水利工程大坝固结灌浆施工技术研究

2014-01-21庭玉河

黑龙江水利科技 2014年7期

关键词：封孔制浆大坝

庭玉河

(贵州水利实业有限公司，贵阳550000)

水利工程大坝固结灌浆施工技术研究

庭玉河

(贵州水利实业有限公司，贵阳550000)

在现代水利水电工程中，大坝基础固结灌浆技术是水利枢纽对基础工程处理的一种重要方法之一。文章阐述了思南县过水湾水库固结灌浆施工技术的应用及方法，通过质量检查，思南县过水湾水库大坝基础灌浆效果非常明显，适应性强，成本比较低廉。

水库;大坝;基础;固结灌浆;钻孔;检查

0 引言

随着水利工程建设的发展，国内在一些地质条件复杂的地层，例如岩溶发育、冲积层深厚、渗透性大的地区，也逐渐修建大坝，甚至有很多是100 m以上的高坝，故而大坝坝基灌浆工作也就随之由易到难，因而必须对地基基础采取有效地处理，提高地基的稳定性。

以下主要阐述的是思南县过水湾水库固结灌浆施工技术的应用。

1 工程概况

思南县过水湾水库位于思南县宽坪乡水田湾寨，距思南县城约56 km、距宽坪乡4 km，水库工程任务为灌溉、供水兼有发电功能。工程设计灌溉0.338万hm2，灌溉年用水量为2 038万m3(P=80%);乡镇及农村年供水量260万m3(P=95%);坝后电站装机1 200 kW，年发电量为373.2万kW·h(P=90%);水库正常蓄水位678 m，死水位662 m，兴利库容777万m3，总库容为1 210万m3;水库规模为中型，工程等别为Ⅲ等。

水库大坝位于杨家河中下游水田湾村约1 km河段，水库设计正常蓄水位高程678.00 m，死水位高程662.00 m。坝型为C15常态混凝土单曲拱坝，坝顶宽5.0 m，最大坝底宽17.7 m，坝顶长度183.804 m。大坝枢纽由水库大坝、坝顶溢流表孔、放空底孔、发电取水埋管、发电厂房等主要建筑物组成。

2 制浆

2.1 制浆站布置

固结灌浆采用集中制浆，分散输浆的方式供浆。集中制浆站布置在大坝下游左岸平台上(主要供给坝基、护坦、坝肩下部灌浆)和右岸坝顶1076.6平台上(主要供给坝肩上部灌浆)，以不影响交通为原则，用Φ50 mm钢管搭设4 m×6 m水泥平台，主要作用是对灌浆使用的水泥进行放置。制浆站的设计见图1。

图1 制浆站示意图

在进行制浆站的布置时，为了对浆液的废弃量进行降低，应该尽可能的将输浆泵布置在靠近配料台附近的位置。灌浆浆液严格按配合比进行拌制。

2.2 灌浆材料及制浆

主要包括2个方面:

2.2.1 灌浆材料

在需要对灌浆施工中涉及到的灌浆材料进行严格的质量检查，必须要求灌浆材料满足设计质量要求以及相关规范要求，并且具有相关质量认证书［1］。在材料进场或者入库之前需要对其进行严格的检查和验收工作，并且将试验检测得到的结果交给监理工程师。

2.2.1.1 灌浆水泥

本工程所使用的灌浆水泥其品质必须与相关规范标准相符，对于受潮结块的水泥严禁投入工程使用，并且需要做好水泥的防潮工作，对水泥的存放时间进行尽可能的缩短，尽快使用小时工现场的水泥。如果施工现场的水泥存放的时间已经超过一个季度，那么需要重新对其进行试验检查，合格之后才能够投入使用。

2.2.1.2 灌浆用水

灌浆用水采用江水或供水系统提供的水，水质要求应符合拌制混凝土用水的标准［2］。

2.2.1.3 水灰比

采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶14 级水灰比的普通浆液，开灌水灰比为3∶1，各级水灰比浆液密度、流动性、沉降稳定性、析水率、黏结强度通过室内试验均满足施工要求。

2.2.2 制浆

在制浆的过程中，需要根据相关规范和设计要求对灌浆的配合比进行计量和确定，在计量的过程中要严格对计量作业产生的误差进行控制，通常控制在5%以下，水泥等固相材料采用重量称量法计量;各类浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度，并作记录。

在对浆液搅拌的时间进行控制的过程中，需要根据搅拌机的类型进行确定，如果采用的是高速搅拌机械，那么搅拌的时间应该在半分钟或以上，如果施用的是普通的搅拌机械，那么搅拌的时间必须要在3 min或以上。浆液搅拌结束之后，需要对浆液进行详细的试验检测工作，检测合格之后就可以对浆液进行运输。此外，还需积极的做好浆液的降温以及防晒措施，保证浆液的温度控制在5℃ ～40℃，如果不在此范围内那么需要将浆液进行废弃。

3 大坝固结灌浆工程施工

本工程固结灌浆范围为拱坝建基面。施工包括6个方面:

3.1 施工程序

先施工边排，后施工内排孔，边排施工中，先施工下游排，后施工上游排。采用全孔灌注法，施工工艺流程为:钻孔→冲洗→压水→灌浆→封孔结束［3］。

3.2 施工方法

3.2.1 钻孔

采用XY－1型地质回转式电动液压钻机，硬质合金钻头钻进，开孔孔径91 mm，终孔孔径Φ75 mm。施工前按施工图测量放样，孔位偏差≤10 cm，孔深应符合设计规定，为了保证孔向与设计钻孔方向一致，在钻机安装时，班组人员须先校正水平，加固，使立轴方向与钻孔方向一致，经质检员和监理工程师检查合格后，方能开孔钻进。如图2为注浆孔布置示意图。

图2 注浆孔布置示意图

3.2.2 冲洗

根据钻孔情况，采取单孔冲洗和群孔冲洗，对不串通的孔采取单孔冲洗，冲洗的压力可为该孔段灌浆压力的80%，将清水压入孔底返出，直至返出的水呈清澈状为止。

若在施工中遇到各钻孔间裂隙相互串通的情况，则采用群孔冲洗法，把一组钻孔(3～5个)，同时使用气和水进行冲洗，从1～2个钻孔中进气，从其他钻孔中冲洗出黏土等杂质，而后，轮换进气进水，反复冲洗，直至各孔均被冲洗干净，返水清澈，孔底沉淀物≤20 cm为止。

3.2.3 压水

钻孔冲洗干净后，则进行测水位，压水试验，压水压力值为灌浆压力的80%，压水时，派专人密切观察垫层混凝土的抬动情况，在保证混凝土不产生抬动的情况下，尽可能采用大的压力，以保证压水试验后能了解地层的真实情况。

3.2.4 灌浆

3.2.4.1 采用全孔灌注法

灌浆压力是保证固结灌浆质量效果的重要手段，固结灌浆压力为:上下两排宜为0.3 MPa，中间排宜为0.5 MPa(具体实施时以设计施工为准)。或通过现场试验确定，在保证垫层混凝土不产生抬动的情况下，采用较大的灌浆压为。

3.2.4.2 灌浆的比级变换原则

灌浆的水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1(或0.5∶1)等4个比级，开灌水灰经采用3∶1，灌浆的浓度应该不断地发生改变，从稀变成弄，不断的进行变换。

3.3 灌浆的结束标准

灌浆结束的标准需要根据以下两种情况进行确定:

1)在设计压力下，注入率≤0.4 L/min时，延续灌注30 min。

2)灌浆全过程，在设计压力下，灌浆时间≥60 min。

3.4 封孔

钻孔灌浆作业结束之后，需要由监理工程师对其效果进行及时的验收工作，验收合格之后才能够进行封孔作业。

采用不同的灌浆方法所利用的封孔的方法也是不同的，在固结灌浆中如果采用的是自上而下分段灌浆法，那么所采用的封孔方法应该是分段压力灌浆封孔法，如果采用的是自下而上分段灌浆方法，那么采用的封孔方法应该是置换和机械压力灌浆封孔法。

与此同时，需要结合人工封孔，人工封孔主要是在机械封孔结束后，灌浆下沉干缩后形成表面孔段空隙，这时用人工拌合75#水泥砂浆注入孔内，振捣密实并抹平。

3.5 灌浆质量与效果检查

在大坝固结灌浆施工结束的一个星期之后，就可以对灌浆的质量进行检查，主要是对灌浆的质量进行全面的检查，对得到的数据进行详细的整理和分析，对灌浆的效果进行严格的保证。

固结灌浆质量检查合格标准:85%以上试段的透水率不大于设计规定值(断层软弱带合格率为90%)，其余试段的透水率不超过设计规定值的150%，且不集中。

考虑到灌浆压力和浆液扩散范围的影响，由于孔距较大，若个别孔透水率较大，不满足合格标准，按要求进行补灌处理。质量检查孔按灌浆孔要求进行灌浆封孔处理。

3.6 特殊情况处理

1)钻孔穿过段若遇到裂隙密集带，发生塌孔、掉块或是渗漏、涌水时，应立即停钻，查明原因，并采用压缩段长进行灌浆处理后进行下一段钻灌。对于因塌孔孔内沉积物厚度较大，难以用大流量冲出，影响灌浆质量时，可直接钻至孔底进行扰动灌浆处理，并待凝24 h。并及时向监理、设计上报。

2)灌浆中断的处理。在灌浆施工中，是要求灌浆作业时连续不中断的，但是如果在实际施工中，遇到一些突发情况导致灌浆中断，那么需要对灌浆中断的时间进行尽可能的缩短，尽可能早的将灌浆作业进行恢复。如果灌浆中断的时间＞30 min，那么需要采取各种有效的办法对钻孔进行冲洗，如果在冲洗中发现并没有明显的效果那么需要扫孔复灌。恢复灌浆作业之后，如吸浆量与中断前相近，可采用中断前比级浆液继续灌注，如吸浆量较中断前减少较多，则浆液应变回起灌水灰比进行灌注。

3)进行无盖重灌浆，在进行第一段灌浆时，表层可能冒浆，施工时，应随时观察，出现冒浆、漏浆现象，可及时进行封堵，漏浆严重时，应进行待凝或低压慢灌，待凝时间为2～4 h，待凝后继续灌注，直至结束。

4)灌浆过程中如发现灌浆孔互相串通时，应查明串浆孔数和范围。如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时进行灌浆，否则，塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，及时对串浆孔进行扫孔、冲洗，并继续钻进和灌浆。同时串浆范围内同时灌浆孔孔数≤2个，以防止混凝土抬动。

5)当耗灰量＞3 000 kg无法正常结束或断层软弱带水泥单耗＞2 000 kg/m时，采取待凝、低压慢灌等措施。当灌浆段正常结束后，可不待凝，直接钻灌下一段。