引管法在高陡邊坡固結(jié)灌漿施工中的應(yīng)用

石繼忠

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引 言

邊坡基礎(chǔ)處理施工是大壩建設(shè)的重要基礎(chǔ)工程，也是大壩發(fā)揮其潛在效益的重要安全防線。固結(jié)灌漿施工屬于水利工程內(nèi)隱蔽單元工程，是大壩邊坡防護(hù)的重要組成部分[1-2]。灌漿施工質(zhì)量直接關(guān)系大壩完工后的滲漏問題。大壩滲水后期處理難度大、費(fèi)用高，故對(duì)防滲處理工程的施工質(zhì)量推薦以優(yōu)良作為查驗(yàn)評(píng)定要求[3-5]。本文結(jié)合工程實(shí)際施工情況，通過對(duì)比引管法與常規(guī)措施固結(jié)灌漿成果[6-7]來分析引管法固結(jié)灌漿技術(shù)的可行性與適用性[8-9]，旨在為類似的工程施工問題提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 工程概況

大華橋水電站工程為大（2）型水利工程，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大設(shè)計(jì)壩高103 m，壩頂長度231.5 m，壩基長度約120 m，固結(jié)灌漿總量31 502.8 m，碾壓混凝土設(shè)計(jì)最大倉面面積約4 500 m2，混凝土升層較快、施工強(qiáng)度高、工期緊湊等特點(diǎn)；同時(shí)該工程開挖邊坡屬于高陡邊坡、直立開挖面較大，邊坡開挖馬道較窄，故在混凝土澆筑未達(dá)到相應(yīng)高程時(shí)，固結(jié)灌漿儀器及設(shè)備架設(shè)欠缺有效地形、施工條件不足、施工難度大，而由壩頂高處直接灌漿時(shí)，灌漿高差過大，灌漿壓力控制較難均不能滿足施工要求。

其次，該工程上游圍堰屬于過水圍堰，在汛期時(shí)大壩將預(yù)留缺口過流，兩岸岸坡壩段混凝土在施工進(jìn)度安排時(shí)混凝土施工為優(yōu)先施工項(xiàng)目，度汛要求較高，造成邊坡固結(jié)灌漿施工工期較短等問題。

同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件的差異性，左岸8～10號(hào)壩段表層圍巖揭露以弱風(fēng)化為主，岸坡巖石強(qiáng)度較高，邊坡較為穩(wěn)定；而右岸 2～3號(hào)壩段表層圍巖以強(qiáng)風(fēng)化巖石，局部夾泥質(zhì)夾層，屬于Ⅴ類圍巖，經(jīng)研究右岸壩段無法進(jìn)行無蓋重固結(jié)灌漿，在地質(zhì)條件差的情況下無蓋重固結(jié)灌漿在設(shè)計(jì)壓力下施工容易劈裂圍巖，同時(shí)產(chǎn)生較大抬動(dòng)，灌漿施工質(zhì)量難以控制。

因此，綜上所述，為了保證固結(jié)灌漿施工不影響混凝土的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，所以設(shè)計(jì)了在右岸邊坡固結(jié)灌漿時(shí)分段進(jìn)行，首先對(duì)基巖部位2 m以下部位進(jìn)行固結(jié)灌漿，后期進(jìn)行引管固結(jié)灌漿表層2 m段的施工方案，有效的解決了混凝土蓋重不足、齡期不夠的問題。固結(jié)灌漿施工質(zhì)量檢查孔由頂部豎直鉆孔檢查完成，而左岸采取常規(guī)固結(jié)灌漿法施工。

2 高陡邊坡引管固結(jié)灌漿工藝

與常規(guī)法固結(jié)灌漿的施工方案相比，在引管法固結(jié)灌漿時(shí)，需要在常規(guī)法固結(jié)灌漿基礎(chǔ)上預(yù)設(shè)灌漿孔口引管，在該部位混凝土澆筑之后再進(jìn)行灌漿施工，而檢查孔施工是進(jìn)行豎直打孔施工，其施工工序主要為：孔位布置→鉆孔→洗孔→灌漿→引管→混凝土蓋重→二階段灌漿→封孔→質(zhì)量檢查；常規(guī)固結(jié)灌漿施工工序?yàn)椋荷w重混凝土→孔位布置→鉆孔→洗孔→灌漿→封孔→質(zhì)量檢查。選取2個(gè)典型邊坡斷面作對(duì)比分析，具體施工布置如圖1所示。

圖1 固結(jié)灌漿施工方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of consolidation grouting construction scheme

與常規(guī)固結(jié)灌漿相比，引管法固結(jié)灌漿體現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)：（1）常規(guī)固結(jié)灌漿施工工序不可中斷，即打孔完之后就需要進(jìn)行固結(jié)灌漿，而引管法打孔完成之后可以適當(dāng)延后工期，該部位混凝土澆筑完成后，再進(jìn)行固結(jié)灌漿；（2）引管固結(jié)灌漿可根據(jù)混凝土澆筑高度調(diào)整孔口至灌漿泵之間壓力差，有利于灌漿壓力的控制；（3）引管灌漿孔口位置混泥土澆筑完成，有利于孔口封閉，同時(shí)有效解決了工期緊張條件下固結(jié)灌漿需要混凝土蓋重的要求。但是引管法固結(jié)灌漿的不足之處在于邊坡固結(jié)灌漿施工完成后只能在邊坡馬道進(jìn)行豎直檢查孔施工，采用豎直檢查孔進(jìn)行固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查。

根據(jù)以上2種施工工藝，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況劃定2種施工工藝對(duì)應(yīng)的施工區(qū)域，由于右岸壩段混凝土施工開工較晚，且右岸地質(zhì)較差，屬于巖石破碎層，固結(jié)灌漿分三序加密，工程量大，而混凝土施工進(jìn)度緊張，為優(yōu)先實(shí)現(xiàn)大壩混凝土度汛要求，所以該部位先進(jìn)行混凝土施工，故決定對(duì)右岸岸坡壩段EL.1 415～EL.1 430邊坡進(jìn)行引管固結(jié)灌漿，而左岸岸坡壩段EL.1 415～EL.1 430工期寬松，地質(zhì)較好，固結(jié)灌漿工程量小，進(jìn)行常規(guī)固結(jié)灌漿施工。具體的岸坡孔位布置施工如圖2所示。

圖2 2種施工工藝固結(jié)灌漿點(diǎn)位布置圖Fig.2 Consolidation grouting point layout for two kinds of construction method

3 固結(jié)灌漿檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)固結(jié)灌漿檢查孔施工規(guī)范要求，按照單元工程總數(shù)5%～10%施工，對(duì)上述2個(gè)坡面固結(jié)灌漿檢查孔施工檢查。左岸壩段巖石地質(zhì)條件較好，圍巖以弱風(fēng)化巖石為主，且經(jīng)全孔壁數(shù)字成像結(jié)果顯示，左岸壩段裂隙較少，地質(zhì)條件較好，故左岸壩段檢查以標(biāo)準(zhǔn)波數(shù)為4 km/s情況下的聲波檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示，而右岸岸坡地質(zhì)破碎，地質(zhì)條件較差，根據(jù)技術(shù)要求該部位物探檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)波數(shù)根據(jù)具體條件分為斷層破碎帶標(biāo)準(zhǔn)波速2.5 km/s、弱風(fēng)化帶標(biāo)準(zhǔn)波速3.5 km/s和地質(zhì)條件一般情況標(biāo)準(zhǔn)波速4 km/s。

表1 常規(guī)固結(jié)灌漿灌前檢查孔物探檢測(cè)成果Table 1 Geophysical detection results of inspection hole before conventional consolidation grouting

表2 常規(guī)法固結(jié)灌漿灌后檢查孔物探檢測(cè)成果Table 2 Geophysical detection results of inspection hole after conventional consolidation grouting

左岸岸坡壩段聲波測(cè)試成果通過表1和表2反應(yīng)出：灌前單孔波速主要分布在3.51～5.74 km/s之間，4.0 km/s以下的波速零星分布；灌后單孔波速主要分布在3.81～5.8 km/s之間，4.0 km/s以下的波速零星分布；灌后波速較灌前有一定提高。灌后全壩段單孔波速達(dá)標(biāo)率為98.4%，灌后波速低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的85%的測(cè)試值數(shù)量占總數(shù)量的0.2%。

總體評(píng)價(jià)，右岸岸坡壩段固結(jié)灌漿灌前共布置15個(gè)物探孔和33個(gè)檢查孔，聲波測(cè)試成果（表3、表4）表明，灌前單孔波速主要分布在3.6～4.6 km/s之間；灌后單孔波速主要分布在3.8～5.0 km/s之間；灌后波速較灌前有一定提高。右岸壩段灌后全壩段單孔波速達(dá)標(biāo)率為96.3%，灌后波速低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的85%的波速測(cè)點(diǎn)占0.9%?？缈茁暡y(cè)試成果可以看出：灌前跨孔波速集中分布在3.2～4.4 km/s之間，灌后跨孔波速集中分布在4.0～5.0 km/s之間，灌后跨孔全壩段達(dá)標(biāo)率為 100.0%，無低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的85%的波速測(cè)點(diǎn)。

全孔壁數(shù)字成像資料表3中表明：右岸岸坡壩段灌后完成54個(gè)孔（15個(gè)物探孔、33個(gè)檢查孔）的檢查任務(wù)，共463條裂隙，其中充填良好的有123條，占26.57%；局部充填裂隙131條，占全部裂隙的28.29%；未見結(jié)石充填裂隙209條，占全部裂隙的45.14%，同時(shí)表中可以看出在固結(jié)灌漿壓力下對(duì)右岸岸坡壩段的基礎(chǔ)產(chǎn)生了一定的劈裂作用，但灌漿也對(duì)裂隙進(jìn)行了一定的填充。

表3 固結(jié)灌前灌后全孔壁數(shù)字成像測(cè)試成果統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of full hole wall digital imaging test results before and after consolidation grouting

綜合各物探測(cè)試成果，灌后波速較灌前有一定幅度的提高，部分裂隙被完全充填或局部充填，基礎(chǔ)巖體質(zhì)量有所改善，本次岸坡壩段灌漿取得了一定的效果。

通過圖3物探檢測(cè)成果對(duì)比可以得出灌漿后波數(shù)特征有所提高，說明灌漿有效，對(duì)基礎(chǔ)固結(jié)起到了一定的作用，通過表2和表4說明不論固結(jié)灌漿采取何種方法施工，其灌漿成果也滿足設(shè)計(jì)要求，灌后全壩段單孔波速達(dá)標(biāo)率均超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的85%，說明灌漿質(zhì)量受控，是可以保證整個(gè)地基基礎(chǔ)灌漿質(zhì)量要求。

表4 引管法固結(jié)灌漿灌后檢查孔物探檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of geophysical detection results of inspection hole after consolidation grouting with pipe guiding method

圖3 固結(jié)灌漿前后物探檢測(cè)成果合格率對(duì)比圖Fig.3 Comparison of qualified rate of geophysical detection results before and after consolidation grouting

通過對(duì)比圖4和圖5說明岸坡引管固結(jié)灌漿能夠較好的適應(yīng)地質(zhì)條件較差的部位固結(jié)灌漿，避免了固結(jié)灌漿混凝土蓋重和壓力抬動(dòng)的影響，并且對(duì)孔口2 m段進(jìn)行了有效的固結(jié)灌漿，其聲波檢測(cè)均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 岸坡壩段灌前單孔聲波速度沿孔深概率分布圖Fig.4 Probability distribution of acoustic velocity of single hole along hole depth before irrigation in bank slope dam section

圖5 岸坡壩段灌后單孔聲波速度沿孔深概率分布圖Fig.5 Probability distribution of acoustic velocity of single hole along hole depth after irrigation in bank slope dam section

5 結(jié) 論

通過對(duì)比分析常規(guī)固結(jié)灌漿與引管固結(jié)灌漿物探檢測(cè)結(jié)果，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）引管法固結(jié)灌漿同常規(guī)固結(jié)灌漿一樣可行，經(jīng)檢查施工質(zhì)量可控，能夠達(dá)到固結(jié)地質(zhì)的作用。

（2）引管法固結(jié)灌漿有一定的優(yōu)勢(shì)，首先工序有一定的改進(jìn)，其次其施工工期能夠配合其他施工項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，有利于工程整體部署，最后引管法固結(jié)灌漿能夠有效的解決不利地質(zhì)條件下混凝土蓋重問題，避免了蓋重混凝土齡期、厚度不足和壓力抬動(dòng)的缺陷。

（3）引管法固結(jié)灌漿的檢查孔施工無法進(jìn)行原位檢查，但該技術(shù)對(duì)于高陡邊坡等施工環(huán)境欠佳的施工段有較好的推廣價(jià)值，有待于對(duì)其開展進(jìn)一步深入研究。