固结灌浆在坪底供水枢纽工程中的应用

郭仲敏

（山西省水利水电工程建设监理有限公司山西太原 030002）

1 工程概况

1.1 工程概况

1.2 坝址工程地质

坪底水库坝址位于石楼县裴沟乡坪底村下游的屈产河上，坝址区发育Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级3级阶地。坝址出露岩基主要为中生界三迭系二马营组陆相碎屑岩和第四系松散堆积物。坝址区断裂构造不发育，未发现断层，主要为单斜岩层。岩体内主要发育两组节理裂隙。

1.3 固结灌浆设计

为提高坝基岩体的整体性，坝下基础全部进行固结灌浆，灌浆具体范围为2号至6号坝段（0＋023.8～0＋103.55），灌浆深度为入岩5 m，排距2.0 m，孔距4 m，梅花形布设。固结灌浆后，设计要求透水率小于5 Lu，平均波速提高23%以上。为了减小坝基渗漏，降低扬压力，在坝基上游侧设计单排帷幕灌浆。

2 固结灌浆试验

2.1 灌浆试验孔地段的选择和试验孔的布置

在完成高程805.5 m基础混凝土浇筑7天后，参建单位共同确定在大坝左坝肩（0＋084.45～0＋098.45）进行固结灌浆试验。试验孔共18个，其中一序孔12个，二序孔4个，三序孔2个。固结灌浆试验孔布置如图1所示。

图1 坪底水库坝基固结灌浆试验孔布置图

2.2 固结灌浆压力的初步选定

根据设计单位推荐的灌浆压力（0.4～0.7 MPa），结合施工方经验，固结灌浆试验压力暂定为0.4 MPa。

2.3 固结灌浆试验施工

2.3.1 固结灌浆施工工艺流程

固结灌浆试验采用栓塞封闭全孔一次注浆法。施工程序如下：

首先，对免耕播种技术概念认知不清。很多农民群众在具体农业生产过程中单一的将某一项看作是技术的全部，实际上，技术包含多种多样。由于对免耕播种技术认知上存在误区，导致技术在推广应用过程中过于单一，存在多种不规范之处，长此进行下去，势必会影响到先进技术的推广应用，甚至会进一步降低农民群众的应用积极性，使农技推广工作受到巨大影响。

钻机定位—造孔—洗孔—简易压水—灌浆—封孔。

2.3.2 固结灌浆施工

钻孔采用KG910A型潜孔钻机，灌浆孔孔径75 mm，孔深为入基岩5 m，开孔孔位与设计孔位偏差不大于10 cm，孔底偏差值不大于1/40孔深。

钻孔结束后，用3SNS灌浆泵压力水对裂隙冲冼，冲洗时间至回水清净时止，冲洗压力0.3 MPa。

简易压水试验的压力为0.3 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，计算出灌浆前的岩基透水率。

灌浆设备包括3SNS灌浆泵、340 L双层水泥搅拌桶、能承受10 MPa的钢丝编织胶管及软管、压力表及压力传感器、流量计及压力传感器。水泥采用山西华润福龙水泥有限公司产普通硅酸盐P.O 42.5水泥。

按照现场悬挂的水灰比、比重、水泥重量对应表进行水泥浆液配制，人工往搅拌桶倒水泥，水泵抽水，按搅拌桶上标示的刻度控制水量。双桶搅拌机搅拌制浆，搅拌时间控制在3 min以上，浆液制好后在4 h内用完。

灌浆时，先灌注下游排，再灌注上游排，排内分三序施工，单孔全孔一次性灌注，孔口用橡胶球封闭。水灰比采用2、1、0.8、0.5四个比级，开灌浆液水灰比选2。

浆液的变换原则和灌浆结束标准执行DL/T 5144—2012有关规定。

2.4 灌浆试验效果分析

2.4.1 灌浆前后岩基透水率分析

灌浆前共对一序孔进行简易压水试验12段次，其中岩基透水率在10～20 Lu的有2段，在20～50 Lu的有4段，平均透水率22.39 Lu。有6段在压力为零的情况下压水流量大于45 L/min，说明该6段透水率很大。共对二序孔进行简易压水试验4段次，其中岩基透水率在5～10 Lu的有1段，在20～50Lu的有3段，平均透水率为21.45 Lu；共对三序孔进行压水试验2段次，岩基透水率均小于10 Lu，平均透水率为8.34 Lu。以上数据说明，该段基础在灌浆前透水率很大；完成上序孔施工后，下序孔的透水率有不同程度的降低。

固结灌浆试验结束7天后，用单点法钻孔压水试验对试验区段进行了效果检查，岩基透水率值为3.10 Lu，与灌浆前的透水率相比，岩基透水率减小明显，满足小于5 Lu的设计要求。

2.4.2 水泥注入量分析

固结灌浆试验共对一序孔灌浆12段次，水泥平均注入量177.88 kg/m；二序孔灌浆4段次，水泥平均注入量49.7 kg/m；三序孔灌浆2段次，水泥平均注入量为9.24 kg/m，水泥单位注入量符合固结灌浆一般规律。

2.4.3 试验结论

通过对以上数据的分析表明，栓塞封闭全孔一次注浆法适用于坪底水库大坝固结灌浆，灌浆效果能够满足设计要求。因此，在后续施工中，灌浆压力采用0.4 MPa；灌浆孔孔距采用4 m、排距采用2 m；采用KG910A型潜孔钻机、3SNS型灌浆泵、赛智FECGJ3000型灌浆自动记录仪；采用山西华润福龙水泥有限公司生产的普通硅酸盐P.O 42.5水泥。

3 施工中特殊情况的处理

根据试验确定的各项参数进行了大坝基础固结灌浆施工，并针对一些特殊情况采取了相应的处理措施。

⑴坪底水库坝基固结灌浆总孔数368个，其中基本孔共350孔，试验孔18个。灌浆时，盖重混凝土最大厚度2.5 m，最小厚度1.5 m。

⑵串孔的处理

灌浆孔分三序间隔施工、梅花形布置孔位，减少了串孔的可能性。

发生串浆时，先阻塞串浆孔，等灌浆孔完成灌浆后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后进行钻进和灌浆作业。如果注入率不大，采用一泵一孔同时灌浆。如在对Ⅰ序孔347号孔进行灌浆时，发现Ⅰ序孔342号孔发生串孔，随即利用两台泵同时对以上两孔进行灌浆。

⑶当灌浆段注入量大而难以结束灌浆时，采取间歇灌浆的措施。如对Ⅰ序孔74号的灌浆中，由于注入量大，分别在1 h 15 min和2 h10 min后间歇10 min，使得该孔在持续3 h15 min后达到结束标准而结束灌浆，该孔水泥注入量为3 082.86 kg，单位注入量为616.57 kg/m。

4 灌浆质量检查

4.1 检查孔压水试验

大坝基础固结灌浆按灌浆区段共分为19个单元工程，灌浆结束7天后，通过钻孔压水试验对各单元工程的灌浆效果进行了检测。通过检测，各检查孔透水率皆小于设计透水率，详见表1。

4.2 钻孔超声波测试

采用RSM－SY5型智能声波检测仪在灌浆前后分别进行了钻孔超声波测试，经过对灌浆前后实测声波波速数据对比分析，检测区段灌浆后平均波速提高26.8%以上，满足设计要求，详见表2、图2。

表1 检查孔压水试验成果表

表2 灌浆前后声波波速对比表

图2 灌浆前后声波波速对比图

5 结束语

坪底水库在全坝基范围内进行了有盖重条件下的固结灌浆施工，经过岩体透水率检测和钻孔超声波测试，灌浆效果明显并满足设计要求，说明固结灌浆各项指标设计合理，固结灌浆达到了预期的效果。