基于压水试验及声波检测的固结灌浆效果分析

陈 玺，马光明

(陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 710100)

随着我国水利水电行业的不断发展，水利水电工程的修建也将面对越来越多的复杂地质条件的考验。固结灌浆作为处理不良工程地质条件有效手段早已在工程中得到广泛应用。灌浆效果会直接影响到地基稳定、后续的建筑物工程质量以及安全运行，因此已成为工程建设关注的一个重点[1- 8]。

国内外学者对固结灌浆效果进行了大量研究。K.Kohkichi等[9]对固结灌浆后岩体性能的改善进行了现场试验研究，并通过流变模型分析了灌浆效果。A.Fransson等[10]通过研究，提出了一个反映浆液进入岩体裂隙时岩体发生体积变化的参数来描述高压灌浆的效果。张文举等[11]基于我国20多个大型水利水电工程固结灌浆前、后波速的变化，建立了固结灌浆后岩体波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系。徐江宇等[12]通过三维有限元方法研究了固结灌浆期间盖重抬动对混凝土应力的影响研究。

为保证黄金峡水利枢纽后续建筑物施工质量与安全，本文选取压水试验及声波检测两种方法对纵向围堰坝段基岩固结灌浆效果进行分析，评价灌浆效果是否满足要求，总结经验，为后续施工打好基础。

1 工程及地质情况

黄金峡水利枢纽位于汉江干流上游峡谷段，地处陕西南部汉中盆地以东的洋县境内，为引汉济渭工程主要水源之一。枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物、泵站电站建筑物、通航建筑物和过鱼建筑物等组成。大坝采用碾压混凝土重力坝，最大坝高63.00m，坝轴线长349.00m。[13- 14]

纵向围堰坝段上下游长50m，左右侧宽20m，建基面岩体为弱风化下带闪长岩，裂隙较发育，有两条断层存在，呈次块状，岩体基本质量为Ⅲ、Ⅱ类。基础处理时主要采用了固结灌浆、帷幕灌浆及混凝土换填等措施。

纵向围堰坝段固结灌浆共布置有78个孔，其中常规固结灌浆孔59个，固结兼帷幕孔9个，抬动观测孔2个，声波检测孔8个。对其中4个孔在灌前进行钻孔取芯检查，表明浅部基岩比较破碎，入岩3.0m以后大部分孔岩芯相对较为完整。其中1#孔基岩进尺5m，岩芯长4.5m，岩芯采取率90%，大于10cm的岩芯有14块，最长26cm；2#孔基岩进尺5m，岩芯长4.5m，岩芯采取率89%，大于10cm的岩芯有7块，最长24cm；3#孔基岩进尺5m，岩芯长4.5m，岩芯较完整，岩芯采取率93%，大于10cm的岩芯有18块，最长60cm；4#孔基岩进尺5m，岩芯长4.2m，岩芯采取率84%，大于10cm的岩芯有6块，最长17cm。4个检查孔的岩芯情况如图1所示。

图1 检查孔岩芯

图2 固结灌浆孔位布置图

2 固结灌浆工艺及设计参数

纵向围堰采用有盖重固结灌浆，混凝土盖重厚3m。灌浆孔铅直布设，梅花形布置，排距为2.5m×2.5m。其中：常规固结灌浆孔基岩段孔深5m，固结兼辅助帷幕孔基岩段孔深12m。声波测试孔基岩段孔深5m，抬动观测孔基岩段孔深6m。

固结灌浆分Ⅰ、Ⅱ序两序施工，具体分序及孔位布置情况如图2所示。

常规固结灌浆孔、声波测试孔、抬动观测孔均采用全孔一次灌浆，Ⅰ序孔灌浆压力为0.25～0.3MPa，Ⅱ序孔灌浆压力为0.3～0.35MPa。固结兼辅助帷幕孔采用分段施工，第1段长3m，第2段长4m，第3段长5m；第1段I序孔灌浆压力为0.3MPa，Ⅱ序孔灌浆压力为0.35MPa，第2段及第3段I序孔、Ⅱ序孔灌浆压力均为0.5MPa。

灌浆采用42.5级普硅水泥浆液灌注，浆液由稀到浓逐级转换。灌浆浆液水灰比(重量比)一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等五个比级，开灌水灰比一般采用3∶1。

在灌浆孔段设计灌浆压力或最大灌浆压力下，灌注至注入率不大于1L/min时，继续灌注30min，且总灌注时间不少于60min可结束灌浆【15】。

3 检测成果分析

3.1 压水试验成果分析

固结灌前，对59个常规固结灌浆孔及9个固结兼帷幕孔进行压水试验，压水试验成果见表1。灌浆完成后，对4个声波检测孔进行了压水试验，压水试验成果见表2。常规固结灌浆孔灌前压水试验压力采用0.1～0.2MPa，固结兼辅助帷幕灌浆孔灌前压水试验压力采用0.2MPa，声波检测孔灌浆前、后压水试验压力均采用0.2MPa。

由表1可知，灌浆前Ⅰ序孔35段压水试验中有27段透水率大于10Lu，其中透水率最大为53.2Lu，平均透水率为17.04Lu；Ⅱ序33段压水试验，透水率比较均匀地分布在3～5、5～10、>10三个区间，其中最大透水率为18.49Lu，平均透水率为7.99Lu。Ⅱ序孔透水率相较于Ⅰ序有显著降低，表明了Ⅰ序灌浆已取得良好效果，符合一般规律。

由表2可分别看出，固结灌浆后4个检查孔压水试验结果表明，ZW-J1、ZW-J2号孔、ZW-J3号孔和ZW-J4号孔的透水率分别为1.07、2.49、1.38和3.11Lu，平均为2.01Lu，远远低于灌浆前Ⅰ序孔及Ⅱ序孔平均透水率，表明固结灌浆效果显著。

3.2 声波检测成果分析

本次声波检测包括单孔声波检测和跨孔声波检测两种方法。声波检测时每20cm读一组数据，孔深5m，因此每个孔测得25组数据。

3.2.1单孔声波检测

单孔声波反映的是岩体的纵波速度。固结灌浆前、后单孔声波测试结果见表3。

表1 灌前检查压水试验成果统计表

表2 灌后试验检查孔压水试验成果表

表3 单孔声波波速统计表

表4 灌浆前、后跨孔声波波速统计表

由表3可知，灌浆前单孔声波波速最小值为2198m/s、最大值为5405m/s、平均值为4117m/s，灌后单孔声波波速最小值为2299m/s、最大值为5556m/s、平均值为4243m/s。灌后波速较灌前平均提高率为3.14%，满足设计不低于3%的要求，表明通过固结灌浆岩体质量有所改善。

3.2.2跨孔声波检测

跨孔声波反映的是二孔间岩体的纵波速度。本次固结灌浆跨孔声波测试包括灌前声波测试和灌后声波测试，上游段做了ZW-S-1～ZW-S-2、ZW-S-1～ZW-S-4、ZW-S-2～ZW-S-3、ZW-S-3～ZW-S-4四组检测，下游段做了ZW-S-5～ZW-S-6、ZW-S-5～ZW-S-8、ZW-S-6～ZW-S-7、ZW-S-7～ZW-S-8四组检测，共计8组。检测结果见表4。

由表5可知，固结灌浆灌前跨孔声波波速最小值为2778m/s、最大值为5073m/s、平均值为4509m/s，灌后单孔声波波速最小值为2994m/s、最大值为5364m/s、平均值为4705m/s。灌后波速较灌前平均提高率为4.50%，满足设计要求不低于3%的规定，表明通过固结灌浆岩体质量有所改善。

4 结论

(1)压水试验成果显示，灌前Ⅰ序孔平均透水率为17.04Lu，Ⅱ序孔平均透水率为7.99Lu，灌后4个声波检测孔平均透水率为2.0125Lu，说明通过固结灌浆透水率减小效果明显，表明固结灌浆效果显著。

(2)声波检测成果显示，灌浆后单孔声波波速较灌前平均提高率3.14%，灌浆后的跨孔声波波速较灌浆前平均提高4.50%，均满足设计要求不低于3%的规定，表明固结灌浆质量符合要求。

(3)通过压水试验及声波检测综合显示，此次固结灌浆效果良好，可达到设计要求，灌浆参数合理，工艺可行。此次灌浆工艺和灌浆参数可为本工程后续灌浆施工提供指导依据。