前坪水库砂卵石地基充填灌浆施工工艺及质量控制

2020-01-18党方森杜欣明白俊卫

中国水利 2020年18期

党方森，杜欣明，白俊卫

（河南省水利第一工程局，450016，郑州）

一、工程概况

前坪水库主体工程施工1 标土建段主要施工内容为：主坝坝基清理，坝体填筑，坝基混凝土防渗墙，帷幕灌浆，充填灌浆，灌浆廊道、排水廊道，上、下游混凝土预制护坡，排水系统，坝顶道路，主坝上游戗堤、戗堤高喷灌浆、上游围堰清基、填筑，下游围堰、下游围堰混凝土防渗墙，副坝、左岸防汛路等。充填布置于主坝右坝肩基础砂卵石覆盖层，桩号ZB0+724～ZB0+764 黏土心墙范围内，孔距、排距均为2 m，分二序孔施工。充填灌浆体强度指标28 天4 MPa，渗透系数不大于 5×10-5cm/s。

二、充填灌浆施工

1.施工准备

①场地。施工现场场地规划、布置，设置制浆、排浆设施，灌浆制浆、输浆设备，以及作业平台等场地整理。

②道路。修筑机械设备和施工生产进场道路。

③机械设备。造孔设备、制浆设备、输灌浆配套设备、备用设备等进场、维修保养、调试等施工准备以及报验工作。

④施工供电、供水。施工供电线路配电设施等安装调试，施工供水管道、储水设施、供排水设备准备。

⑤灌浆材料。灌浆用P.O42.5 水泥的进场和质量检验、报验工作，以及外加剂的进场、报验工作等。

⑥施工技术。施工技术交底、质量交底、安全施工交底等交底工作。

⑦施工人员。施工生产人员进场及报验，技术、安全、质量、培训等。

⑧其他。施工前要查明灌浆区内预埋的监测仪器、电缆、管线、止水片、锚杆、钢筋等布设位置。若灌浆孔位放样与其发生矛盾时，需调整固结灌浆孔位或孔向。

2.测量放线

依据设计给定的位置坐标和设计布置要求等，按照施工现场的实际施工顺序安排，进行布孔测量放样、定孔位。钻孔设备就位后按照测量放样给定的钻孔位置进行钻机就位、定位，测量两次复核孔位并调整钻机精确定位，达到设计允许误差要求后方可开钻。

3.施工方法及流程

（1）灌浆施工流程

施工准备→测量放样→钻孔→注入填料→下套阀管→待凝→（分段）开环→（自下而上分段）灌浆→检测。

（2）施工工艺

①钻孔。钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于10 cm；采用冲击回转钻机跟管钻进灌浆孔，终孔孔径不小于91 mm，孔底偏斜率不大于2.5%。

②灌注填料。填料是具有特定性能的水泥黏土（膨润土）浆液，在套阀管与孔壁之间的环状间隙中灌注填料，待其凝结，灌浆时即可防止浆液沿孔壁在垂直方向上流动，以迫使浆液注入地层。填料的性能要求：一是具有适宜的强度，早期强度增加较快，后期强度增加缓慢；二是析水率低，稳定性高；三是密度、黏度适当，易于注入孔内，又不影响下入套阀管，并不使过多的浆液渗入地层中。填料是由水泥、黏土按一定配比（水泥∶黏土∶水为 1∶1.5∶2）混合制成浆液。通过导管从孔底持续注入，中途不能停顿。压注填料的时间不得超过1 h，当孔口返出填料的密度与压注前填料密度差不超过0.02 g/cm3并确定灌满后，可结束填料灌注。

③下套阀管。填料灌注完成后立即下设套阀管。清完灌浆孔后，先注入填料后下套阀管，有利于填料灌注操作，特别是对采用泥浆护壁钻进的灌浆孔的孔壁稳定更有利。套阀管位置要居中并固定，底端与灌浆孔底距离不大于 20 cm，管口出地面10～20 cm，管口加以保护。套阀管专用PVC管，内壁光滑，内径不小于56 mm，底部封闭，在最大灌浆压力下不会产生破坏。沿套阀管轴向每隔0.5 m 设一环出浆孔。每环 2～5 个孔，孔径为 8～15 mm。环孔用橡皮箍箍住。填料灌注完成后待凝3～5 天能灌浆。

④开环。开环指安装好灌浆塞，使用水压力将套阀管出浆孔外侧的橡胶箍胀开、填料破裂的工序。开环后浆液可以从出浆孔流向地层进行灌浆，且浆液不能倒流。待凝结束后向套阀管内下入双联式灌浆塞，灌浆塞出浆口与套阀管环孔位置一致。用灌浆泵对套阀管内灌浆段逐渐加压注入清水，直到清水通过套阀管的孔眼将填料压开，使填料破裂形成通路，即开环。开环后持续灌注5～10 min，即可灌注水泥浆。压水过程中要防止压力突降、注水量突然增大现象。

⑤灌浆材料。浆液为纯水泥浆，采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80 μm 方孔筛筛余量不大于5%。出厂期超过3 个月的水泥不能使用。制浆用水需符合规范JGJ 63—2006。水泥浆的搅拌时间不少于3 min，浆液在使用前过筛，从开始制备至用完的时间不超过4 h，否则作为废浆处理。采取必要措施保持浆液温度在5℃～40℃之间，超此范围作为废浆处理。

⑥灌浆。袖阀管内灌浆自下而上进行，先灌注周边孔，再灌注中间孔。采用纯压式灌浆，灌浆时在套阀管内下入双联式灌浆塞，每次灌注1～2 环孔。充填灌浆压力根据现场试验成果，采用 0.1～0.3 MPa。灌浆过程中灌浆压力由小到大逐渐增加，防止突然升高。灌浆过程中发现冒浆、返浆及地面抬动等现象时立即降低灌浆压力或停止灌浆并进行处理。

灌浆浆液按下列原则逐级变换：当灌浆压力保持不变、注入率持续减少或注入率不变而压力持续升高时，不改变浆液比级；当某级浆液灌入量达到1 000～1 500 L 或灌注时间已达到30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时变浓一级；当注入率大于30 L/min 时可变浓一级。

当达到下列条件之一时结束灌浆：在最大灌浆压力下，注入率不大于 2 L/min，并已持续灌注 20 min；单位注入量达到设计规定最大值。边排孔单位注浆量不大于3 t/m。

⑦封孔。一个单元工程的各灌浆孔灌浆结束并通过验收合格后，要尽早进行封孔；单个灌浆孔结束后不应立即封孔，需要通过单元工程验收合格后才可进行，如单元工程检查不合格仍需对某些灌浆孔进行复灌，直至单元工程通过验收。封孔采用导管注浆法，封孔浆液为最浓一级水泥浆。

⑧特殊情况处理。当施工作业按时终止时，钻孔孔口要妥加保护，防止流进污水和落入异物。灌浆孔完成灌浆后因故需要保留，在孔内回填细砂，孔口加塞保护。当钻孔偏斜使得相邻灌浆孔之间距离过大时，要采取补救措施，必要时补钻灌浆孔进行灌浆。若套管开环困难，根据情况采用下列方法处理：检查灌浆塞位置是否正确，并加以调整；使用较高压力，进行高压开环；高压开环无效时，可上移或下移一环进行开环，两环合并灌注；连续两环高压开环无效时，可采用定向爆破或水压切管器将该部位套阀管炸裂或切开，而后进行灌注。灌浆时沿孔壁冒浆或地面发生冒浆，根据情况采用下列方法处理：堵塞冒浆处；降低灌浆压力，浓浆灌注；间歇灌浆；在浆液中加入掺合料或外加剂。灌浆时套阀管内返浆，要查明漏浆位置，分别采用下列方法处理：采用自上而下灌浆法；重新安设灌浆塞或加长灌浆塞；在套阀管内使用无塞上提法灌浆。灌浆因故中止，要尽快恢复灌浆。恢复灌浆后如注入率与中止前相近，可直接使用中止时的浆液配比灌注；如注入率减少很多或不吸浆，可采用最大灌浆压力进行压水冲洗，再进行复灌。

三、灌浆质量检查

灌浆过程中要做好各道工序质量控制和检查，以保证工程质量。灌浆质量检查采用检查孔钻孔取芯、注水试验的方法，检查孔布置在灌浆过程异常和浆液扩散的结合部位，检查孔数量为灌浆孔数的2%，检测点的合格率不小于85%，检测平均值不小于设计值，且不合格检测点的分布不集中。检查孔在其所在部位灌浆结束7 天后进行，结合对钻孔记录、取岩芯资料、灌浆记录和检测等的分析，综合评定。检查孔检查结束后采用全孔进行一次注纯水泥浆封孔。