水利水电工程灌浆施工技术

2014-01-19杨秀成

黑龙江水利科技 2014年5期

关键词：序孔压水孔口

杨秀成

(贵阳竣丰建设工程有限公司，贵阳550000)

水利水电工程灌浆施工技术

杨秀成

(贵阳竣丰建设工程有限公司，贵阳550000)

灌浆施工技术作为建筑物地基工程主要的工程技术之一，被广泛的应用于水利水电工程施工，尤其被采用在大坝坝基的防渗与加固处理中。此外，水利水电工程中应用灌浆施工技术又是一项复杂而系统的工程，存在许多的因素会影响施工质量。因此，为了确保施工质量就要对灌浆施工技术的应用进行研究。文章结合具体实例阐述了灌浆施工技术在实际水利水电工程的应用，希望能为同行提供宝贵的意见。

水利工程;水电工程;灌浆施工;回填灌浆;施工技术

0 引言

在水利水电工程施工中灌浆施工技术得到了广泛的应用，在灌浆施工中如何确保施工质量，确保水利水电工程的质量成为了关键问题。必须高度重视水利水电工程中灌浆施工控制工作，在水利水电工程的不同工程项目施工中采取各自有效的控制方法，确保灌浆施工的质量。

1 工程概况

某水电站位于上游河段，工程规模为大(1)型。工程枢纽由混凝土面板堆石坝、右岸泄水建筑物(包括隧洞式溢洪道和泄洪洞)、右岸引水发电系统等建筑物组成。电站装机2台，总装机容量450 MW。某水电站导流隧洞土建工程的基础处理，包括导流洞洞身段的顶拱回填灌浆和围岩固结灌浆、堵头段帷幕灌浆。

2 灌浆试验

现场生产性灌浆试验包括帷幕灌浆、回填灌浆、固结灌浆。灌浆试验包括浆液试验和现场灌浆试验，通过对不同水灰比、材料、施工程序和方法进行灌浆试验，检查灌浆效果，确定灌浆参数，指导灌浆施工，灌浆试验的参数按技术规范需要经过监理工程师的批示执行［1］。

浆液试验:依据监理工程师的相应指示，试验不同水灰比以及不同掺合料等的浆液。试验的内容包括:浆液配制程序及拌制时间;浆液的密度或者比重的测定;浆液流动性或流变参数;浆液的凝结时间;浆液结石的容重、强度以及渗透性等;监理工程师规定的其他内容。

现场灌浆试验:生产性灌浆试验拟选择场地的地质条件应与实际灌浆区相似。对于试验孔的布置需要依据业主提供施工图纸要求或者参照监理工程师安排来进行，对于孔深、灌浆压力等试验参数的选择也要根据监理工程师要求的和有关规范来进行。

3 回填灌浆

3.1 施工程序

回填灌浆分区段进行。分区端必须封堵严密，灌浆分两个次序，施工时自较低的一端开始，向较高的一端推进。同一区段内的同一次序孔全部或部分钻孔完成后进行灌浆［2］。回填灌浆工艺流程见图1。

图1 回填灌浆工艺流程图

回填灌浆的分序序数以及分序手段依据实际的地质情况以及工程要求来确定。此外，还需报送监理工程师审批。

3.2 施工方法

钻孔:在隧洞衬砌顶拱 90°～120°范围，采用YT—28气腿钻在预留Φ50 mmPVC管中钻孔，孔径Φ 42 mm，孔深入基岩10 cm。

埋管:埋设Φ25～40 mm钢管作为灌浆孔口管并进入岩石5～8 cm。

灌浆:待相应混凝土衬砌达到70%设计强度时，按划分的灌浆区段分序加密进行。

回填灌浆采用3SNS砂浆泵、JJS-2B搅拌桶、GJY-Ⅲ型灌浆自动记录仪配套使用，纯压式灌浆法施工。水灰比为:Ⅰ序孔0.6(或0.5):1，Ⅱ序孔1∶1和0.6(或0.5):1，空隙大的部位灌砂浆。结束标准为:在合规的压力状态下下，停止灌浆孔的吸浆工序，而且继续灌注5 min，这样就可以结束。

封孔:采用扎管法。待浆液凝固后，割除管头，采用水泥砂浆进行补封并将表面压抹平整［3］。

4 固结灌浆

4.1 施工程序

固结灌浆采取全孔一次钻进，终孔后全孔一次灌浆法。单孔段灌浆施工工艺程序为:钻孔→冲洗→洗缝→压水→灌浆→封孔。

4.2 施工方法

4.2.1 单元和孔段划分

固结灌浆施工时，按每一混凝土衬砌段12 m划为1个灌浆单元，按环间分序、环内加密的措施进行施工。围岩固结灌浆依照环间分序、环内加密的原则来进行，环间分2个次序，地质不良地段可分为3个次序。

4.2.2 钻孔

采用YT-28汽腿钻钻机造孔，孔径Φ 42 mm，孔深入基岩6 m。

4.2.3 冲洗

在各孔段钻孔工序完成后，需要对钻孔进行冲洗。冲洗选择孔口敞开式孔底导水法，是指利用导管(钻杆)通入大流量水流，从孔底向孔外进行冲洗。这种冲洗要直至回水无残留物后10 min为结束。

裂隙选择压水法脉动式进行冲洗，注意单孔时长要≥30 min，串通孔时长则要≥2 h。对回水没有达到澄清的孔段，继续冲洗，孔内残存的沉积物厚度允许的最大值为20 cm。

冲洗水压采用80%的灌浆压力，冲洗风采用50%的灌浆压力。

4.2.4 压水试验

在对各孔段进行灌浆之必须首先进行压水试验，试验方法选择“简易压水”。简易压水试验通常是在裂隙冲洗后进行或者连同裂隙冲洗一起进行。采用压力应为灌浆压力的80%，时长需要20 min，每间隔5 min测试一次压水流量，将最后的流量值作为计算流量，其结果以透水率表示［4］。

4.2.5 灌浆

灌浆的压力为0.3～0.5 Mpa。对于接触段以及注入率要求大的孔段进行分级升压。原则上，固结灌浆是一泵灌一孔。但是当出现相互串浆时，也可以选择群孔并联灌注，不过并联的孔数最好保持在2个以下，控制灌浆压力。实际灌浆中，需要先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一孔灌浆结束后，再进行第二序孔，以次数推。

4.2.6 结束与封孔

固结灌浆在要求的压力状态下，当灌入率≤0.4 L/min，继续灌注30 min，灌浆即可结束。如果在实际灌浆中，长时间达不到结束标准，那么此时应该报请监理工程师共同研究解决方案。

5 帷幕灌浆

5.1 施工流程

帷幕灌浆的施工程序:施工准备→测量放样→抬动孔钻孔以及安装观测装置→下游排先导孔钻孔、压水、灌浆及封孔→下游排I序孔施工→下游排II序孔施工→下游排Ⅲ序孔施工→上游排I序孔施工→上游排II序孔施工→上游排Ⅲ序孔施工→检查孔施工。

钻、灌施工工艺流程:施工准备→孔位放样→钻机定位→第一段钻孔、冲孔→洗缝→压水→灌浆→埋管、待凝→第二段钻、灌→第三段钻、灌→终孔段钻、灌→全孔封孔→移机至下一孔施工。

5.2 施工方法

5.2.1 钻孔取芯

主要采用XY-2回转式钻机和金钢石钻头钻进。无孔口管的帷幕灌浆孔孔径为Φ 76 mm;有孔口管的帷幕灌浆孔的第1段孔径为Φ 91 mm，以下段为Φ 60 mm;压水检查孔孔径为Φ 76 mm。顶拱垂直孔采用YG—30潜孔钻机造孔。

钻孔施工要点:钻孔时尽可能地使用了较长钻具，以保证钻孔孔斜;钻孔前将钻机固定，保证钻机水平，立轴铅直;检查孔钻孔限制了单回次钻进长度≤5 m，以保证岩芯采取率。灌浆孔位偏差≤10 cm。按施工图纸和监理工程师的要求，对于监理工程师要求的钻孔，应予钻取岩芯，按取芯次序统一编号，填牌装箱。芯样的长度最大值要保持3 m及以下，如果发现芯样卡钻或者被磨损，必须及时取出。通常情况下，对于1 m或者＞1 m的钻进循环，如果芯样的获得率＜80%，那么下一次进行循环时要相应的减少50%的循环深度，依次类推，直至减至50 cm。倘若芯样的回收率很低，那么就需要更换钻孔机具或者改进钻进措施。钻孔时，需要对钻孔冲洗水、钻孔压力以及其他可以反映岩石或者混凝土特性的要素予以监测、记录，并且报知监理工程师。同时，要对钻孔操作的工序进行认真的记录，提交给监理工程师。

5.2.2 孔口管

采用孔口管时，灌浆孔当钻灌完第一段(2 m)后镶嵌孔口管，孔口管采用Φ 89 mm地质管，比以下段孔径大2级，有利于孔内事故的处理。孔口管的镶嵌采用水泥砂浆人工埋管法，其方向必须与钻孔垂直，长度为深入基岩≥2 m，并待凝72 h;孔口管管口采用了法兰盘结构，比丝扣结构更安全可靠。

5.2.3 冲洗与压水试验

5.2.3.1 钻孔冲洗

帷幕灌浆孔各孔段钻孔完成后均进行冲洗。冲洗采用孔口敞开式、孔底导水法，即采用导管(钻杆)通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗，冲洗冲至回水澄清后10 min结束。

5.2.3.2 压水试验

帷幕灌浆孔各孔段灌浆前均进行了压水试验，压水试验采用“简易压水”;压力为灌浆压力的80%，该值若＞1 MPa时，采用1 MPa;压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以吕容表示。先导孔、帷幕常规检查孔压水试验采用“单点法”，压力为灌浆压力的80%，该值若＞1 MPa时，采用1 MPa。

5.2.4 灌浆

1)原材料:水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，且水泥存放期不超过3个月，符合质量标准，不受潮结块。水利用混凝土施工供水系统供水，符合JGJ63—89第3.0.4条的规定，拌浆用水的水温≤40℃。

2)灌浆方法:第一段采用常规阻塞孔内循环灌浆法;以下各段采用自上而下分段、小口径孔口封闭孔内循环灌浆法;压水、灌浆选用3SNS三缸高压灌浆机;射浆管采用 Φ 50 mm钻杆，距孔底距离≤50 cm。

3)浆液变换:灌浆采用水泥浆液的水灰比(重量比)为五级:3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1;开灌水灰比为3∶1。浆液变换为当满足:灌入量＞300 L，且压力与灌入率变化不大时;灌注时间＞1 h，且压力和灌入率变化不大时。其中一条时，可变浓一级水灰比灌注;改变水灰比后如压力突增或吸浆率突减，则回原级水灰比灌注;一般不进行越级变浆。

4)结束标准:在灌段最大设计压力下，孔段注入率≤0 L/min，延灌90 min。或在灌段最大设计压力下，孔段注入率≤0.4 L/min，延灌60 min。

5)孔斜控制:钻孔开孔前严格校正钻机立轴角度，保证开孔角度满足设计要求。孔口管埋设要求按设计角度采用角度尺和罗盘校验埋设。钻孔孔深20 m以内严格控制钻进参数，保证钻孔竖直。

6)终孔验收与封孔:钻孔终孔后，必须进行验收;终孔验收后进行终孔段灌浆，灌浆结束后进行“置换—压力灌浆法”封孔，全孔灌浆结束后，用配合比为0.5∶1浆液按10～15 m的段长做一次自下而上复灌，灌浆压力按原灌浆压力，待水泥浆干硬后，对未被填满部分排除孔内集水，再直接用干硬性水泥砂浆封填。