基于壓水試驗(yàn)及聲波檢測(cè)的固結(jié)灌漿效果分析

陳 璽，馬光明

(陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710100)

隨著我國(guó)水利水電行業(yè)的不斷發(fā)展，水利水電工程的修建也將面對(duì)越來(lái)越多的復(fù)雜地質(zhì)條件的考驗(yàn)。固結(jié)灌漿作為處理不良工程地質(zhì)條件有效手段早已在工程中得到廣泛應(yīng)用。灌漿效果會(huì)直接影響到地基穩(wěn)定、后續(xù)的建筑物工程質(zhì)量以及安全運(yùn)行，因此已成為工程建設(shè)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)[1- 8]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)固結(jié)灌漿效果進(jìn)行了大量研究。K.Kohkichi等[9]對(duì)固結(jié)灌漿后巖體性能的改善進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，并通過(guò)流變模型分析了灌漿效果。A.Fransson等[10]通過(guò)研究，提出了一個(gè)反映漿液進(jìn)入巖體裂隙時(shí)巖體發(fā)生體積變化的參數(shù)來(lái)描述高壓灌漿的效果。張文舉等[11]基于我國(guó)20多個(gè)大型水利水電工程固結(jié)灌漿前、后波速的變化，建立了固結(jié)灌漿后巖體波速提高率與灌漿前巖體波速之間的關(guān)系。徐江宇等[12]通過(guò)三維有限元方法研究了固結(jié)灌漿期間蓋重抬動(dòng)對(duì)混凝土應(yīng)力的影響研究。

為保證黃金峽水利樞紐后續(xù)建筑物施工質(zhì)量與安全，本文選取壓水試驗(yàn)及聲波檢測(cè)兩種方法對(duì)縱向圍堰壩段基巖固結(jié)灌漿效果進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)灌漿效果是否滿足要求，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)施工打好基礎(chǔ)。

1 工程及地質(zhì)情況

黃金峽水利樞紐位于漢江干流上游峽谷段，地處陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內(nèi)，為引漢濟(jì)渭工程主要水源之一。樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、泵站電站建筑物、通航建筑物和過(guò)魚建筑物等組成。大壩采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高63.00m，壩軸線長(zhǎng)349.00m。[13- 14]

縱向圍堰壩段上下游長(zhǎng)50m，左右側(cè)寬20m，建基面巖體為弱風(fēng)化下帶閃長(zhǎng)巖，裂隙較發(fā)育，有兩條斷層存在，呈次塊狀，巖體基本質(zhì)量為Ⅲ、Ⅱ類。基礎(chǔ)處理時(shí)主要采用了固結(jié)灌漿、帷幕灌漿及混凝土換填等措施。

縱向圍堰壩段固結(jié)灌漿共布置有78個(gè)孔，其中常規(guī)固結(jié)灌漿孔59個(gè)，固結(jié)兼帷幕孔9個(gè)，抬動(dòng)觀測(cè)孔2個(gè)，聲波檢測(cè)孔8個(gè)。對(duì)其中4個(gè)孔在灌前進(jìn)行鉆孔取芯檢查，表明淺部基巖比較破碎，入巖3.0m以后大部分孔巖芯相對(duì)較為完整。其中1#孔基巖進(jìn)尺5m，巖芯長(zhǎng)4.5m，巖芯采取率90%，大于10cm的巖芯有14塊，最長(zhǎng)26cm；2#孔基巖進(jìn)尺5m，巖芯長(zhǎng)4.5m，巖芯采取率89%，大于10cm的巖芯有7塊，最長(zhǎng)24cm；3#孔基巖進(jìn)尺5m，巖芯長(zhǎng)4.5m，巖芯較完整，巖芯采取率93%，大于10cm的巖芯有18塊，最長(zhǎng)60cm；4#孔基巖進(jìn)尺5m，巖芯長(zhǎng)4.2m，巖芯采取率84%，大于10cm的巖芯有6塊，最長(zhǎng)17cm。4個(gè)檢查孔的巖芯情況如圖1所示。

圖1 檢查孔巖芯

圖2 固結(jié)灌漿孔位布置圖

2 固結(jié)灌漿工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)

縱向圍堰采用有蓋重固結(jié)灌漿，混凝土蓋重厚3m。灌漿孔鉛直布設(shè)，梅花形布置，排距為2.5m×2.5m。其中：常規(guī)固結(jié)灌漿孔基巖段孔深5m，固結(jié)兼輔助帷幕孔基巖段孔深12m。聲波測(cè)試孔基巖段孔深5m，抬動(dòng)觀測(cè)孔基巖段孔深6m。

固結(jié)灌漿分Ⅰ、Ⅱ序兩序施工，具體分序及孔位布置情況如圖2所示。

常規(guī)固結(jié)灌漿孔、聲波測(cè)試孔、抬動(dòng)觀測(cè)孔均采用全孔一次灌漿，Ⅰ序孔灌漿壓力為0.25～0.3MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.3～0.35MPa。固結(jié)兼輔助帷幕孔采用分段施工，第1段長(zhǎng)3m，第2段長(zhǎng)4m，第3段長(zhǎng)5m；第1段I序孔灌漿壓力為0.3MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.35MPa，第2段及第3段I序孔、Ⅱ序孔灌漿壓力均為0.5MPa。

灌漿采用42.5級(jí)普硅水泥漿液灌注，漿液由稀到濃逐級(jí)轉(zhuǎn)換。灌漿漿液水灰比(重量比)一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五個(gè)比級(jí)，開灌水灰比一般采用3∶1。

在灌漿孔段設(shè)計(jì)灌漿壓力或最大灌漿壓力下，灌注至注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min，且總灌注時(shí)間不少于60min可結(jié)束灌漿【15】。

3 檢測(cè)成果分析

3.1 壓水試驗(yàn)成果分析

固結(jié)灌前，對(duì)59個(gè)常規(guī)固結(jié)灌漿孔及9個(gè)固結(jié)兼帷幕孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)成果見表1。灌漿完成后，對(duì)4個(gè)聲波檢測(cè)孔進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)成果見表2。常規(guī)固結(jié)灌漿孔灌前壓水試驗(yàn)壓力采用0.1～0.2MPa，固結(jié)兼輔助帷幕灌漿孔灌前壓水試驗(yàn)壓力采用0.2MPa，聲波檢測(cè)孔灌漿前、后壓水試驗(yàn)壓力均采用0.2MPa。

由表1可知，灌漿前Ⅰ序孔35段壓水試驗(yàn)中有27段透水率大于10Lu，其中透水率最大為53.2Lu，平均透水率為17.04Lu；Ⅱ序33段壓水試驗(yàn)，透水率比較均勻地分布在3～5、5～10、>10三個(gè)區(qū)間，其中最大透水率為18.49Lu，平均透水率為7.99Lu。Ⅱ序孔透水率相較于Ⅰ序有顯著降低，表明了Ⅰ序灌漿已取得良好效果，符合一般規(guī)律。

由表2可分別看出，固結(jié)灌漿后4個(gè)檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，ZW-J1、ZW-J2號(hào)孔、ZW-J3號(hào)孔和ZW-J4號(hào)孔的透水率分別為1.07、2.49、1.38和3.11Lu，平均為2.01Lu，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于灌漿前Ⅰ序孔及Ⅱ序孔平均透水率，表明固結(jié)灌漿效果顯著。

3.2 聲波檢測(cè)成果分析

本次聲波檢測(cè)包括單孔聲波檢測(cè)和跨孔聲波檢測(cè)兩種方法。聲波檢測(cè)時(shí)每20cm讀一組數(shù)據(jù)，孔深5m，因此每個(gè)孔測(cè)得25組數(shù)據(jù)。

3.2.1單孔聲波檢測(cè)

單孔聲波反映的是巖體的縱波速度。固結(jié)灌漿前、后單孔聲波測(cè)試結(jié)果見表3。

表1 灌前檢查壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表2 灌后試驗(yàn)檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

表3 單孔聲波波速統(tǒng)計(jì)表

表4 灌漿前、后跨孔聲波波速統(tǒng)計(jì)表

由表3可知，灌漿前單孔聲波波速最小值為2198m/s、最大值為5405m/s、平均值為4117m/s，灌后單孔聲波波速最小值為2299m/s、最大值為5556m/s、平均值為4243m/s。灌后波速較灌前平均提高率為3.14%，滿足設(shè)計(jì)不低于3%的要求，表明通過(guò)固結(jié)灌漿巖體質(zhì)量有所改善。

3.2.2跨孔聲波檢測(cè)

跨孔聲波反映的是二孔間巖體的縱波速度。本次固結(jié)灌漿跨孔聲波測(cè)試包括灌前聲波測(cè)試和灌后聲波測(cè)試，上游段做了ZW-S-1～ZW-S-2、ZW-S-1～ZW-S-4、ZW-S-2～ZW-S-3、ZW-S-3～ZW-S-4四組檢測(cè)，下游段做了ZW-S-5～ZW-S-6、ZW-S-5～ZW-S-8、ZW-S-6～ZW-S-7、ZW-S-7～ZW-S-8四組檢測(cè)，共計(jì)8組。檢測(cè)結(jié)果見表4。

由表5可知，固結(jié)灌漿灌前跨孔聲波波速最小值為2778m/s、最大值為5073m/s、平均值為4509m/s，灌后單孔聲波波速最小值為2994m/s、最大值為5364m/s、平均值為4705m/s。灌后波速較灌前平均提高率為4.50%，滿足設(shè)計(jì)要求不低于3%的規(guī)定，表明通過(guò)固結(jié)灌漿巖體質(zhì)量有所改善。

4 結(jié)論

(1)壓水試驗(yàn)成果顯示，灌前Ⅰ序孔平均透水率為17.04Lu，Ⅱ序孔平均透水率為7.99Lu，灌后4個(gè)聲波檢測(cè)孔平均透水率為2.0125Lu，說(shuō)明通過(guò)固結(jié)灌漿透水率減小效果明顯，表明固結(jié)灌漿效果顯著。

(2)聲波檢測(cè)成果顯示，灌漿后單孔聲波波速較灌前平均提高率3.14%，灌漿后的跨孔聲波波速較灌漿前平均提高4.50%，均滿足設(shè)計(jì)要求不低于3%的規(guī)定，表明固結(jié)灌漿質(zhì)量符合要求。

(3)通過(guò)壓水試驗(yàn)及聲波檢測(cè)綜合顯示，此次固結(jié)灌漿效果良好，可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，灌漿參數(shù)合理，工藝可行。此次灌漿工藝和灌漿參數(shù)可為本工程后續(xù)灌漿施工提供指導(dǎo)依據(jù)。