无混凝土盖重固结灌浆在工程中的应用

周建军 蒲来春

1 概述

吉林台水电站坝址区出露岩石为英安质晶屑凝灰岩、角砾凝灰岩及安山岩,岩体强风化层厚度3 m～5 m,沿断层深达10 m～20 m,弱风化层厚25 m～30 m,沿断层深达40 m,坝址区谷坡卸荷水平深达10 m～14 m。坝址区发育的大小断层700多条,陡倾角裂隙发育,岩性较破碎,其中规模最大的F32断层,宽度可达15 m,深达60 m,与河流成 20°夹角,斜穿整个坝址右岸,由下坝线向上游延伸至河床右侧,通过河床趾板,出露长度为2 km。

结合吉林台水电站的实际情况,先根据常规方法浇筑混凝土盖重,势必影响到大坝填筑进度,参考以往的灌浆工程施工,采取了在覆盖层中埋设1.5 m灌浆孔口管,利用覆盖层做盖重,“孔口封闭、自上而下分段、孔内循环”灌浆法施工工艺。

2 基岩固结灌浆初步设计概况

吉林台大坝趾板基岩固结灌浆的初步设计要求:排数3排～4排,排距 1.5 m～3 m,孔距 3.0 m,孔深 15.0 m,灌浆压力0.2 MPa～0.5 MPa,分两序施工,透水率小于 3 Lu。

3 固结灌浆技术要求

1)施工程序。试验场地选择→测量放样→钻物探孔→钻抬动观测孔→埋设孔口管→钻灌Ⅰ序孔→钻灌Ⅱ序孔→钻检查孔和灌后测试→封孔。2)钻孔。固结灌浆孔采用潜孔冲击回转钻机钻孔,成孔过程中以风作为循环介质。由于试验区无混凝土盖重,表层岩体较破碎,在孔口以下 2.5 m埋设φ 108 mm无缝地质钢管。自孔口管以下灌浆段长分别为2 m,3 m,5 m,5 m。3)钻孔冲洗。灌浆孔(段)在灌浆压水试验前均采用压力水冲洗孔内岩粉,洗孔压力为80%灌浆压力。洗孔时间以回水澄清10 min结束,总的冲洗时间不少于30 min,冲洗后孔底残留物厚度小于20 cm。4)压水试验。灌浆孔灌前都进行了简易压水实验,并按要求选择有代表性、占单元灌浆区5%的灌浆孔(段)进行灌前单点法压水实验。质量检查孔均用单点法作压水实验。5)灌浆材料。采用普通硅酸盐42.5号水泥。6)水灰比。浆液水灰比(重量比)采用 5∶1,2∶1,1∶1,0.7∶1,0.5∶1 五个比级,开灌水灰比采用5∶1。7)灌浆。采用“孔口封闭、自上而下分段、孔内循环”灌浆法施工。灌浆过程采用成都西易自动化系统工程有限公司的WEGJ便携式多功能通用型自动监测仪实时跟踪记录。8)灌浆结束标准。在该段最大灌浆压力下,注入率不大于1 L/min后,继续灌注30 min,可结束灌浆。

4 无混凝土盖重固结灌浆试验情况

▽1 312 m平台固结灌浆共在3个试区进行了试验(见图1)。

1)第一试区:排距1.5 m,孔距3.0 m,各孔段灌浆压力自上而下分别为0.2 MPa,0.35 MPa,0.5 MPa。第一试区20个固结孔灌浆结束后,进行了2个固结检查孔共8段压水试验,其中有4段单位吸水率大于3 Lu,有4段单位吸水率小于3 Lu,合格率50%。由灌浆资料及检查孔压水资料表明此前的各项灌浆参数难以满足设计要求,决定在原试验区增补一个临界压力(即在地表抬动允许(小于200 μ m)的情况下灌浆能够达到的最大压力)试验孔,根据现场实际情况进行第二、第三试区的试验,并在第三试区试验中根据临界压力适当提高灌浆压力。2)第二试区:排距1.5 m,孔距2.0 m,各孔段灌浆压力自上而下分别为0.2 MPa,0.35 MPa,0.5 MPa,0.5 MPa。3)第三试区:排距1.5 m,孔距3.0 m,各孔段灌浆压力自上而下分别为0.3 MPa,0.4 MPa,0.5 MPa,0.7M Pa。

5 无混凝土盖重固结灌浆效果评价

灌浆试验中Ⅰ序孔平均单位耗灰量131.09 kg/m,Ⅱ序孔平均单位耗灰量118.83 kg/m。从各次序孔的单位注入量来看,各次序孔之间耗灰量按常规呈递减趋势。且单位耗灰量频率最大的是10 kg/m～30 kg/m的段次,占27.78%,其次为100 kg/m～300 kg/m的段次,占23.02%,说明该试验区地层可灌性较好。

孔距不同,压力相同时的单位注灰量分析:孔距为2.0 m的第二试区中各次序孔之间耗灰量按常规呈递减趋势;但在同样的地质条件下,灌浆压力相同时,孔距为3.0 m的第一试区各次序之间耗灰量不存在常规的按序递减关系,其原因在于浆液扩散半径达不到要求,各次序孔之间的加密现象不明显,导致单位耗灰量与次序之间无明显规律。但第二试区由于受第一试区的影响,致使各次序孔单位耗灰量明显较小,因而无法进一步加以比较。

孔距相同,压力不同时的单位耗灰量分析:在同样的地质条件下,孔距均为3.0 m时,各次序孔之间耗灰量按常规呈递减趋势,且比较明显,说明加大各次序孔的灌浆压力,有利于增大浆液扩散半径。同时,灌浆压力较大的第三试区各次序孔之间的单位耗灰量均大于第一试区,说明在保证地表不抬动的前提下,适当增大灌浆压力非常有益于保证灌浆质量。

检查孔压水试验分析:检查孔灌浆单位注灰量在1 kg/m～10 kg/m之间,占43.75%,单位注灰量在 10 kg/m～30 kg/m之间,占56.25%,检查孔的单位耗灰量均远小于Ⅰ序、Ⅱ序孔的单位耗灰量,灌浆效果十分明显。且孔距在2.0 m的情况下,检查孔压水透水率均小于设计要求3 Lu,说明减小孔距是保证灌浆质量的有效措施。

6 固结灌浆参数确定

经过无混凝土盖重固结灌浆试验,确定了大坝趾板固结灌浆的各项参数:1)孔距2.0 m,排距1.5 m;2)浆液比级5∶1,2∶1,1∶1,0.7∶1,0.5∶1,开灌水灰比 5∶1;3)段长划分:第一段 1.0 m,第二段3.0 m,第三段5.0 m,第四段5.0 m～6.0 m;4)考虑到大坝基础固结灌浆是在混凝土盖重下进行的,故适当的增加了灌浆压力,自上而下分别为0.3 MPa,0.4 MPa,0.5 MPa,0.7 MPa。

7 结语

通过本次无混凝土盖重的固结灌浆试验现场施工情况和灌浆施工资料综合分析,考虑大坝基础地质条件与固结灌浆的施工条件,得出如下结论和建议:1)个别灌浆孔在进行第一段灌浆时,孔口及周围地表出现冒浆现象,在一定程度上与实际灌浆情况稍微有异。但经过无混凝土盖重固结灌浆后,岩石得到了较大的改善,在调整灌浆参数后,岩石单位透水率和声波测试速度都能达到设计要求值,且确定的各个灌浆参数满足设计要求,达到了预期的目的。结合吉林台水电站大坝趾板基础固结灌浆,认为无混凝土盖重固结灌浆基本能反映实际情况,是比较成功的,在该工程中采用无混凝土固结灌浆技术是可行的。2)无混凝土盖重固结灌浆施工减少了混凝土浇筑和混凝土钻孔工程量,为确保大坝填筑提供了条件,且节省了浇、钻混凝土的费用和时间。3)避免了有混凝土盖重固结灌浆盖板的抬动与处理困难。4)易于观察岩石表面的串、冒浆等问题,便于及时处理。5)在部分灌浆孔的压水和灌浆过程中,出现了地表抬动现象,实际应用中应适量增加抬动观测孔,并派专人观测,发现异常及时处理。