浅谈帷幕灌浆

2014-01-22沈小明

中国新技术新产品 2014年15期

沈小明

（中电（福建）电力工程有限公司，福建南平 353000）

一﹑工程概况

梁家坪水库位于福建省邵武市和平镇，所在河流为富屯溪流域内的支流，是一座以灌溉为主，结合供水﹑养殖等综合利用的小（二）型水库。水库枢纽工程包括拦河坝﹑溢洪道﹑输水涵洞等建筑物。大坝为均质土坝，坝顶实际高程413.0m，上游防浪墙墙顶高程413.6m，坝顶全长118.0m，最大坝高15.4m，坝顶宽度3.0m。迎水坡为干砌块石护坡，坡比1:2.5，背水坡为土石坝坡，坡比1:2；高程402.2m以下为排水棱体，棱体顶宽1.5m，上﹑下游边坡分别为1:1与1:1.2。

水库建成于1974年3月，历经多年使用后，建筑物逐渐遭受到不同程度的损坏，出现多种问题，不能满足安全运行和使用需要。同时，岸坡坝段和绕坝渗漏严重，经过多方案比选，推荐采用帷幕灌浆处理。

二﹑帷幕灌浆施工

1 施工布置

按设计要求，将灌浆孔布置在坝顶轴线上，分为Ⅲ序，孔距为2.0m，共计60孔，孔位轴向偏差≤10.0cm，灌浆后压水试验透水率q≤5.0Lu。

2 施工方法

2.1 施工设备

造孔采用3台150型回转式钻机及金刚石钻头，灌浆采用3台高压灌浆泵。

2.2 施工程序

采用3序跳孔法施工，先钻Ⅰ序孔，Ⅰ序孔钻灌后再进行Ⅱ序孔，Ⅱ序孔钻灌后再进行Ⅲ序孔。施工工艺流程如图1：

2.3 主要施工方法

2.3.1 测量放样

根据监理提供的测量控制网点及水准网点资料，复核测区内有关平面控制点和水准点数据，在二等控制网点的基础上增设施工所需的三等平面和高程控制网点。施工控制网与二等网点组成大地四边形网，设4个控制点，6条边，平均边长150.0m，组成全边角网。同时，在4 个控制点上进行光电测距三角高程测量，建立三维控制网。

2.3.2 灌浆孔布置

灌浆孔布置在坝顶轴线上，分为Ⅲ序，孔距2.0m，孔位轴向偏差≤10.0cm，孔深由坝基面至相对隔水层以下1.0m。

2.3.3 造孔

采用91.0mm的孔径，金刚石钻头钻进，用水冲洗，记录钻杆﹑钻具﹑机上余尺长度。

2.3.4 孔斜测量

垂直或顶角小于5°的帷幕灌浆孔，其孔底偏差值不得大于表1规定的数值。若钻孔偏斜值超过规定，应采取补救措施，对钻孔进行纠斜或封堵重钻。如表1所示。

钻机安装应平整稳固，开钻前加强观测，埋设好孔口管，钻机主轴方向正确，开钻时先采用慢速低压钻进。

采用钻孔测斜仪全孔测斜，在钻孔过程中定时进行孔向测量。每5.0m量测一次，不足5.0m的钻孔，终孔必须量测一次。

2.3.5 冲洗和压水试验

（1）冲洗

采用风水联合冲洗，将具有一定压力的风﹑水两管同时下入孔底，孔口敞开，通过阀门控制，轮换向孔内送入风﹑水，使孔内裂隙充填物顺着风水混合体携带出来。

冲洗水压采用80.0%的灌浆压力，该值大于1.0MPa时采用1.0MPa；冲洗风压采用50%灌浆压力，该值大于0.5MPa时采用0.5MPa。

（2）裂隙冲洗

裂隙冲洗应冲洗至回水澄清后10.0min结束，且总的时间要求，单孔≥30.0min，串通孔≥2.0h。对回水达不到澄清要求的孔段，继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度≤20.0cm。当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24.0h，不得进行裂隙冲洗。裂隙冲洗过的孔应立即进行连续灌浆作业，因故中断超过24.0h的，应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

（3）压水试验

采用简易压水法进行压水试验，应在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行。其试验压力取灌浆压力的80.0%，该值大于1.0MPa时采用1.0MPa；压水时间20.0min，每5.0min测读一次压水流量，选取最后的流量值作为计算流量。

图1 帷幕灌浆施工工艺流程

2.3.6 灌浆方法

按分序加密的原则进行，分Ⅲ序，先进行Ⅰ序孔，然后Ⅱ序孔，最后进行Ⅲ序孔施工。采用自上而下分段灌浆法，灌浆塞应阻塞在该灌浆段段顶以上0.5 m处，防止漏灌。各灌浆段灌浆结束后一般可不待凝，但在灌前涌水﹑灌后返浆或遇其他地质条件复杂情况，则应待凝，待凝时间应根据设计要求和工程具体情况确定。

每灌浆段采用5.0m长度，可适当调整；在岩石条件较好﹑渗透性较弱的地区，段长可长些，但不得大于10.0m；灌浆段的长度因故超过10.0m，对该段应采取补救措施；在岩石破碎﹑裂隙发育﹑渗漏严重的地区，段长缩短至3.0—4.0m。

射浆管距离孔底≤0.5m。灌浆压力应尽快达到设计压力值（灌浆压力为0.6—0.9 MPa，Ⅰ序孔采用小值，Ⅱ﹑Ⅲ序孔采用大值），当注入率较大或易于抬动的部位应分级升压，但最大压力值不允许超过每段规定的极限压力值，而且灌浆过程中不允许降压，方法如表2所示。

2.3.7 灌浆材料

（1）采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5（R），细度要求：通过80.0μm的方孔筛，其筛余量不大于5.0%。

（2）根据灌浆需要，可加入以下掺合料：

砂：质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于1.5mm。

表1 帷幕灌浆孔孔底允许偏差值（m）

表2 灌浆注入率与压力之间的关系

膨润土或黏性土：膨润土品质应符合GB/T 5005《钻井液材料规范》的有关规定，黏性土的塑性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005mm）含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量不宜大于3%。

粉煤灰：品质指标应符合DL/T 5055《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》的规定。

水玻璃：模数宜为2.4～3.0，浓度宜为30～45波美度。

（3）根据灌浆需要，可加入以下外加剂：

①速凝剂：水玻璃﹑氯化钙等。

②减水剂：木质素磺酸盐类减水剂﹑萘系高效减水剂﹑聚羧酸类高效减水剂等。

③剂：膨润土及其他高塑性黏土等。

④他外加剂。

（4）各类浆液中加入掺合料和外加剂的品种﹑性能及数量，应根据工程情况和灌浆目的通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定。外加剂的品质应符合DL/T 5100《水工混凝土外加剂技术规范》的有关规定。外加剂凡能溶于水的，应以水溶液状态加入；膨润土宜加水润胀后再加入。

2.3.8 制浆

制浆材料应按规定的浆液配合比计量，计量误差应小于5.0%。水泥等固相材料宜采用质量（重量）称量法计量。制浆过程要严格控制投料量﹑掺合料及外加剂，各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和粘滞度等参数，并作好记录。

纯水泥浆液的拌制时间，使用高速制浆机时应大于30s；使用普通搅拌机时应大于3min。浆液在使用前应过筛，浆液自制备至用完的时间不宜大于4h。拌制细水泥浆液和稳定浆液时，应使用高速搅拌机并加入减水剂。细水泥浆液自制备至用完的时间宜少于2h。

集中制浆站宜制备水灰比为0.5:1的纯水泥浆液，加料误差应＜5.0%，输浆流速 1.4～2.0m/s，输浆压力 0.2～1.0MPa，各灌浆地点应测定来浆密度，并根据各灌浆点的不同需要调制使用。浆液温度保持在5～40℃，低于或超过此标准的视为废浆。

2.3.9 浆液水灰比和变浆标准

浆液水灰比：遵循由稀到浓的原则逐级变换，分为 5﹑3﹑2﹑1﹑0.8﹑0.5等六级，开灌水灰比采用5：1。

变浆标准：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级的浆液注入量已达到300.0L以上或灌注时间已达30.0min，而灌浆压力和注入率均无显著变化时，改换较浓一级浆液灌注；当注入率＞30.0L/min时，可视具体情况越级变浓；当灌浆压力或注入率突然改变较大时，应查明原因，采取相应措施。

2.3.10 灌浆结束标准

采用自上而下分段灌浆法，灌浆段在最大设计压力下，当注入率大于0.4L/min后，继续灌注30min，或注入率不大于1.0L/min时，继续灌注60min，可结束灌浆。

2.3.11 抬动变形观测

（1）设有抬动变形观测装置的部位，观测孔周边10.0m范围内的灌浆孔（段）在裂隙冲洗﹑压水试验及灌浆过程中均应连续进行抬动变形观测，其观测成果应反映在灌浆综合成果中。

（2）应派专人进行抬动变形观测﹑记录，每10 min测记一次读数，数值上升较快时应加密测读，抬动变形观测允许值200μm，当变形值接近允许值时，各工序操作人员应降压施工，防止发生抬动破坏。

（3）抬动变形观测装置应防止碰撞﹑震动，在非观测期间应妥善保护﹑防止破坏；在露天砼压浆板上进行观测时应有防雨﹑防晒设施；使用的千分表须经计量部门鉴定，在使用过程中经常检查校验，确保其灵敏度和准确性。

2.3.12 特殊处理

（1）灌浆过程中发生冒浆时，应视具体情况采用嵌缝﹑表面封堵﹑加浓灌液和降低压力等方法处理。

（2）发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时灌浆。否则，应塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔﹑冲洗﹑而后继续进行钻进或灌浆。

（3）涌水量较大的孔段，灌浆前记录涌水压力和涌水量，根据涌水情况，采取下列措施：减短灌浆段长﹑纯压式灌浆﹑浓浆灌注﹑屏浆﹑闭浆﹑扫孔﹑复灌等。

2.3.13 封孔

灌浆结束后，采用分段压力灌浆封孔法封孔，用最稠一级水泥浆液，按10—15 m的段长将全孔作一次自下而上的复灌。等水泥浆干硬后，对未被填满的部分，排除孔内积水，再直接用干硬性水泥砂浆人工封填﹑捣实，孔口压抹齐平。