某壩段壩基固結(jié)灌漿施工探討

劉宇亮

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

1 問題的提出

固結(jié)灌漿是水工建筑物地基處理的常見方式，應(yīng)用較為廣泛，而且固結(jié)灌漿施工質(zhì)量直接關(guān)系到水工建筑物施工質(zhì)量及運(yùn)行安全。固結(jié)灌漿主要采用潛孔低壓灌注水泥漿液的方式進(jìn)行不連續(xù)或破碎巖石節(jié)理裂隙的注漿加固處理，充分利用水泥漿液的流動(dòng)性和膠凝性，對水泥漿液施加設(shè)計(jì)壓力后使其通過鉆孔注入巖層縫隙，并待漿液充分膠結(jié)硬化后與基礎(chǔ)形成整體，使基礎(chǔ)巖層各項(xiàng)力學(xué)性能顯著提升。該加固技術(shù)對改善節(jié)理裂隙發(fā)育或破碎巖石壩基處理均較為適用，能促進(jìn)巖石整體性、均質(zhì)性、抗壓強(qiáng)度和彈性模量、透水性等性能參數(shù)的提升，減少巖石變形和不均勻沉降等的發(fā)生。固結(jié)灌漿加固技術(shù)實(shí)踐性很強(qiáng)，對施工人員專業(yè)技術(shù)能力和經(jīng)驗(yàn)有較高要求。

為增強(qiáng)固結(jié)灌漿加固效果，針對不同水工建筑物應(yīng)采取不同的灌漿措施：對于混凝土重力壩通常針對壩基進(jìn)行全面積固結(jié)灌漿施工；對重力拱壩或混凝土拱壩，應(yīng)在明顯受力的壩肩拱座巖層進(jìn)行固結(jié)灌漿加固處理；對水工隧洞，應(yīng)在隧洞襯砌后進(jìn)行巖體灌漿加固。對于破碎巖層隧洞的開挖，為防止巖體坍塌或滲水，應(yīng)在開挖前進(jìn)行水平孔超前固結(jié)灌漿。還應(yīng)在固結(jié)灌漿施工前進(jìn)行注漿試驗(yàn)，確定出孔距、孔深、布孔形式、注漿次序、壓力等參數(shù)，指導(dǎo)灌漿施工，保證施工質(zhì)量。

2 壩基固結(jié)灌漿施工布置

2.1 施工工藝流程

某壩段壩基固結(jié)灌漿按照自上而下的順序分段灌注，施工單元按照設(shè)計(jì)圖分區(qū)確定，混凝土實(shí)際澆筑過程中可進(jìn)行施工子單元的進(jìn)一步劃分[1]，各施工單元固結(jié)灌漿施工工藝流程詳見圖1所示。

圖1 某壩段壩基固結(jié)灌漿施工工藝流程

2.2 灌漿材料的選擇

2.2.1 灌漿水泥

某壩段壩基固結(jié)灌漿使用32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，對于超細(xì)水泥則通過42.5的普通硅酸鹽水泥磨細(xì)而成，以確保水泥達(dá)到通過80μm方孔篩細(xì)度，篩余量≤5%。固結(jié)灌漿水泥質(zhì)量還必須嚴(yán)格按照《水泥新標(biāo)準(zhǔn)》(GB175-2007)進(jìn)行控制，防止質(zhì)量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)、存放時(shí)間>3個(gè)月、未經(jīng)檢驗(yàn)合格以及受潮結(jié)塊水泥的使用[2]。

本工程壩基固結(jié)灌漿工程量大，水泥用量多，實(shí)行集中制漿，制漿站設(shè)置于某壩段導(dǎo)流洞左側(cè)，分別配置質(zhì)量比為3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1的漿液，并經(jīng)砂漿泵運(yùn)送至施工現(xiàn)場。

2.2.2 摻合料

按照某壩段壩基固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)文件，固結(jié)灌漿漿液中應(yīng)按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)摻入砂石、粉煤灰、水玻璃，摻入比例應(yīng)當(dāng)通過試驗(yàn)確定并將試驗(yàn)結(jié)果提交監(jiān)理方，批準(zhǔn)后方可使用。

2.2.3 外加劑和水

本工程壩基固結(jié)灌漿所需要的速凝劑、減水劑等外加劑必須嚴(yán)格按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)的規(guī)定選取和確定，且通過現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)進(jìn)行最佳添加量的確定，所有溶于水的外加劑只能以水溶液的形式摻入，并按照工程試驗(yàn)中心所提供的配料單進(jìn)行外加劑溶液的配置。

工程壩基固結(jié)灌漿用水主要由工程試驗(yàn)中心進(jìn)行抽樣和試驗(yàn)，水質(zhì)必須潔凈無污染，且應(yīng)符合水工混凝土拌和相關(guān)要求，拌合用水溫度≤40℃。

2.3 灌漿孔的布置

為確保壩基固結(jié)灌漿的整體性，提升壩基加固的承載力，控制壓縮變形，結(jié)合某壩段壩基實(shí)際，將壩基固結(jié)灌漿分為5個(gè)不同區(qū)域：對于壩址處壩底寬范圍內(nèi)的Ⅰ區(qū)，按照梅花形進(jìn)行灌漿孔布置，孔距和排距均為2.5m，孔深10m，孔向垂直入深；對于壩基中部Ⅱ區(qū)，布孔型式、孔距與排距不變，而孔深為8m；壩址處壩底寬以內(nèi)的左Ⅰ區(qū)和右Ⅰ區(qū)布孔型式、排距、孔距不變，孔深14m；壩基以內(nèi)的斷層影響帶灌漿孔按梅花形加密布設(shè)，孔距、排距2.0m，孔深23m，鉛直布設(shè)。

3 固結(jié)灌漿施工

3.1 鉆孔施工與沖洗

采用CSJ-40錨固鉆機(jī)造孔，按照所預(yù)設(shè)的PVC管點(diǎn)位固定錨固鉆機(jī)同時(shí)造孔，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范確定孔深和孔向。某壩段壩基固結(jié)灌漿鉆孔施工中埋設(shè)的PVC管加固未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，存在一定程度的偏斜，底板設(shè)計(jì)高程675m，但實(shí)際施工已達(dá)710m，一定程度上增加了造孔工作量和施工成本。鋼筋受力網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)當(dāng)防止對PVC管埋設(shè)造成影響致使其傾斜，以及個(gè)別孔洞磨鉆鋼筋從而影響造孔進(jìn)度和質(zhì)量。

固結(jié)灌漿孔沖洗應(yīng)采用風(fēng)水聯(lián)合模式自孔底向孔外的順序進(jìn)行，沖洗水壓力應(yīng)控制在灌漿壓力80%范圍內(nèi)，將沖洗壓力控制在1MPa以內(nèi)，風(fēng)壓沖洗壓力控制在灌漿壓力的50%，并將沖洗壓力控制在0.6MPa范圍。裂隙沖洗則按照高壓脈動(dòng)方式進(jìn)行，裂隙沖洗至回水完全澄清并持續(xù)至少10min停止，對于單孔持續(xù)沖洗時(shí)間≥30min，串孔則持續(xù)沖洗時(shí)間≥2h，直至孔洞內(nèi)沉積物殘留厚度<15cm后方可結(jié)束孔洞沖洗，開始灌漿。灌漿孔洞沖洗結(jié)束應(yīng)立即展開灌漿，若中斷時(shí)間<24h則在灌漿前還需重新沖洗。

3.2 壓水試驗(yàn)

由鉆孔情況可知，本工程壩基固結(jié)灌漿地質(zhì)條件較差，所以必須在有效防止抬動(dòng)的情況下快速達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力，對于注入量比較大的孔段必須通過0.05MPa的分級(jí)升壓直至設(shè)計(jì)壓力，每一級(jí)灌注時(shí)間≥15min。在具體灌注過程中，必須嚴(yán)格遵循灌漿壓力與漿液注入量的對應(yīng)關(guān)系(表1)控制壓力，對于串孔及多孔灌漿，必須進(jìn)行灌漿壓力的分別控制，從而有效防止抬動(dòng)變形的出現(xiàn)[3]。

3.3 灌漿施工

某壩段壩基固結(jié)灌漿施工按照先下游、后上游邊、再內(nèi)部孔的次序排孔灌漿，并采用循環(huán)式灌漿模式由上而下阻塞分段灌漿，灌漿孔施工分兩段進(jìn)行，為防止漏灌，將注漿塞設(shè)置在已灌注結(jié)束段底部以上0.5m位置。對于孔口不涌水的孔洞，灌漿結(jié)束后無需待凝，而對于灌前涌水、灌后返漿的復(fù)雜情況，必須待凝，至于待凝時(shí)間必須根據(jù)壩基固結(jié)灌漿情況會(huì)同監(jiān)理工程師共同確定。本工程壩基吸漿量大、抬動(dòng)容易的部分必須分級(jí)施壓，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮加入低壓漫灌、升壓灌漿、限量間歇灌注等灌漿工藝，按照設(shè)計(jì)規(guī)范調(diào)整灌漿壓力。為控制壩基圍巖發(fā)生抬動(dòng)，原則上應(yīng)一泵灌一孔，一旦發(fā)生串漿，應(yīng)立即實(shí)行群孔并聯(lián)灌注，但值得注意的是，并聯(lián)孔數(shù)應(yīng)不超過3個(gè)。

工程壩基固結(jié)灌漿所要求水灰比包括3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個(gè)等級(jí)，開灌水灰比則應(yīng)按照3∶1確定。在灌漿壓力不變時(shí)吸漿量應(yīng)勻速減小，吸漿量不變時(shí)則灌注壓力應(yīng)持續(xù)上升，但水灰比應(yīng)保持不變。待任一等級(jí)水灰比漿液灌注量達(dá)250L，但灌漿壓力和吸漿量并無顯著變化時(shí)，應(yīng)調(diào)整水灰比提升漿液濃度。漿液濃度改變后，若灌漿壓力或吸漿量突然變化，則應(yīng)立即停止灌注，查明原因及時(shí)處理后方可恢復(fù)灌注。

按照灌漿設(shè)計(jì)壓力，灌注段吸漿量≤1L/min時(shí)，在持續(xù)灌注30min便可結(jié)束灌漿，對于群孔灌漿而言，應(yīng)按各孔段一次灌注總長度確定其結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)灌漿過程中，若出現(xiàn)回漿變濃，則必須改用之前的水灰比重新進(jìn)行灌注，如果回漿變濃現(xiàn)象持續(xù)不變，則再繼續(xù)灌注30min結(jié)束。對于中斷灌注的情況，凝孔灌漿完成后必須全部復(fù)灌，待結(jié)束并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后則結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后采用置換壓力灌漿法回填并封閉孔洞，封孔結(jié)束，再用干硬性預(yù)縮水泥砂漿重新二次封填，對于平整度有要求的情況，還應(yīng)進(jìn)行表面壓實(shí)磨光處理。

4 結(jié) 論

綜上所述，某壩段大壩壩基固結(jié)灌漿工程量較大，雖然固結(jié)灌漿施工過程中不存在高深的技術(shù)難題，但是灌漿的好壞直接關(guān)系到大壩壩基的穩(wěn)定與安全運(yùn)行以及大壩經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的順利發(fā)揮。目前，大壩壩基加固后已經(jīng)全面投運(yùn)，壩基各項(xiàng)指標(biāo)反映良好，孔壓水的質(zhì)量檢查結(jié)果表明，固結(jié)灌漿對大壩壩基表層補(bǔ)強(qiáng)效果良好，為壩段大壩壩基帷幕灌漿施工提供了質(zhì)量保證。