复杂地质条件灌浆施工技术与质量管理措施分析

吴 伟

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

复杂地质条件灌浆施工技术与质量管理措施分析

吴 伟

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

崔家营工程坝址区基岩构造复杂，溶洞串通，涌水量大且压力较高，基础灌浆一定要严格考察岩层缝隙发育，结合实际施工情况，选择适宜的灌浆技术和质量管理措施，并使灌浆施工技术的理论研究与实际应用水平得到提高。

复杂地质 灌浆 施工技术 质量管理措施

1 工程概况

崔家营工程坝址区基岩大部分被第四系土层所覆盖，露头少，仅右侧河床中有零星露头(礁石)。基岩为白垩系钙泥质砾岩、泥岩和震旦系白云岩、硅质白云岩、灰质白云岩、板岩和片岩。

坝址区震旦系岩层构造复杂。根据钻孔资料统计分析，坝址区共揭露断层16条。其中，F4、F6和F1规模较大，破碎带宽度10m左右，除F9、F15断层穿过白垩系外，其余均为基底断层，发育于震旦系地层之中，基本未切穿上部白垩系地层。

坝址区碳酸盐岩主要为硅质白云岩、白云岩，岩溶发育以溶洞和溶隙为主。溶洞大多被充填，连通性差，基岩面以下0～25m范围内岩体溶蚀较强，以下岩体溶蚀较弱。白垩系钙泥质砾岩岩溶较发育，溶洞中无充填或砂泥质充填。

坝址区白垩系钙泥质砾岩岩体溶蚀风化，规模较大的有RF1溶蚀风化带，沿着该带形成一条大的深坑，基岩出露高程比四周低得多，岩石局部呈泥包石状，岩体工程性状差。还有泥岩、泥灰岩呈层状分布，泥岩全风化呈可塑状态，工程性状极差，可灌性较差。

2 灌浆施工技术

在灌浆过程中一定要按照相关规定要求来进行灌浆工作，并且需要注意以下要求:一定要保证灌浆孔的个数不大于3个，或者说等于3个；在进行灌浆时，一定要事先对灌浆机械进行严格检查；为了使保浆液质量能够达到要求，在进行配比时，一定要按照相关要求进行配比，比例合理，而不是一味地凭经验；在灌浆工作中，一定要严格考察施工的岩层，一定要严格考查缝隙，结合实际施工情况，规划不同的灌浆试验区，最终选择适宜的灌浆工艺参数。

2.1 灌浆试验区

(1)船闸与泄水闸17#～20#孔段是硅质白云岩，白云岩坝段对于岩溶不发育或发育较弱的地段，灌浆试验压力为0.4MPa～1.8MPa。其中混凝土与基岩接触段灌浆试验段长为2.5m～3.0m(盖重2.5m～3.0m)时，压力采用0.5MPa，盖重大于3.0m时压力为0.6MPa；第二段段长为5m，压力采用1.0MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa四个压力级别进行，若遇岩溶、断层、风化岩体不能止水止浆的段次，阻塞置于混凝土内时，灌浆压力采用0.6MPa；对于岩溶发育的地段，由于溶洞的存在，开始可能不起压，则首先进行充填灌浆，待充填完成后，再采用以上压力进行灌浆，最终保证达到以上终灌压力；

(2)泄水闸和厂房段是断层带部位，灌浆试验压力采用0.2MPa～1.2MPa。其中混凝土与基岩接触段段长为2.0m，压力采用0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa四个压力级别试验；第二段采用0.5MPa、0.7MPa、0.9MPa、1.2MPa四个压力级别进行试验。白垩系泥质砾岩、强溶蚀风化砾岩灌浆试验压力采用0.2MPa～1.0MPa，其中混凝土与基岩接触段段长为2.0m，压力采用0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa四个压力级别试验；第二段采用0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa四个压力级别进行试验。白垩系钙泥质砾岩胶结良好，其中发育溶隙和溶洞，一般岩石的透水率为10Lu～30Lu，通过试验确定可以承受较大的灌浆压力，故试验压力采用0.4MPa～1.5MPa，其中混凝土与基岩接触段段长为2m，压力采用0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa四个压力级别进行试验；第二段采用0.7MPa、0.9MPa、1.2MPa、1.5MPa四个压力级别进行试验。

在每一灌浆试验区内，按上述要求、施工程序和方法进行试验，检查灌浆效果，整理分析各序孔和检查孔的单位吸水率、单位耗灰量等的试验资料。

2.2 变浆标准

当灌浆压力保持不变而注入率持续减少时，或当注入率保持不变而压力持续升高时，此时不得改变水灰比。当某一比级浆液量达到300L以上，或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无显著变化时，应换浓一级浆液灌注。当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

2.3 注入量与压力控制

(1)各灌浆段灌浆试验过程中的压力值，不能一次升至该段预定压力值，必须分级升压，待各分段压力段的压力值及浆液注入流量趋于稳定时才升压；当注入率较小的灌段，压力自动上升时，视具体情况尽量降压加大孔内浆液循环量后再升压，以防止回浆管路堵塞和尽量增加浆液灌入量，当注入量小于10L/min时，根据情况，分级提升压力至相应灌浆段的设计压力上限值，并可考虑采用较大的脉冲压力(根据抬动观测控制)打通灌浆通道，视注入率变化情况，通过降压、升压灌注等措施，尽量增加注入率，使灌段达到最理想的灌浆效果。

(2)当灌段吸浆量达到或大于30L/min时，采用设计压力的下限值，仍大于30L/min时，须打开回浆管，将压力下卸，使注入量减至30L/min以下。

(3)注入量10L/min～30L/min，保持设计中间灌浆压力值。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因(是否有串、冒浆及抬动现象)，为避免抬动破坏，压力控制在使注入率突然增大的“临界压力值”之下进行间歇灌注，通过三次间歇灌注，若压力没有明显自动回升趋势，则可以此“临界压力值”灌注至结束，若压力能自动回升，则尽量按原压力灌注至结束，若压力仍不升反降则待凝12h～24h。

2.4 灌浆结束与封孔

在设计灌浆压力下当注入率不大于1L/min时，继续灌注30min后结束。封孔方式，封闭法灌浆结束后，采用“全孔灌浆封孔法”，其它方式灌浆结束后封孔可采用“导管注浆封孔法”或“全孔灌浆封孔法”。封孔压力为该孔灌浆压力。

3 复杂地质灌浆技术

3.1 灌浆方案及调整

泄水闸12#～14#坝段，钻孔检查发现断层破碎带为角砾石，岩体破碎，胶结差，风化强烈，溶蚀强烈，且形成溶洞互通，溶蚀范围较广且严重，透水性强，涌水量大，通过钻孔施工过程中量测，最大涌水量为300L/min，最大涌水压力为1MPa。

这种特殊情况下，固结灌浆在不产生基础混凝土抬动的前提下，最多可采取2～3孔同时灌浆，灌浆压力适当加大，从低到高，最大不超过1MPa，接触段的压力不得大于0.6MPa，必要时可掺入速凝材料，或采取水泥砂浆灌注，固结灌浆先分别对每个坝段的周边孔进行灌浆封闭地下水道，然后再对坝段中间的孔灌浆，固结灌浆时采用限量、待凝、灌浆、中间孔不限流、不限量不待凝灌浆，因此对12#～14#坝段固结灌浆作出以下调整。

(1)按原设计梅花型布孔不变，按排分序，从14#坝段向12#坝段分坝段逐渐推进施工(11#和15#坝段固结灌浆已经正常结束)，且已经施工的孔位作废，必须全部重新进行灌浆，以保证坝段固结灌浆整体性和灌浆质量；

(2)固结分为Ⅰ、Ⅱ序孔，先施工I序孔再施工II序孔，先施工上下游两条边上的孔位以封闭地下水源头，再施工左右侧两条边上的孔，逐渐封闭涌水通道；

(3)孔位顺序，同时施工孔与孔之间保持相隔2个以上的孔位，防止互相串通；

(4)采用风动潜孔钻和地质钻机造孔，孔内涌水量大于100L/min，涌水压力大于0.3MPa时，则改用地质钻机扩孔至φ150mm～φ168mm，尽量清除其充填物，结合具体的施工条件，可采用风水轮换冲洗干净后，回填混凝土、毛石或级配骨料后进行水泥砂浆或纯水泥浓浆灌注，水泥砂浆配合比为0.5∶1∶0.6，水泥浓浆为0.5∶1。

(5)对压水吕容值在25lu/min以下的孔段采用纯水泥浆灌注，开灌水灰比为2∶1，逐级变浆至结束，灌浆采用纯压式灌浆法，此工法施工简单，工效快，且浆液流速慢容易沉淀，适合该部位的灌浆施工。钻孔资料表明，12#～14#坝块的混凝土与基岩的接触段及基岩3m～5m以下均已被地下承压水掏空，为了确保基岩面上的水工建筑物的稳定和安全，灌浆时可采取不待凝、不限量，一次性充填满的灌浆方式，使灌浆压力和流量达到正常结束标准。

3.2 灌浆施工异常情况处理

灌浆过程中如地表发生冒(漏)浆现象时，根据冒(漏)浆量的大小，采用下述方法处理：

(1)冒浆量较小时，可不作专门处理按正常灌浆方式灌注至灌浆结束标准；

(2)冒浆量较大时，采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理，辅以采取嵌缝、地表封堵方法处理；

(3)钻孔穿过断裂构造发育带，发生塌孔、掉块或集中渗漏时，立即停钻，查明原因，采取压缩段长进行灌浆，处理合格后再进行下一段的钻灌作业；

(4)钻灌过程中如发现灌浆孔串通时，查明串通量和串通孔数、范围，采取封孔方式或并灌工艺，并灌时分段分孔升压和结束灌浆，防止发生抬动变形。有涌水的固结灌浆孔测定孔口压力，灌浆压力等于设计压力加孔口压力，加入速凝剂，采取待凝灌浆方式等综合措施处理；

(5)如遇注入率大、灌浆难以正常结束的孔段时，应暂停灌浆作业，对灌浆影响范围内的地下溶槽、溶洞、断层，灌浆时采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆法灌注，必要时亦可掺加适量速凝剂灌注，再重新扫孔、补灌。

灌浆资料整理完毕后，根据声波检查和钻孔检查，发现局部存在一定的灌浆质量稍差，必须进行局部的补充钻灌处理。

4 灌浆施工的质量管理措施

4.1 加强内部质量管理和监督体系

质量管理的重点是加强内部质量管理水平，只有内部质量管理水平达到要求才能使外部质量具有保障性，内部管理的主要组成部分有内部监督体系与质量的监控，只有体制完善，后续工作展开才能有序可行。结合地质情况复杂，成立由业主、设计、监理和施工单位联合组成的责任监督小组，责任监督小组每日召开分析会，对施工情况进行考核和监督，此外还要按时对施工人员进行考核和监督。小组成员还要对施工质量进行控制，对施工进行相应的管理工作，这两大因素决定着工程质量。而且实际施工过程中，小组成员对获取的数据要有衡量意识，从而避免出现不必要的问题。

4.2 做好质量检查分析、总结

在内部质量监督管理和外部质量监督管理共同协作后，应要采集相关的监测数据，采集监测数据工作由灌浆施工人员来完成，相关人员对这些数据进行认真分析后，此外要认真研究所得到的图表，并对其做好总结工作，使最终得出的灌浆施工工程质量具有安全性和合理性。

5 结语

崔家营工程2009年投入运行以来，通过观测数据表明主体结构物变形和位移满足安全运行要求。本案例通过理论结合实际，对坝基基础固结灌浆工艺和质量监管进行了调整和优化，对不良复杂地质情况下固结灌浆有一定的指导意义。灌浆施工技术是在水利水电施工过程中不可或缺的重要组成部分，在实际施工过程中情况相对复杂，所以，施工管理和技术人员一定要增强灌浆施工质量意识，结合实际地质复勘的具体情况，对灌浆施工技术的要点难点具有充分的把握，相关责任人员要提高质量监督管理的水平，内部质量监督管理和外部质量监督管理共同协作，才能最终做到“百年大计、质量第一”的标准，促使灌浆方法的理论研究与实际应用水平得到提高。

吴 伟(1973.10-)，男，湖北襄阳人，本科，工程师，主要从事水利水电工程施工管理和施工技术工作。

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