浅析固结灌浆技术于大岗山水电站右岸垫座基础加固中的应用及重要性

闫旭

[摘 要]根据大岗山大坝基础工程建基面及建基面地质情况，Ⅱ类微新岩体分布于中、下部，抗变形能力较强，Ⅲ2类花岗岩分布于上部坝基，基础地质发育β93、β97及f231等陡倾角的辉绿岩脉及断层破碎带，开挖后表部岩体需采取固结灌浆加固后才可满足建基的要求，通过本项目研究，取得满足本工程设计要求的固结灌浆施工工艺和参数。

[关键词]岩脉 破碎带 固结灌浆 试验 施工工艺

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0165-02

1 工程概况

大岗山水电站位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉县挖角乡境内，上游与规划的硬梁包水电站衔接，下游与龙头石水电站衔接。大岗山水电站装机2600MW（4×650MW），工程枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等组成。

该段建基面及建基面以里岩体以微新—弱风化下段的黑云二长花岗岩为主。Ⅱ类微新岩体分布于中、下部，抗变形能力较强，Ⅲ2类花岗岩分布于上部坝基，开挖后表部岩体固结灌浆后即可满足建基的要求。该段主要发育β93、β97及f231等陡倾角的辉绿岩脉及断层破碎带，岩脉均倾向坡里偏下游，岩性为Ⅲ1～Ⅲ2类岩体。

2 研究目的及内容

2.1 问题的产生

针对大岗山电站右岸垫座基础存在强风化裂隙破碎带和辉绿岩脉等不良地质情况，需对基础进行固结，提高基础整体性和地基承载能力才能满足水工建筑物的设计载荷要求。

本文就辉绿岩脉及断层破碎带密集发育的地质构造中，采用水泥浆进行固结技术来加固岩体软弱结构面的施工工艺和技术指标等进行了研究和论述，以期取得满足设计要求的施工参数，达到优化施工技术，提高工程施工质量的目的。

2.2 研究目的

由于右岸大坝拱肩槽地质条件差，进行置换开挖，置换后基础岩体及部分辉绿岩脉、断层需要进行固结灌浆才能满足基础承载力要求。为保证右岸垫座混凝土基础固结灌浆的顺利进行，为了给后续施工提供最佳钻灌工艺参数，故根据现场实际情况，结合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T 5148-2001进行本次固结灌浆试验，从而验证钻灌方法、施工参数、施工工艺的合理性。

2.3 研究内容

⑴探索钻孔方式及通过试验选择有效合理的钻孔设备；

⑵探索引管有盖重灌浆压力的极限值与混凝土或岩体表面台动允许最大变形值的关系，以寻求最佳压力控制范围；

⑶探索在各级灌浆压力下，灌浆材料、各级浆体的可灌性，选择合适的开灌及灌浆比级；

⑷探索预固结灌浆过程中特殊情况下处理方法；

⑸固结灌浆施工工艺探讨与研究，选取边坡预固结灌浆合理的孔径、孔深及钻孔方向；

⑹探索自下而上分段阻塞灌浆法与孔口阻塞自上而下分段灌浆法各自效果及工作效率；

3 研究实施情况

3.1 试验场地

1.试验区选择

本次灌浆试验布置A、B、C两个试验区，A、B、C区均采用引管有盖重灌浆。A、C区为一般岩石基础，B区为岩脉段、断层部位。A、B区全孔分两次灌浆试验（混凝土浇筑前先先进行基岩面5m以下灌浆施工，浅表0～5.0m采用引管至上下游马道，待垫座混凝土浇筑及岩脉加密灌浆后对浅表0～5.0m段进行灌浆）。

2、钻孔试验：

验证YQ100型潜孔钻、钻孔机械设备的可行性，同时探讨此设备钻孔参数合理性，确保机械选型必须技术上可行，经济上合理，已达到固结灌浆目的。

灌浆孔位布置、孔深、孔向布置遵循分序逐渐加密的原则。灌浆孔按梅花形布置，施钻铅直孔（B区岩脉带采用斜孔）。

A、C试验区孔间排距为3.0×3.0m，同排间分三序进行施工；灌浆试验钻孔时采用分序钻孔，同排I、II或Ⅲ序孔灌浆施工完毕后进行下一排孔施工，避免串孔。

B实验区孔间排距为1.5×1.5m

A、B试验区钻孔布置如下图1、2所示：

3.2 主要施工工艺研究

1、钻孔

钻机安装平稳，并固定牢固，调整钻机使钻孔角度与设计孔向一致，经现场质检员检查合格后方可开孔。在钻孔过程中，随时进行孔斜测量，并采取有效措施控制孔斜。

2、洗孔

灌浆前，对所有灌浆孔（段）进行裂隙冲洗。复杂地质区域的钻孔冲洗，按监理指示或通过试验确定的方法进行。

所有灌浆孔的冲洗，采用导管通入大流量水流从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。裂隙冲洗冲至回水变清，并延续10min结束，总的冲冼时间，单孔不少于30min，串通孔不少于2h。对回水达不到澄清要求的孔段，继续及逆行冲冼，孔内沉积厚度不大于20cm。

灌浆孔（段）在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%（压力超过1MPa时取1MPa）。

灌浆孔的冲洗方法：灌浆孔钻至设计深度→将钻具再次下入到孔底→大流量水流进行冲洗→回水变清、孔内沉渣≤20cm→安装好灌浆塞及灌浆管→压力水进行冲洗→回水变清为止。

当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24h，不进行裂隙冲洗。灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）立即进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h，在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

3、孔内压水试验

试验A、B区每段灌浆开始之前均做孔内压水并记录压水值；试验C区做空底端压水试验（自下而上灌浆），以便于后期与检查孔压水值做对比。

4、灌浆工艺试验

浆液配合比采用2：1、1：1、0.7：1、0.5：1四级水灰比。

灌浆段长按第一段2.0m、第二段5.0m、第三段及以下各段5.0m控制，终孔段段长最大不超过8.0m。

具体段长划分及压力选用见表6-1。

5、灌浆方法

A、B区采用孔口阻塞自上而下分段钻孔、分段灌浆法；C区采用一次成孔，采用孔内卡塞自下而上分段纯压式灌浆。基岩面以下0～5.0m暂不灌浆，待混凝土浇筑完成且达到50%强度后再进行灌浆。

6、灌浆次序

灌浆孔分三个次序，按逐序加密原则施工，前序孔与后序孔在岩石中钻孔灌浆的间隔高差不得小于15m。

7、浆液变换

所有灌浆孔段均采用2：1级浆液开灌，逐级变浓，其变浆原则如下：

①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

②当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。

③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

8、灌浆结束

在设计灌浆压力下，注入率不大于1L/min时，继续灌注30min后结束本段次灌浆。

3.3 固结效果检测

灌浆工作全部完成并待凝28天后，在试验区域内布置检查孔，进行取芯、岩样地质描述、五点法压水试验，检查岩体裂隙中浆液结石充填情况，弹性波测试、孔内录像等试验，主要分析方法如下：

①灌浆前孔内压水值与检查孔压水值对比；

②灌浆后检查孔声波值与灌浆前垫座岩体声波值得的对比；

③孔内录像检查孔壁固结灌浆后的浆液结石情况；

4、研究结果

通过试验研究，所选定的YQ100型潜孔钻机作为固结灌浆施工的钻孔设备是可行性的。

对固结灌浆试验区的岩层钻芯取样进行检测，采用3级灌浆的施工工艺能够满足要求，按照2：1、1：1、0.7：1、0.5：14种配比完成灌浆后，采用3级灌浆工艺依次进行灌浆后，岩体整体性得到极大改善，满足工程设计要求。

5 结语

通过在大岗山水电站右岸软弱岩体加固处理过程中，进行固结灌浆工艺和施工技术研究，取得了满足工程施工要求的固结灌浆施工设备、浆液控制指标和灌浆操作工艺，对快速完成右岸不良岩基处理，为大坝主体工程尽早施工创造了良好的条件，加快了工程施工进度。成功将固结灌浆加固处理施工技术应用在辉绿岩脉及断层破碎带强烈发育的岩体加固中，为同类水利工程中采用固结灌浆施工技术进行基础处理提供借鉴。

参考文献：

[1]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T 5148-2001

[2]《建筑地基基础工程质量验收规范》GB50202-2002

[3]《水利水电工程地质规程》DL/T5109-1999