水庫(kù)大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)

黎炎春

摘要：在水庫(kù)大壩基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)，能在一定程度上提升水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不僅能提升抗壓強(qiáng)度，還能提升其彈性模量，降低水庫(kù)大壩發(fā)生滲水的概率，且整個(gè)施工過(guò)程成本較低、過(guò)程比較便捷。本文在分析固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例詳細(xì)介紹了相關(guān)技術(shù)的施工工藝過(guò)程，對(duì)提升水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的可靠性，促進(jìn)固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)的應(yīng)用范圍具有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固基礎(chǔ)施工

本文對(duì)某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程進(jìn)行詳細(xì)分析，水庫(kù)中安裝有混流式水輪發(fā)電機(jī)組，每個(gè)機(jī)組的容量為260 MW，共安裝了4臺(tái)發(fā)電機(jī)組。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，水庫(kù)正常的蓄水位需達(dá)到745 m。水庫(kù)大壩采用碾壓混凝土重力壩形式，整個(gè)壩體高度和壩頂高程分別為200.5 m和750.5 m，對(duì)大壩基礎(chǔ)實(shí)施固結(jié)灌漿施工時(shí)的最低高程設(shè)置為550 m。經(jīng)過(guò)前期對(duì)水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)所在區(qū)域范圍內(nèi)的地層主要包括T1yn1-1、T1yn1-2、T1yn1-3等，屬于中等堅(jiān)硬的巖體和堅(jiān)硬的巖體，巖體整體上比較完整，并且力學(xué)性能比較好。但是存在一個(gè)F1斷層，存在裂隙發(fā)育、泥化夾層等問(wèn)題，會(huì)在很大程度上影響水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，威脅大壩長(zhǎng)時(shí)間地安全可靠運(yùn)行。

1 固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)基本原理與優(yōu)勢(shì)

1.1 固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)原理

在對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行修建過(guò)程中，可能會(huì)使用爆破技術(shù)對(duì)土方進(jìn)行處理，會(huì)對(duì)水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響[1]，此外，在修建大壩時(shí)如果遇到地質(zhì)比較松軟的區(qū)域，也會(huì)對(duì)水庫(kù)大壩的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，對(duì)以上問(wèn)題需要采用一定的技術(shù)手段對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理[1]，以保障水庫(kù)大壩的抗變形能力和抗?jié)B水性能。目前固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用比較多，所謂固結(jié)灌漿指的是將特殊配置的具有一定膠凝性和流動(dòng)性的漿液，通過(guò)鉆孔并施加壓力的方式將其注入巖體內(nèi)部，通過(guò)漿液凝結(jié)以提升巖體的強(qiáng)度和彈性模量的技術(shù)方式。通過(guò)上述技術(shù)措施，不僅能提升巖體強(qiáng)度，還能改善巖體致密度，從而提升巖體的抗?jié)B性和整體性。其中，在實(shí)踐工程中應(yīng)用的漿液主要就是指水泥漿液。

本水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程在開(kāi)展固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)時(shí)，需要在F1斷層附近加大鉆孔密度，以提升斷層區(qū)域巖體的整體性和穩(wěn)定性。本水庫(kù)整體上呈現(xiàn)出梅花形布置，鉆孔之間的排距和間距均設(shè)置為300 cm，鉆孔時(shí)確保垂直巖體向下推進(jìn)，鉆入的深度控制在25 m左右。

1.2 固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

目前固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)中使用較多的是水泥漿液，通過(guò)將水泥漿液注入到巖體內(nèi)部然后凝結(jié)，能提升整個(gè)巖體的整體性，進(jìn)而保障巖體的均勻性和強(qiáng)度。水庫(kù)大壩由于長(zhǎng)時(shí)間受到水的浸潤(rùn)，特別容易出現(xiàn)不均勻沉降、大壩滲水，甚至巖石變形等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)大壩基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，則可以顯著改善上述問(wèn)題。

為了在最大限度上發(fā)揮固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)不同類型的水庫(kù)大壩基礎(chǔ)，需要采取不同類型的施工技術(shù)方案。比如混凝土重力壩，通常需要對(duì)整個(gè)水壩基礎(chǔ)實(shí)施固結(jié)灌漿技術(shù)。對(duì)混凝土拱壩或者重力拱壩，需要重點(diǎn)對(duì)承受較大作用力的壩肩拱座巖體部位實(shí)施固結(jié)灌漿技術(shù)[2]。當(dāng)需要在土石壩防滲體底部位置進(jìn)行混凝土墊層施工時(shí)，對(duì)墊層下部區(qū)域的巖體同樣需要開(kāi)展固結(jié)灌漿施工技術(shù)，以提升巖體的穩(wěn)定性。工程應(yīng)用中為了確保固結(jié)灌漿技術(shù)的施工質(zhì)量，通常需要在待加固的巖體表面澆注一定厚度的混凝土或者蓋板，再開(kāi)始注漿。

如果水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的巖石地質(zhì)條件非常復(fù)雜，通常需要在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)工作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定最優(yōu)的注漿工藝參數(shù)，包括鉆孔的布置形式、孔的深度、孔之間的排距和間距、灌漿順序和壓力等。常見(jiàn)的鉆孔布置形式有六角形、方格形、梅花形等，鉆孔之間的排距和間距通常控制在3 ～ 6 m，鉆孔注漿時(shí)應(yīng)逐漸增加鉆孔密度[2]。

2固結(jié)灌漿技術(shù)施工措施

2.1 分段施工

分段灌漿的施工方法是一種由上到下的灌漿技術(shù)，這種技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在水電工程的施工中。分段灌漿施工的主要特點(diǎn)就是可以很好地達(dá)到想要的深度，并且也能達(dá)到合適的條件，一般在灌漿即將結(jié)束的時(shí)候就可以進(jìn)行下個(gè)施工階段。

2.2 止?jié){塞灌漿

利用這種方式來(lái)開(kāi)展從下到上的灌漿操作，可以在開(kāi)始之前進(jìn)行一次性的成型工作，同時(shí)還要將設(shè)計(jì)深度作為主要的依據(jù)來(lái)施工，根據(jù)水壓試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)來(lái)從頂?shù)牡撞块_(kāi)始向上灌漿，采用止?jié){塞來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿的控制和分段。

2.3 分期灌漿

灌漿的位置是從巖石的頂部開(kāi)始，采用低壓灌漿的方式一直到最上面的灌漿可以達(dá)到預(yù)計(jì)好的強(qiáng)度才結(jié)束。當(dāng)固結(jié)灌漿進(jìn)入到第二階段的鉆孔工作之后，需要從巖層的頂部出發(fā)來(lái)利用高壓的技術(shù)進(jìn)行灌漿。最后是依據(jù)鉆孔的深度再進(jìn)行第三次的鉆孔與灌漿，一直到達(dá)到要求為止。

3 固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)應(yīng)用

以下主要結(jié)合某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，從機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備、施工工藝過(guò)程控制方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備

進(jìn)行鉆孔灌漿時(shí)需要用到的重要設(shè)備主要是灌漿機(jī)，還需要配套使用壓力表、灌漿塞、輸漿管以及拌漿筒等設(shè)備或工具。灌漿機(jī)根據(jù)其工作原理可以劃分成為液壓式、活塞式和氣壓式3種類型。由于灌漿機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和穩(wěn)定性會(huì)對(duì)灌漿質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響，因此在正式使用灌漿機(jī)前，需要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢測(cè)，對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以提升其運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保設(shè)備在良好的狀態(tài)下進(jìn)行灌漿工作[3]。

3.2 施工工藝過(guò)程

本工程案例中基于預(yù)埋管法開(kāi)展固結(jié)灌漿施工工藝技術(shù)，整體上可以劃分成為兩大步驟，分別為鉆孔和灌漿。以下對(duì)施工中涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）鉆孔。利用專業(yè)鉆孔設(shè)備配合使用直徑為40 mm的合金鉆頭開(kāi)展鉆孔工作。鉆孔過(guò)程中需要利用風(fēng)管將孔底的巖屑、土屑等及時(shí)吹出，確?？變?nèi)沒(méi)有碎屑、保持干凈，直到鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度為止。完成鉆孔工作后還需對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，防止出現(xiàn)孔壁坍塌、異物落入等問(wèn)題[4]。

（2）注漿管預(yù)埋。將直徑和長(zhǎng)度分別為1 in和5 m的鐵質(zhì)耐壓管預(yù)埋在注漿孔上部區(qū)域，高出孔口20 cm左右。在距離基面4 m左右的位置通過(guò)橡膠封隔片對(duì)孔進(jìn)行封堵，并在孔與管壁中間的間隙填充高標(biāo)號(hào)砂漿進(jìn)行封堵，使孔口附近形成密閉的空間結(jié)構(gòu)。此舉的作用是防止灌漿過(guò)程中出現(xiàn)冒漿的問(wèn)題。

（3）洗孔。利用高壓清水對(duì)孔進(jìn)行徹底清洗，可以將孔內(nèi)存在的碎屑以及縫隙中存在的風(fēng)化泥質(zhì)充填物等都沖出孔外，為水泥漿液更好地充填到各個(gè)巖體縫隙中提供更好的便利，從而強(qiáng)化固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的效果。通常情況下，洗孔時(shí)的水壓控制在灌漿壓力的80%為宜，以回水較為干凈為宜。

（4）壓力灌漿。灌漿過(guò)程中應(yīng)遵循逐漸加密的基本原則，先在水壩基礎(chǔ)的四周進(jìn)行灌漿，逐漸向中間孔位靠近[3]。本工程案例中基于一次全孔灌漿法進(jìn)行壓力灌漿，過(guò)程中需將注漿管深入到距離孔低20 cm左右的位置。啟動(dòng)注漿泵向孔內(nèi)輸入水泥漿液，隨著注漿過(guò)程的進(jìn)行，注漿管逐漸向上移動(dòng)。灌漿時(shí)會(huì)設(shè)置有一定的壓力，確保漿液能夠深入地滲入到孔壁裂隙中，并將縫隙中存在的水分?jǐn)D走。待水泥漿液固結(jié)后可以確保孔壁周圍的巖體形成一個(gè)整體，提升其強(qiáng)度和防滲性能。

（5）封孔和孔位處理。灌漿完成后，水泥漿液凝固時(shí)會(huì)有收縮現(xiàn)象，導(dǎo)致孔頂部位置形成孔洞，需要將孔洞內(nèi)的積水進(jìn)行處理，并用高標(biāo)號(hào)砂漿對(duì)孔洞進(jìn)行封填，將孔口管鑿平后使用高標(biāo)號(hào)砂漿進(jìn)行抹平處理。

（6）灌漿記錄。固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)施工工藝過(guò)程中，需安排專門人員對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程，特別是鉆孔、清孔和灌漿過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，尤其是出現(xiàn)異常情況時(shí)更應(yīng)該如實(shí)、及時(shí)記錄。壓水和灌漿時(shí)使用的儀器設(shè)備會(huì)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄監(jiān)控，此外還要通過(guò)人工方式進(jìn)行記錄，并將兩者進(jìn)行對(duì)比。如果數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)了明顯的偏差，需要及時(shí)找到原因。本工程案例中使用的灌漿儀器設(shè)備為JLY-Ⅳ，可以自動(dòng)對(duì)水泥漿液的注入率、水灰比以及灌漿壓力等參數(shù)進(jìn)行記錄。

（7）抬動(dòng)觀測(cè)。灌漿時(shí)為了避免混凝土被抬裂，需要沿著灌漿方向均勻設(shè)置觀測(cè)孔，并且通過(guò)千分表對(duì)抬動(dòng)情況進(jìn)行觀測(cè)。利用φ15 mm的鋼筋將千分表測(cè)桿固定在套管上，并對(duì)外管和錨固頭進(jìn)行密封處理，防止水泥漿液滲入到內(nèi)部對(duì)千分表造成損壞。本工程案例中，在對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗并灌漿時(shí)，均對(duì)抬動(dòng)情況進(jìn)行觀測(cè)記錄。根據(jù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求，最大抬動(dòng)值不得超過(guò)200 μm。具體實(shí)施過(guò)程中，抬動(dòng)值都達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 常見(jiàn)問(wèn)題處理及施工質(zhì)量檢測(cè)

4.1 常見(jiàn)問(wèn)題處理

水泥漿液灌注過(guò)程中，如果出現(xiàn)了外漏或者冒漿等問(wèn)題，可以采用表面封堵、降低灌漿壓力以及嵌縫等方式實(shí)施處理。如果出現(xiàn)了串漿現(xiàn)象，即兩個(gè)孔的漿液串通到一起時(shí)，如果兩孔均具備灌漿條件，則可以采用“一泵一孔”的方式對(duì)兩孔同時(shí)進(jìn)行灌注。如果串通孔無(wú)法開(kāi)展灌漿工作，可以利用栓塞對(duì)串通孔進(jìn)行堵塞，待正常灌漿的孔完成灌漿工作以后，重新對(duì)串通孔進(jìn)行清孔、灌漿工作。灌漿過(guò)程中盡量保持連續(xù)性，如果確實(shí)因不可抗力因素需要中斷灌漿時(shí)，盡量將灌漿中段時(shí)間壓縮到半小時(shí)以內(nèi)，如果時(shí)間超過(guò)半小時(shí)，則需要進(jìn)行清孔后重新鉆孔灌漿。因灌漿中斷再次進(jìn)行灌漿時(shí)，如果出現(xiàn)吸漿量減小甚至不吸漿時(shí)，則需要重新鉆孔灌漿。如果遇到涌水孔時(shí)，首先要對(duì)涌水量及其壓力進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，針對(duì)涌水段進(jìn)行單獨(dú)灌漿，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加灌漿壓力，完成灌漿工作后還需要繼續(xù)施加壓力1 h，特殊情況下還可以在水泥漿液中添加一定的速凝劑[5]。

4.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

固結(jié)灌漿工作完成后的3～7 d左右，可以對(duì)固結(jié)灌漿施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查時(shí)主要基于孔壓水試驗(yàn)結(jié)果，并配合灌漿過(guò)程中的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。質(zhì)量檢查時(shí)需要對(duì)3種類型的灌漿情況進(jìn)行檢查：第一，水泥漿液注入量相對(duì)較大的部位;第二，灌漿過(guò)程中數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)了異常情況的部位;第三，大孔隙、斷層、巖石破碎等地質(zhì)情況相對(duì)較為復(fù)雜的部位。開(kāi)展質(zhì)量檢查工作時(shí)，試水壓力設(shè)置在1 MPa，要求基巖的透水率Q ≤ 3 Lu。本工程案例中對(duì)5%的鉆孔灌漿情況進(jìn)行質(zhì)量檢查，經(jīng)過(guò)檢查合格率超過(guò)了85%。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，檢查不合格的部位基巖的透水率Q未超過(guò)4.5 Lu，并且不合格的灌漿孔位比較分散，并沒(méi)有集中?；诖耍ㄟ^(guò)施工質(zhì)量檢查，認(rèn)為本次固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的，能夠滿足基本工作需要。

5 固結(jié)灌漿施工技術(shù)的質(zhì)量保障措施

5.1 灌漿施工準(zhǔn)備

固結(jié)灌漿施工首先需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的狀況進(jìn)行仔細(xì)的勘察，根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的技術(shù)手段，這樣才能夠保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。其次，還應(yīng)該根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，設(shè)置合理的施工方案，確保工作人員都能夠嚴(yán)格按照施工方案的內(nèi)容完成灌漿作業(yè)，根據(jù)具體的狀況，一旦發(fā)現(xiàn)施工方案不完善的情況，一定要及時(shí)糾正，充分發(fā)揮施工方案的指導(dǎo)價(jià)值，提高水利工程建設(shè)質(zhì)量[6]。

5.2 漿液水灰比控制

進(jìn)行固結(jié)灌漿時(shí)，水灰比例會(huì)對(duì)整個(gè)灌漿質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響，需要保證注入量超過(guò)300L，而且時(shí)間超過(guò)1h，如果注入率和灌漿壓力仍然沒(méi)有明顯的變化，就需要適當(dāng)增加水灰比的濃度，如果注入率過(guò)快，而且每分鐘超過(guò)30L，那么就需要根據(jù)施工的具體要求，來(lái)適當(dāng)調(diào)整灌漿的比例。在灌漿過(guò)程中一旦出現(xiàn)停止的現(xiàn)象，必須及時(shí)找到出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，并且選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)灌漿，如果停止的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，必須對(duì)鉆孔進(jìn)行徹底的清理以后，才能夠開(kāi)展后續(xù)的灌漿工作[7]。

5.3 優(yōu)先使用長(zhǎng)鉆具

針對(duì)地質(zhì)較厚而且?guī)r土層比較松軟的地區(qū)，一旦出現(xiàn)鉆孔傾斜的狀況，工作人員需要立即更換鉆具，減少鉆具的直徑，而且適當(dāng)增加鉆具的長(zhǎng)度。如果鉆具的直徑小較大，使用這樣的鉆具很有可能會(huì)導(dǎo)致鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)鉆孔方向傾斜的現(xiàn)象，工作人員需要將巖心管控制在1.5m左右，當(dāng)鉆進(jìn)的長(zhǎng)度到達(dá)3m時(shí)，立即檢查是否出現(xiàn)傾斜的狀況，一旦檢查結(jié)果表明傾斜有所緩解，那么可以考慮換回原來(lái)的鉆具，如果傾斜問(wèn)題仍然比較嚴(yán)重，那么就需要再次更換鉆具，使用長(zhǎng)鉆具對(duì)修正區(qū)域進(jìn)行掃孔處理，然后再根據(jù)具體的傾斜狀況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，防止出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，影響到施工的順利進(jìn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的安全性產(chǎn)生決定性的影響，因此必須確保水壩基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。利用固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)對(duì)水壩基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化處理，可以在很大程度上提升基礎(chǔ)的強(qiáng)度及其防滲水性能。開(kāi)展固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)工藝技術(shù)時(shí)，需要充分分析施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，必要情況下開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，包括鉆孔深度、灌漿壓力等，只有這樣，才能夠在最大限度上發(fā)揮過(guò)節(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升水庫(kù)大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。本文結(jié)合具體案例總結(jié)固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提升施工質(zhì)量具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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