溢洪道无盖重固结灌浆技术及工程应用

张滕飞，王克俭，罗帅领，卢 通

（河南省水利第二工程局，450016，郑州）

一、工程概况

前坪水库溢洪道泄槽段长达134m，消能防冲段长17 m，设计图纸混凝土底板厚80 cm， 为提高建基面岩体的整体性和抗变形能力，设计在该部位布置间排距 3 m×3 m、 孔深 5 m 的固结灌浆。 泄槽段和消能防冲段底板厚度较小，且固结孔较多，对后期封孔处理要求高，影响混凝土外观质量，故采用无盖重固结灌浆。 施工前通过现场灌浆工艺试验确定施工参数。

二、工程地质特性及基岩分布

1.工程地质特性

溢洪道工程地质情况主要包括重粉质壤土层、卵石层、安山玢岩和辉绿岩四种情况。 ①重粉质壤土层：黄褐色，可塑状，见针状孔隙，土质不均一，其底部粉粒含量稍高，部分地段有少量砾、卵石，局部含有植物根系。 ②卵石层：主要成分为安山玢岩，夹有中细砂透镜体或薄层。 ③安山玢岩：暗紫色或紫红色，具斑状结构，块状构造，斑晶为斜长石，大部分已经风化成乳白色， 少量为肉红色正长石。 基质为隐晶质或玻璃质，并见有辉石、角闪石等暗色矿物，裂隙发育，裂隙面见有黄色铁锰质浸染及少量的钙质、锰质薄膜。 质坚性脆，岩芯破碎，多呈碎块状。 分布于进口至闸室段。 ④辉绿岩：青灰色，风化后呈黄色，隐晶质结构，块状构造。 上部裂隙发育， 裂缝宽 0.5～1.0 mm， 裂面较平整，多附黑色铁锰质薄膜，多为全至强风化，风化后呈砂土状。 下部弱风化，裂隙不发育，多呈闭合状，少量充填钙质，胶结较好。 分布于闸室以后。

2.基岩分布

泄槽段和出口消能防冲段岩性为弱风化安山玢岩， 上部为覆盖层，下伏弱风化辉绿岩，岩体裂隙发育且呈镶嵌碎裂结构，完整性和抗冲刷能力较差；消能工段下游二级阶地覆盖层厚度为7.0～11.1 m， 岩性为土壤和卵石，下伏基岩为弱风化安山玢岩。

三、固结灌浆工艺试验

1.第一次工艺试验过程

（1）试验布置

根据设计要求，泄槽段和消能防冲段固结灌浆孔正方形布置，孔距3 m，垂直孔，深入基岩5 m；抬动测试孔入岩6 m，声波测试孔呈正三角形布置，边长3 m，入岩5 m，固结灌浆孔、声波测试孔直径76 mm， 抬动测试孔直径91 mm。 全孔一次灌浆。

本次灌浆试验布置在泄槽段（溢0+065～溢 0+080），共 9 个孔，呈正方形布置， 试验孔中间布置声波测试孔。 固结灌浆试验孔布置见图1。

（2）试验结果

通过对本次试验区域灌前灌后声波检测对比，声波检测波速在灌后未提高15%以上，不符合设计要求。

2.第二次工艺试验

（1）试验布置

在固结灌浆生产性试验（灌浆孔间排距3 m×3 m）完成后，声波测试结果未达到设计要求。

为选择合理的设计参数进行后续施工，经与建管、设计、地质、监理单位沟通， 共同决定再选择5 个试验区域进行固结灌浆试验。 灌浆试验区域S1区、S2区 （S1区为 2.5 m×2.5 m、S2区为2 m×2 m） 采用全孔一次灌浆的方法进行施工。 灌浆试验区 S3区、S4区、S5区 （S3区为 3 m×3 m、S4区为 2.5 m×2.5 m、S5为区 3 m×3 m）试验孔分段灌注，第一段2 m，灌浆压力为0.3MPa，第二段3 m，灌浆压力均为0.4MPa，试验孔中间位置布置声波测试孔。

（2）试验结果

在灌浆结束15 天后， 对波速进行了检测，通过分析总结5 次试验结果报告， S1、S3、S4、S5试验区灌浆前低波速（波速小于3 000 m/s）在灌浆后未提高 15%以上，只有 S2（2 m×2 m）试验区声波检测的波速在灌后提高15%以上，符合设计要求。

四、溢洪道固结灌浆施工

施工时采用固结灌浆孔孔距2 m×2 m，正方形布置，灌浆压力0.4 MPa，可以满足设计要求的灌浆后声波测试孔平均波速不小于3 450 m/s，或灌浆前波速小于3 000 m/s 的区域在灌浆后应提高15%以上。

图1 固结灌浆试验孔布置

灌浆施工工艺： 施工准备→孔位放样→灌前声波检测→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→灌后声波检测→封孔。

1.钻孔

①采用潜孔钻机进行钻孔。 灌浆孔钻进过程中记录项目齐全，量测准确，对地层岩性、孔深、回水等描述准确。 按设计、监理单位的要求，对试验孔、检查孔等留置岩心并按规定妥善保存。 ②灌浆孔孔位偏差值≤10cm，钻进过程中垂直度满足要求。

2.裂隙冲洗

①钻孔结束后，用大水流清洗孔内岩粉、渣屑。 ②进行裂隙冲洗，回水清净时止。 ③根据试验成果，依据公式计算本试段的透水率。

式中，q 为试段透水率；Q 为压力流量（L/min）；P 为作用于试段的全压力（MPa）；L 为试段长度（m）。

3.灌浆施工

采用全孔一次灌浆方法施工。

（1）制浆

灌浆采用P.O 42.5 水泥， 水泥浆采用拌和用水拌制。 制浆时，水泥和水必须量测准确， 以公斤为单位，称量误差小于5%。 水泥以袋为模数，水量由桶内的水位高度来换算。 同一配比的水泥尽可能使用同一个配合量及2～3 个合适的水量。

使用灰浆搅拌机，搅拌水泥浆的时间大于60 s， 浆液需在4 h 内自制备至用完，浆液由搅拌筒放入贮浆筒时过筛。 拌制和使用过程中浆液温度为 5℃～40℃。

（2）灌浆

固结灌浆采用分序加密、 循环式灌浆法，孔口止塞，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。 以 3∶1 水灰比开灌，根据现场实际情况逐级提升水灰比浓度。灌浆压力最终达到0.4 MPa，分级升压。

当某一级浆液注入量达300 L 以上时， 或者灌浆时间达到30 min 时，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著，增加一级水灰比；注入率超过30 L/min 时越级变浆。

灌浆过程中，如果机械发生故障立即修理并尽快投入使用；如果压力表突然损坏不能指示正确压力时，立即更换压力表。

（3）封孔

封孔液水灰比为0.5∶1；孔口段采用人工封口。

4.质量检查

施工时在灌浆区段中心部位按等边三角形钻取3 个检查孔， 孔距2.6m，入岩孔深5.0m。 灌浆前后进行超声波检查，检查前先用高压水清洗检查孔， 再在检查孔内注满清水，安装超声探头至孔底，手握3 根导线同时缓缓提升探头至孔口，并进行岩体波速数据记录。 施工期间，溢洪道工程泄槽段和消能防冲段固结灌浆共检测 19 组（见表 1）。

表1 泄槽段和消能防冲段固结灌浆检测统计表

五、结 语

通过灌浆前后的声波对比，满足设计要求，说明泄槽段和消能防冲段固结灌浆效果较好。