固結(jié)灌漿技術(shù)在水庫(kù)泄洪洞加固中的應(yīng)用

胡啟軍

(信陽(yáng)市潑河水庫(kù)管理局,河南 信陽(yáng) 465426)

1 工程概況

潑河水庫(kù)位于河南省信陽(yáng)市，坐落在淮河流域潢河支流潑陂河上，總庫(kù)容為2.33億m3。承擔(dān)著下游防洪安全、城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)供水、水力發(fā)電等任務(wù)，主體工程包括大壩、泄洪洞、溢洪道、輸水洞、水電站等。泄洪洞是潑河水庫(kù)主要泄水建筑物之一，汛期承擔(dān)著水庫(kù)泄洪、調(diào)沙等任務(wù)。洞身位于主壩右側(cè)山體下，總長(zhǎng) 115.50 m。加固前為圓形無(wú)壓洞，洞徑3.50 m，混凝土襯砌厚度 0.40 m，最大泄量 160 m3/s；加固后出口設(shè)控制閘門(mén)，為圓形有壓洞，洞徑3.10 m，混凝土襯砌厚度 0.60 m，最大泄量 106 m3/s。

泄洪洞加固前，已經(jīng)運(yùn)行40多年，使用頻率高。工程存在的主要問(wèn)題：洞身段有 12 條裂縫，其中 3 條環(huán)向裂縫，縫內(nèi)滲水有白色分泌物析出。裂縫長(zhǎng)度 0.40～11.00 m，縫寬<1 mm，部分裂縫內(nèi)均有析出物，無(wú)相互錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)多年復(fù)檢對(duì)比，縫寬存在增大、增多趨勢(shì)。

2 工程設(shè)計(jì)

潑河水庫(kù)泄洪洞位置山體共發(fā)育 6 條斷層，洞身段巖層有 3 條斷裂層。洞身段山體受斷層影響，兩側(cè)巖石較破碎，且附近尚有較發(fā)育的裂隙，局部形成裂隙密集帶。經(jīng)分析，裂縫因洞身受斷層破碎帶內(nèi)、外水壓力變化產(chǎn)生細(xì)微變形引起。工程加固對(duì)洞身混凝土進(jìn)行二次襯砌，出口修建工作閘門(mén)，對(duì)洞身進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。對(duì)泄洪洞0+020～0+122段進(jìn)行全斷面固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔梅花形布置，每圓形斷面設(shè)6孔，排距為1 m，鉆孔深入巖石3 m。

3 固結(jié)灌漿的原理及作用

在洞壁鉆灌漿孔，利用鉆孔把合適配比的水泥漿,通過(guò)施加壓力，壓入洞身巖體裂隙中。水泥漿膠凝固結(jié)后，提高洞身巖體的整體性、穩(wěn)定性、抗?jié)B性、抗壓強(qiáng)度等，防止洞身巖體變形、滲水及不均勻沉降。

4 固結(jié)灌漿控制參數(shù)選擇

平行泄洪洞軸線均勻布設(shè)12排灌漿孔，每圓形斷面設(shè)6孔，孔距1 m，梅花形布置。初擬灌漿壓力0.20～0.40 MPa，選取有代表性的洞段，做灌漿試驗(yàn)，由灌漿實(shí)驗(yàn)確定壓力、時(shí)間、進(jìn)漿率、水灰比等主要控制參數(shù)。固結(jié)灌漿采用三序施工，灌漿孔深入基巖3 m，灌漿使用標(biāo)號(hào)42.5復(fù)合硅酸鹽水泥。

5 固結(jié)灌漿施工工序

5.1 施工布置

①施工供電系統(tǒng)：泄洪洞進(jìn)口閘室的電力系統(tǒng)，滿足施工用電。由電力專業(yè)人員架設(shè)專用線路至施工工作面，洞外的制漿輸漿系統(tǒng)等電纜用杉木桿架設(shè)，洞內(nèi)的電纜有序地固定在不影響施工的洞壁上。②施工通風(fēng)系統(tǒng)：泄洪洞內(nèi)架設(shè)專用通風(fēng)管道，利用壓縮機(jī)通風(fēng)，風(fēng)壓、風(fēng)量滿足洞內(nèi)施工需要；施工粉塵由風(fēng)機(jī)及時(shí)排出洞外。③施工用水系統(tǒng)：施工用水用潛水泵直接從水庫(kù)中抽取，水庫(kù)水質(zhì)為二類，滿足施工要求；洞內(nèi)水管有序地固定在不影響施工的洞壁上，施工廢水匯集洞底，及時(shí)排出洞外。④鉆孔、灌漿臺(tái)車設(shè)置:由于洞身斷面尺寸限制，洞內(nèi)空間小，每個(gè)工作面只配備1臺(tái)專用的鉆孔設(shè)備或灌漿設(shè)備。⑤制漿輸漿系統(tǒng):洞內(nèi)空間不足以布置集中制漿輸漿系統(tǒng)，為方便灌漿施工，不影響洞內(nèi)交通，將集中制漿輸漿系統(tǒng)設(shè)置在洞口外空曠位置。

5.2 鉆孔

按照設(shè)計(jì)要求孔徑38 mm、入巖3 m、排距1 m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鉆孔。鉆頭對(duì)孔位中心，鉆桿垂直于洞壁。按照灌漿先后順序，先鉆一序孔，再鉆二序孔，最后鉆三序孔。鉆孔過(guò)程中，要對(duì)孔徑、孔深等進(jìn)行查驗(yàn)。鉆孔結(jié)束后，用風(fēng)機(jī)管把灌漿孔內(nèi)的石屑雜物清理干凈，同時(shí)插入PVC管做好成孔保護(hù)，防止孔壁坍塌、孔內(nèi)落入異物。

5.3 預(yù)埋灌漿管

在孔內(nèi)預(yù)埋灌漿管，管深入距離孔底20 cm處，管口高出洞壁混凝土面20 cm。距離洞壁混凝土面深30 cm處用封隔片封堵，孔口至封隔片段的空間用高標(biāo)號(hào)砂漿填塞嚴(yán)密。填塞的砂漿固結(jié)后，使孔身內(nèi)部形成密閉的空間，水泥漿壓力灌入時(shí)，水泥漿在洞身巖體的裂隙中流動(dòng)充填而不冒漿。

5.4 洗孔

固結(jié)灌漿前，用清水進(jìn)行沖洗灌漿孔。采用泥漿泵以高壓水流，從孔底向孔外沖洗。把孔內(nèi)的巖粉、裂隙中的泥質(zhì)充填物等沖出孔外，達(dá)到水泥漿在裂隙面膠凝固結(jié)的效果。洗孔壓力控制在灌漿壓力的80%，回水清澈便結(jié)束洗孔。灌漿孔沖洗后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌漿作業(yè)。

5.5 壓水實(shí)驗(yàn)

利用灌漿壓力系統(tǒng)向灌漿孔壓入清水，壓水實(shí)驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%。每孔壓水時(shí)間為20 min,每5 min時(shí)間觀察記錄1次水表的壓入水量，以最后的流量值，作為計(jì)算透水率的基數(shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算灌漿孔的透水率。保存好實(shí)驗(yàn)記錄和計(jì)算結(jié)果，報(bào)監(jiān)理工程師復(fù)核。

5.6 灌漿材料及制漿

水泥漿采用42.5硅酸鹽水泥，水庫(kù)清水拌和，水溫≥5℃，水灰比采用2∶1、1∶1、0.60∶1.00三個(gè)比級(jí)。對(duì)洞身巖體空隙較大部位用水泥砂漿灌注，以細(xì)砂為宜，摻砂量控制在水泥重量1.50倍以內(nèi)。灌漿管采用高壓膠皮管，管徑與灌漿泵一致。

5.7 壓力灌漿

固結(jié)灌漿分區(qū)段進(jìn)行，每段長(zhǎng)度為10 m。區(qū)段端部填塞嚴(yán)密，段內(nèi)按逐漸加密的灌漿原則進(jìn)行，分三序進(jìn)行。按照由下而上，先邊孔，后頂孔，由洞內(nèi)較低位置向較高位置推移灌漿。

灌漿具體步驟:進(jìn)漿孔選取的是從最低端第一個(gè)孔開(kāi)始作業(yè)，緊鄰的孔用來(lái)進(jìn)行水、氣的排放，在粘稠度最高的漿液通過(guò)孔洞排出以后，迅速將該孔封閉，然后轉(zhuǎn)至下一個(gè)進(jìn)漿孔的位置。灌漿作業(yè)完以后，把孔口閘閥關(guān)閉，等到水泥漿完全進(jìn)入凝結(jié)狀態(tài)，再對(duì)閉漿裝置進(jìn)行處理。為了水泥漿達(dá)到理想的凝結(jié)效果，前序孔大致需要3 d時(shí)間，再對(duì)二序孔進(jìn)行作業(yè)，最后對(duì)三序孔進(jìn)行作業(yè)。

純壓式灌漿方法：灌漿管底端與孔底大約有20 cm的距離，并且和注漿蓋頭以及輸漿管路建立連接，通過(guò)壓漿泵進(jìn)行對(duì)水泥漿的輸入，漿液通過(guò)漿管從孔底慢慢注滿整孔的空間。經(jīng)過(guò)壓力，水泥漿順著孔壁裂隙中灌入，然后水泥漿會(huì)與附近的巖體產(chǎn)生膠凝固結(jié)的作用，從而建立了密閉的防滲體。在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌漿5 min后結(jié)束。

5.8 封孔及孔位處理

在完成漿液灌注作業(yè)后，由于水泥漿固結(jié)體積會(huì)縮小，灌漿孔口部位置會(huì)出現(xiàn)一定的空間，此時(shí)需要把孔內(nèi)水分以及污物進(jìn)行有效的處理，采用高標(biāo)號(hào)砂漿對(duì)其進(jìn)行封填，及時(shí)割除伸出洞壁混凝土面外的埋管。

6 固結(jié)灌漿的質(zhì)量控制要點(diǎn)

6.1 孔位及孔深

灌漿孔入巖石深度≥3 m，孔位誤差≤10 cm，垂直偏差≤10 cm。

6.2 成孔保護(hù)

鉆孔結(jié)束，及時(shí)做好成孔保護(hù)。對(duì)破碎巖石的孔壁，套管起拔前，插入PVC管，保護(hù)孔壁，防止鉆孔坍塌和落入異物。

6.3 灌漿管埋設(shè)

驗(yàn)孔合格后，在孔內(nèi)預(yù)埋3.40 m長(zhǎng)的灌漿管，用高標(biāo)號(hào)的砂漿對(duì)封隔片到洞壁段的間隙進(jìn)行封堵。水泥漿灌注時(shí)，水泥漿在洞身巖體的裂隙中流動(dòng)、充填、固結(jié)。

6.4 灌漿壓力

工程為洞壁巖石固結(jié)灌漿,灌漿壓力控制在0.20～0.40 MPa。

6.5 水泥漿控制

水灰比分別采2∶1、1∶1、0.60∶1.00，按先稀后濃的順序灌漿，先灌入水灰比2∶1水泥漿。當(dāng)灌入水泥漿量已達(dá)150 L以上，或灌注水泥漿時(shí)間超過(guò)30 min，灌漿壓力和灌注率均改變不明顯時(shí)，應(yīng)加濃一級(jí)水灰比，逐級(jí)加濃，最后把水泥漿的水灰比調(diào)整到0.60∶1.00。對(duì)空隙較大部位，必要時(shí)用水泥砂漿進(jìn)行灌注，摻細(xì)砂量控制在水泥重量1.50倍以內(nèi)。灌漿孔停止吸漿5 min后，停止灌漿作業(yè)。

7 灌漿過(guò)程中特殊情況的預(yù)防與處理

7.1 中斷處理

停電、停水或機(jī)械故障等問(wèn)題造成被迫中斷灌漿，要及時(shí)恢復(fù)灌漿。中斷時(shí)間超過(guò)30 min時(shí)，對(duì)鉆孔重新沖洗，必要時(shí)進(jìn)行掃孔?；謴?fù)階段首先需要進(jìn)行稀漿，在此過(guò)程中一旦出現(xiàn)吸漿率同中斷前沒(méi)有明顯的區(qū)別，要逐級(jí)變漿，及時(shí)把漿液濃度恢復(fù)到中斷前的濃度。若恢復(fù)后漿液的注入率減少很多，短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，說(shuō)明中斷灌漿造成裂縫口堵塞，應(yīng)采取補(bǔ)救措施，及時(shí)拔出栓塞進(jìn)行掃孔，對(duì)鉆孔重新沖洗后再進(jìn)行灌漿。

7.2 串漿處理

在漿液進(jìn)行灌注過(guò)程中，漿液從鄰近孔流出產(chǎn)生串漿的情況。一是對(duì)串漿孔沖洗干凈，同時(shí)對(duì)串漿孔進(jìn)行灌漿；二是將適量干凈的水注入到串孔中，再將串漿孔進(jìn)行堵塞。對(duì)串漿孔進(jìn)行灌漿作業(yè)時(shí)，先將孔中清水排出，水泥漿應(yīng)當(dāng)加濃、降低灌注壓力，延長(zhǎng)相鄰兩孔灌注間隔時(shí)間，防止將前期灌入水泥漿從巖體縫隙中壓出。

7.3 冒漿處理

灌漿作業(yè)時(shí)，水泥漿從裂隙冒出。視冒漿具體情況，采用表面封堵、降低灌漿壓力、加濃水泥漿、間隔灌漿等方法。必要時(shí)，采用水泥砂漿灌注，冒漿停止后，再正常進(jìn)行灌漿。

8 灌漿質(zhì)量檢查

8.1 檢查孔設(shè)置

檢查孔的數(shù)量占灌漿孔總數(shù)的10%。檢查孔布置原則：2個(gè)灌漿孔中間；洞身巖石斷層、空隙、破碎帶等巖體部位；吸入量大或灌漿不正常的灌漿孔周圍；洞身裂縫等對(duì)灌漿質(zhì)量有影響的部位。

8.2 檢查鉆孔

對(duì)檢查孔位置進(jìn)行標(biāo)注，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員確認(rèn)后再進(jìn)行鉆孔。鉆孔進(jìn)行過(guò)程中，對(duì)鉆取的巖芯進(jìn)行檢查，并計(jì)算巖芯獲得率。同時(shí)要對(duì)巖芯透水性進(jìn)行分析。

8.3 壓水實(shí)驗(yàn)

采用檢查孔壓水實(shí)驗(yàn)的方法，測(cè)定透水率。灌漿結(jié)束14 d后，可對(duì)其附近的檢查孔進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)。壓水實(shí)驗(yàn)按照從上而下分段卡塞，檢查固結(jié)灌漿后洞身巖石透水性，并對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行分析。

8.4 質(zhì)量檢查

當(dāng)檢查孔的透水率小于設(shè)計(jì)值時(shí)，可認(rèn)為該段灌漿效果達(dá)到要求；當(dāng)檢查孔的透水率大于設(shè)計(jì)值時(shí)，要按照監(jiān)理要求，對(duì)該段增補(bǔ)灌漿孔，進(jìn)一步灌漿。灌漿結(jié)束后，要堅(jiān)持灌漿孔封口質(zhì)量。

9 結(jié)語(yǔ)

在水利工程中，固結(jié)灌漿屬于重要隱蔽工程,工序非常復(fù)雜,灌漿施工工藝水平?jīng)Q定工程的質(zhì)量與安全?，F(xiàn)在水利水電建筑工程水泥灌漿技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，水泥灌漿技術(shù)控制至關(guān)重要，要結(jié)合實(shí)際工程、地質(zhì)、施工環(huán)境等情況，灌漿主要控制參數(shù)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)洞壁巖石裂隙情況由試驗(yàn)確定。潑河水庫(kù)泄洪洞固結(jié)灌漿施工質(zhì)量高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，望能為同類工程提供參考。