是處理水庫除險(xiǎn)加固工程和基礎(chǔ)滲漏最常用的方法之一，開展水庫工程的實(shí)地情況調(diào)查和調(diào)研，合理制訂帷幕灌漿施工設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制施工工藝過程以及做好特殊情況處理等一系列工作構(gòu)成了一整套的全面質(zhì)量控制體系。在實(shí)際操作和施工過程中，如果忽視其中任何一部分，都有可能對帷幕灌漿質(zhì)量效果產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。

［1］ 孫振剛,張嵐. 段中德.我國水庫工程數(shù)量及分布［J］.中國水利, 2013(7)∶10-11.

［2］ SL 31-2003,水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］ GB175 -2007,通用硅酸鹽水泥［S］.

［4］ 馬曉東.除險(xiǎn)加固中帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用探討［J］.中國水利(下半月), 2011,11(10)∶182-183.

［5］ 鄧新偉.綜合灌漿技術(shù)在水庫加固中的應(yīng)用［J］.中國農(nóng)村水利水電, 2005(8)∶83-84.

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2015-04-20

施曙東(1976-)，男，上海人，高級工程師，從事施工技術(shù)管理和道路功能性鋪裝等工作。