濕磨細(xì)水泥灌漿技術(shù)在某壩體抗?jié)B加固中的應(yīng)用

楊超 廣東水電二局股份有限公司

碾壓混凝土重力壩是二十世紀(jì)八十年代以來(lái)發(fā)展較快的一種新的筑壩技術(shù)，普遍采用的“金包銀”結(jié)構(gòu)模式，其防滲體系由壩體上游面常態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)和碾壓混凝土自身抗?jié)B相結(jié)合組成?；炷翝仓挚p分塊受溫控要求、澆筑能力及壩體結(jié)構(gòu)等因素影響，壩體混凝土采用全斷面薄層通倉(cāng)澆筑施工工藝，而碾壓混凝土層間結(jié)合良好與否，對(duì)壩體防滲功能至關(guān)重要，影響后期大壩安全運(yùn)行。

1.工程應(yīng)用概述

川江水利樞紐工程是廣西桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程三點(diǎn)項(xiàng)目之一，位于漓江上游支流川江上，工程地址位于桂林市興安縣溶江鎮(zhèn)，主要水工建筑物有：重力壩、廠房等。其中，碾壓混凝土重力壩共分10個(gè)壩段，正常蓄水位為274.0m，壩頂高程為278.0m，最大壩高為83m。

壩體迎水面為1m厚二級(jí)配變態(tài)砼（R200，W8，F(xiàn)50），緊接著為2m厚二級(jí)配碾壓砼（R200，W8，F(xiàn)50），壩體背面為1m厚三級(jí)配變態(tài)砼（R150，W4，F(xiàn)50），壩體內(nèi)部為三級(jí)配碾壓砼（R150，W4，F(xiàn)50），壩頂部位1.5m厚為三級(jí)配常態(tài)砼（R200，W8，F(xiàn)50）。

此前，攔河壩單位工程已于2013年8月20日通過(guò)驗(yàn)收，并于2014年6月28日正式下閘蓄水。大壩運(yùn)行初期，混凝土壩體滲漏量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。隨著使用年限增長(zhǎng)，加上受到施工質(zhì)量、環(huán)境變化等因素的影響，壩體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，滲漏量較大部位主要集中在為3#壩段、4#壩段、5#壩段、7#壩段和8#壩段，滲漏區(qū)域主要集中在235.0m高程以上。壩基排水孔有部分滲漏量較大，主要為3#壩段2個(gè)，5#壩段2個(gè)，6#壩段3個(gè)，8#壩段2個(gè)，9#壩段2個(gè)，共計(jì)11個(gè)。

2.滲漏原因分析

經(jīng)測(cè)，壩體目前總體滲漏量為9.42L/s。結(jié)合歷次灌漿處理情況及壩內(nèi)滲漏情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查勘、分析發(fā)現(xiàn)：壩體滲流量主要來(lái)源為施工縫層間水滲漏，其主要原因是施工質(zhì)量存在缺陷，施工縫層間處理不到位，橫縫止水片周邊混凝土振搗不密實(shí)，出現(xiàn)蜂窩、麻面等，形成了滲流通道。

3.加固處理方案

據(jù)查，之前已對(duì)部分壩段采用普通水泥進(jìn)行灌漿加固處理，其吸漿量較低，部分孔段甚至出現(xiàn)吸水不吸漿、漿液失水回濃的情況，這種情況的出現(xiàn)，說(shuō)明壩體內(nèi)部局部滲漏通道裂隙縫寬極小，采用普通水泥灌漿處理效果不佳。

借鑒公司以往類(lèi)似項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：普通水泥粒徑較大，最大可達(dá)90～100um，針對(duì)處理寬度小于0.2mm以下的細(xì)微裂隙，可灌性較差，難以達(dá)到理想效果，且硬化時(shí)伴有析水，固相體積收縮，使硬化結(jié)石與被灌基體的粘結(jié)強(qiáng)度降低。由于壩體內(nèi)部滲漏通道存在細(xì)微裂隙，為確保大壩后續(xù)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)及相關(guān)專(zhuān)家，決定采用濕磨細(xì)水泥灌漿施工工藝，對(duì)壩體進(jìn)行抗?jié)B加固處理。該工藝較為成熟，在多個(gè)水利工程基礎(chǔ)灌漿中得到應(yīng)用，效果明顯。

此次滲漏處理方案分兩個(gè)階段進(jìn)行，采用帷幕灌漿進(jìn)行封堵。第一階段先處理滲漏量偏大的3#壩段、4#壩段、5#壩段、7#壩段、8#壩段，以及滲漏量偏大的壩基排水孔；第二階段處理1#壩段、2#壩段、6#壩段、9#壩段、10#壩段。

滲漏處理的目標(biāo)為控制壩體總體滲漏量不超過(guò)8L/s。若第一階段處理完成后，壩體滲漏總量明顯降低，且穩(wěn)定維持在8L/s以下，則不進(jìn)行第二階段處理；若第一階段處理完成后，壩體總體滲漏量仍然大于8L/s，則需進(jìn)行第二階段處理。

本次灌漿施工分兩個(gè)工作面同步進(jìn)行，分別在壩頂和▽213廊道處施鉆，灌注純水泥漿，

局部缺陷表面或有特殊要求部位處理采用化學(xué)灌漿，與灌注純水泥漿相結(jié)合，達(dá)到防滲目的。由于此次壩體加固采用GSW臥式水泥濕磨機(jī)進(jìn)行帷幕灌漿，其施工關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)水泥顆粒細(xì)度的控制，利用NSKC-1型光透射式粒度測(cè)定儀進(jìn)行磨細(xì)檢測(cè)，提高漿液的穩(wěn)定性和可灌性。

3.1 壩頂灌漿

壩頂帷幕灌漿處理設(shè)計(jì)為單排孔布置，孔距為1.5 m，孔口高程278.0 m（5#壩段孔頂高程261.0m），孔底高程235.0m，岸坡壩段孔底入巖2m，孔軸線距離壩頂上游邊線3m。

3.2 ▽213廊道灌漿

壩基排水孔處理方案為在▽213廊道在對(duì)應(yīng)孔位上游原帷幕軸線上布置3個(gè)帷幕灌漿孔，孔間距1.5m，入巖深度25m。

3.3 局部化學(xué)灌漿

化學(xué)灌漿主要針對(duì)廊道、電梯井等部位混凝土表面缺陷處理，作為此次壩體加固處理施工輔助手段。

本次壩體防滲加固灌漿布置圖如圖1所示。

圖1 壩體防滲加固灌漿布置圖

4.方案實(shí)施

施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 細(xì)微裂隙地層灌漿施工工藝流程圖

4.1 鉆孔

本次灌漿鉆孔地層主要是混凝土層和微風(fēng)化石灰?guī)r層，根據(jù)鉆孔深度、灌漿方法及施鉆地層特性，選用300型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行造孔，采用自上而下灌漿法，鉆孔開(kāi)孔孔徑為φ89mm，終孔孔徑不小于φ56mm，灌漿孔底應(yīng)穿越設(shè)計(jì)孔底高程，岸坡壩段及壩基處灌漿孔滿(mǎn)足入巖要求，鉆孔孔位偏差、孔斜率、孔深及孔內(nèi)沉渣厚度均應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

鉆孔孔底的偏差不得大于表1的規(guī)定。

表1 帷幕灌漿孔孔底允許偏差

4.2 沖洗

為將殘留在孔底或孔壁處的巖粉，以及裂隙處的充填物沖出孔外，提高后續(xù)灌漿施工質(zhì)量，在灌漿前必須進(jìn)行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，以高壓水作為沖洗介質(zhì)，采用脈沖沖洗方法，反復(fù)沖洗，直至回水潔凈后，再延續(xù)10～20min為止，沖洗壓力為本段灌漿壓力值的80%。

4.3 壓水試驗(yàn)

灌漿孔沖洗施工結(jié)束后，立即對(duì)灌漿段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過(guò)壓水試驗(yàn)結(jié)果，初步獲取待灌地層滲透特性，確定開(kāi)灌漿液水灰比。

由于本次壩體加固處理方案設(shè)計(jì)為單排孔帷幕，先行施工Ⅰ序孔，然后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。根據(jù)施工需要，選取10個(gè)先行施工的Ⅰ序孔按先導(dǎo)孔要求施工，先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，其壓力取灌漿壓力值的80%，除先導(dǎo)孔外，其它普通灌漿孔均做簡(jiǎn)易壓水。通過(guò)壓水試驗(yàn)，也可以比較各灌孔隨孔序變化單位吸水量的變化情況，初步了解灌漿質(zhì)量。壓水試驗(yàn)孔數(shù)取總孔數(shù)的10%，其成果以透水率q表示。具體施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 帷幕灌漿壓力值表

4.4 水泥漿的制備及磨細(xì)

本次灌漿原材選用細(xì)度通過(guò)80 um 篩且篩余量不大于5%的PO42.5Mpa普通硅酸鹽水泥。由于壩體內(nèi)部滲漏通道為細(xì)微縫隙，為確保漿液的可灌性，正式開(kāi)灌前，需要確定灌漿漿液水泥粒徑，同時(shí)對(duì)不同水灰比的水泥漿進(jìn)行濕磨試驗(yàn)，以確定不同水灰比漿液中水泥粒徑達(dá)到要求的濕磨時(shí)間。

水泥漿對(duì)裂隙的可灌度與被灌縫寬和水泥粒徑關(guān)系如下：M=b/D≥3(式中：b為被灌縫寬；D為水泥粒徑）。

經(jīng)濕磨后的漿液，定期用NSKC-1型光透射式粒度測(cè)定儀檢測(cè)，其細(xì)度達(dá)到45um以下的顆粒占95%以上后經(jīng)過(guò)灌漿泵進(jìn)行帷幕灌漿。灌漿作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)偏差，及時(shí)查找原因，對(duì)水泥顆粒細(xì)度的控制，可以通過(guò)以下手段實(shí)現(xiàn)：

（1）調(diào)整磨齒間隙大小，即調(diào)節(jié)細(xì)度調(diào)節(jié)盤(pán)。

（2）在磨齒間隙調(diào)好的情況下，通過(guò)循環(huán)回路中三通閥控制水泥液的受磨時(shí)間，亦可控制濕磨水泥細(xì)度。水泥顆粒細(xì)度與受磨時(shí)間的關(guān)系參考圖3。

圖3 水泥顆粒細(xì)度與受磨時(shí)間的關(guān)系

4.5 灌漿

帷幕灌漿孔劃分為三序，施工按分序加密原則進(jìn)行。灌漿前提前將壩體排水孔封堵，防止?jié){液從排水孔流出。

（1）灌漿方法。本次壩體加固灌漿采用自上而下分段灌漿，灌漿段長(zhǎng)參數(shù)設(shè)置詳見(jiàn)表2。灌漿孔口處設(shè)置孔口封閉器，操作步驟簡(jiǎn)便，孔段封閉效果滿(mǎn)足要求。

混凝土與基巖接觸段應(yīng)先行單獨(dú)灌注并待凝，其待凝時(shí)間不宜少于24h，其余灌漿段灌漿結(jié)束后可不待凝。

（2）漿液變換。采用多級(jí)水灰比漿液灌注，遵循由稀到濃，逐級(jí)變換的原則，視漿液流動(dòng)狀態(tài)，可適量摻入外加劑，以提高灌漿施工質(zhì)量。根據(jù)室內(nèi)漿池試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定此次灌漿漿液水灰比分為四級(jí)：3:1、2:1、1:1、0.5:1。

（3）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)壓力下時(shí)，如灌漿段吸漿量小于1.0L/min，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌漿。灌漿過(guò)程中，應(yīng)每隔一定時(shí)間測(cè)定漿液的比重，如出現(xiàn)吸水不吸漿情況，應(yīng)加水稀漿，如再出現(xiàn)同樣情況，也可結(jié)束灌漿。

（4）封孔。第一階段灌漿時(shí)，灌漿孔每段灌漿結(jié)束后進(jìn)行掃孔，以備后續(xù)灌漿使用。全孔段灌漿施工完成后，及時(shí)做好封孔工作，封孔采用機(jī)械封孔，封孔材料為水灰比0.5:1的水泥漿。

4.6 質(zhì)量監(jiān)控

施工質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備（俗稱(chēng)灌漿自動(dòng)記錄儀）是由超高壓流量計(jì)和計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)構(gòu)成，超高壓流量計(jì)將采集到的漿液壓力、流量、濃度和對(duì)應(yīng)的時(shí)間參數(shù)等信息傳給計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)判定灌漿過(guò)程中是否滿(mǎn)足灌漿規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)實(shí)施的高壓灌漿的漿液壓力與灌漿流量滿(mǎn)足設(shè)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)會(huì)做出施工符合要求的判斷結(jié)果;當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)實(shí)施的高壓灌漿的漿液壓力大于設(shè)定值，且灌漿流量小于設(shè)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)會(huì)做出施工漿液輸送受阻的判斷結(jié)果:當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)實(shí)施的高壓灌漿的漿液壓力小于設(shè)定值，且灌漿流量滿(mǎn)足設(shè)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)會(huì)做出高壓泵磨損或漿液輸送過(guò)程泄漏的判斷結(jié)果。工作人員依據(jù)上述的判斷及時(shí)采取相應(yīng)的措施，調(diào)整灌漿參數(shù)以保證灌漿質(zhì)量。

為進(jìn)一步保證灌漿施工質(zhì)量，灌漿自動(dòng)記錄儀正式啟用前，必須通過(guò)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)標(biāo)定合格后，方可投入使用。

5.施工總結(jié)及分析

5.1 施工參數(shù)

本工程帷幕灌漿相關(guān)施工參數(shù)見(jiàn)表2。

5.2 磨細(xì)水泥的性能

5.2.1 水泥細(xì)度

施工過(guò)程中，除定期用細(xì)度檢測(cè)儀檢測(cè)水泥粒徑，還邀請(qǐng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足要求，具體見(jiàn)圖4所示。

圖4 濕磨細(xì)水泥細(xì)度檢測(cè)結(jié)果

5.2.2 工作性能

壩體抗?jié)B加固施工安排在枯水期進(jìn)行，期間，外界環(huán)境氣溫較低，有利于灌漿施工。經(jīng)濕磨后的水泥，由于顆粒變小，對(duì)細(xì)微裂隙可灌性加強(qiáng)，漿液的穩(wěn)定性也大大提高，但流動(dòng)性會(huì)有所降低，施工過(guò)程中，可摻入適量的外加劑，使得漿液流動(dòng)性得到顯著改善。漿液拌制人員必須實(shí)時(shí)觀測(cè)普通水泥漿液及磨細(xì)水泥漿液狀態(tài)，為提高濕磨細(xì)水泥的性能，濕磨前必須采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行分散，濕磨后的水泥應(yīng)儲(chǔ)存于低速攪拌機(jī)中備用。

5.3 效果分析

該工程濕磨細(xì)水泥灌漿施工效果見(jiàn)表3和圖5。

表3 桂林川江水庫(kù)壩體采用濕磨機(jī)進(jìn)行帷幕灌漿的效果

圖5 壩體防滲加固灌漿施工綜合剖面圖

從表3和圖5可知，采用濕磨細(xì)水泥灌漿大大提高了吸漿量，保證了灌漿施工質(zhì)量。此次壩體加固處理已于2022年4月底完工，現(xiàn)已進(jìn)入汛期，大壩運(yùn)行管理單位對(duì)壩體總體滲漏量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常蓄水位時(shí)壩體最大滲漏量為4.72L/s，經(jīng)加固處理后的壩體滲漏總量明顯降低，滿(mǎn)足大壩運(yùn)行安全允許滲漏量。

5.4 效益分析

濕磨細(xì)水泥灌漿技術(shù)關(guān)鍵是在于對(duì)水泥顆粒細(xì)度的控制，根據(jù)基體裂隙的特性，選擇適合的粒徑范圍，打破普通水泥灌漿適用限制，改善可灌性，提高灌漿質(zhì)量，同時(shí)，也降低施工成本，減少了粉塵及地表污染，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著。

6.結(jié)語(yǔ)

采用濕磨機(jī)對(duì)漿液進(jìn)行磨細(xì)后再進(jìn)行細(xì)微裂隙灌漿具有灌漿質(zhì)量好，材料消耗少等特點(diǎn)，是一種比較理想針對(duì)可灌性差的地層或混凝土裂縫進(jìn)行灌漿處理的工藝。目前，濕磨細(xì)水泥灌漿技術(shù)基本用于水利水電工程建設(shè)，在市政、公路、房屋建筑等工程領(lǐng)域尚未涉及，值得廣大工程技術(shù)人員借鑒及推廣應(yīng)用，更好地服務(wù)于社會(huì)發(fā)展。