引管法在高陡边坡固结灌浆施工中的应用

2021-06-23石继忠

地基处理 2021年2期

石继忠

（浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 310014）

0 引言

边坡基础处理施工是大坝建设的重要基础工程，也是大坝发挥其潜在效益的重要安全防线。固结灌浆施工属于水利工程内隐蔽单元工程，是大坝边坡防护的重要组成部分[1-2]。灌浆施工质量直接关系大坝完工后的渗漏问题。大坝渗水后期处理难度大、费用高，故对防渗处理工程的施工质量推荐以优良作为查验评定要求[3-5]。本文结合工程实际施工情况，通过对比引管法与常规措施固结灌浆成果[6-7]来分析引管法固结灌浆技术的可行性与适用性[8-9]，旨在为类似的工程施工问题提供技术指导。

1 工程概况

大华桥水电站工程为大（2）型水利工程，大坝为碾压混凝土重力坝，最大设计坝高103 m，坝顶长度231.5 m，坝基长度约120 m，固结灌浆总量31 502.8 m，碾压混凝土设计最大仓面面积约4 500 m2，混凝土升层较快、施工强度高、工期紧凑等特点；同时该工程开挖边坡属于高陡边坡、直立开挖面较大，边坡开挖马道较窄，故在混凝土浇筑未达到相应高程时，固结灌浆仪器及设备架设欠缺有效地形、施工条件不足、施工难度大，而由坝顶高处直接灌浆时，灌浆高差过大，灌浆压力控制较难均不能满足施工要求。

其次，该工程上游围堰属于过水围堰，在汛期时大坝将预留缺口过流，两岸岸坡坝段混凝土在施工进度安排时混凝土施工为优先施工项目，度汛要求较高，造成边坡固结灌浆施工工期较短等问题。

同时考虑现场实际地质条件的差异性，左岸8～10号坝段表层围岩揭露以弱风化为主，岸坡岩石强度较高，边坡较为稳定；而右岸 2～3号坝段表层围岩以强风化岩石，局部夹泥质夹层，属于Ⅴ类围岩，经研究右岸坝段无法进行无盖重固结灌浆，在地质条件差的情况下无盖重固结灌浆在设计压力下施工容易劈裂围岩，同时产生较大抬动，灌浆施工质量难以控制。

因此，综上所述，为了保证固结灌浆施工不影响混凝土的施工进度和施工质量，所以设计了在右岸边坡固结灌浆时分段进行，首先对基岩部位2 m以下部位进行固结灌浆，后期进行引管固结灌浆表层2 m段的施工方案，有效的解决了混凝土盖重不足、龄期不够的问题。固结灌浆施工质量检查孔由顶部竖直钻孔检查完成，而左岸采取常规固结灌浆法施工。

2 高陡边坡引管固结灌浆工艺

与常规法固结灌浆的施工方案相比，在引管法固结灌浆时，需要在常规法固结灌浆基础上预设灌浆孔口引管，在该部位混凝土浇筑之后再进行灌浆施工，而检查孔施工是进行竖直打孔施工，其施工工序主要为：孔位布置→钻孔→洗孔→灌浆→引管→混凝土盖重→二阶段灌浆→封孔→质量检查；常规固结灌浆施工工序为：盖重混凝土→孔位布置→钻孔→洗孔→灌浆→封孔→质量检查。选取2个典型边坡断面作对比分析，具体施工布置如图1所示。

图1 固结灌浆施工方案示意图Fig.1 Schematic diagram of consolidation grouting construction scheme

与常规固结灌浆相比，引管法固结灌浆体现出一定优势：（1）常规固结灌浆施工工序不可中断，即打孔完之后就需要进行固结灌浆，而引管法打孔完成之后可以适当延后工期，该部位混凝土浇筑完成后，再进行固结灌浆；（2）引管固结灌浆可根据混凝土浇筑高度调整孔口至灌浆泵之间压力差，有利于灌浆压力的控制；（3）引管灌浆孔口位置混泥土浇筑完成，有利于孔口封闭，同时有效解决了工期紧张条件下固结灌浆需要混凝土盖重的要求。但是引管法固结灌浆的不足之处在于边坡固结灌浆施工完成后只能在边坡马道进行竖直检查孔施工，采用竖直检查孔进行固结灌浆质量检查。

根据以上2种施工工艺，结合现场实际施工情况划定2种施工工艺对应的施工区域，由于右岸坝段混凝土施工开工较晚，且右岸地质较差，属于岩石破碎层，固结灌浆分三序加密，工程量大，而混凝土施工进度紧张，为优先实现大坝混凝土度汛要求，所以该部位先进行混凝土施工，故决定对右岸岸坡坝段EL.1 415～EL.1 430边坡进行引管固结灌浆，而左岸岸坡坝段EL.1 415～EL.1 430工期宽松，地质较好，固结灌浆工程量小，进行常规固结灌浆施工。具体的岸坡孔位布置施工如图2所示。

图2 2种施工工艺固结灌浆点位布置图Fig.2 Consolidation grouting point layout for two kinds of construction method

3 固结灌浆检测结果

根据固结灌浆检查孔施工规范要求，按照单元工程总数5%～10%施工，对上述2个坡面固结灌浆检查孔施工检查。左岸坝段岩石地质条件较好，围岩以弱风化岩石为主，且经全孔壁数字成像结果显示，左岸坝段裂隙较少，地质条件较好，故左岸坝段检查以标准波数为4 km/s情况下的声波检测结果如表1、表2所示，而右岸岸坡地质破碎，地质条件较差，根据技术要求该部位物探检测标准波数根据具体条件分为断层破碎带标准波速2.5 km/s、弱风化带标准波速3.5 km/s和地质条件一般情况标准波速4 km/s。

表1 常规固结灌浆灌前检查孔物探检测成果Table 1 Geophysical detection results of inspection hole before conventional consolidation grouting

表2 常规法固结灌浆灌后检查孔物探检测成果Table 2 Geophysical detection results of inspection hole after conventional consolidation grouting

左岸岸坡坝段声波测试成果通过表1和表2反应出：灌前单孔波速主要分布在3.51～5.74 km/s之间，4.0 km/s以下的波速零星分布；灌后单孔波速主要分布在3.81～5.8 km/s之间，4.0 km/s以下的波速零星分布；灌后波速较灌前有一定提高。灌后全坝段单孔波速达标率为98.4%，灌后波速低于设计标准的85%的测试值数量占总数量的0.2%。

总体评价，右岸岸坡坝段固结灌浆灌前共布置15个物探孔和33个检查孔，声波测试成果（表3、表4）表明，灌前单孔波速主要分布在3.6～4.6 km/s之间；灌后单孔波速主要分布在3.8～5.0 km/s之间；灌后波速较灌前有一定提高。右岸坝段灌后全坝段单孔波速达标率为96.3%，灌后波速低于设计标准的85%的波速测点占0.9%。跨孔声波测试成果可以看出：灌前跨孔波速集中分布在3.2～4.4 km/s之间，灌后跨孔波速集中分布在4.0～5.0 km/s之间，灌后跨孔全坝段达标率为 100.0%，无低于设计标准的85%的波速测点。

全孔壁数字成像资料表3中表明：右岸岸坡坝段灌后完成54个孔（15个物探孔、33个检查孔）的检查任务，共463条裂隙，其中充填良好的有123条，占26.57%；局部充填裂隙131条，占全部裂隙的28.29%；未见结石充填裂隙209条，占全部裂隙的45.14%，同时表中可以看出在固结灌浆压力下对右岸岸坡坝段的基础产生了一定的劈裂作用，但灌浆也对裂隙进行了一定的填充。

表3 固结灌前灌后全孔壁数字成像测试成果统计表Table 3 Statistical table of full hole wall digital imaging test results before and after consolidation grouting

综合各物探测试成果，灌后波速较灌前有一定幅度的提高，部分裂隙被完全充填或局部充填，基础岩体质量有所改善，本次岸坡坝段灌浆取得了一定的效果。

通过图3物探检测成果对比可以得出灌浆后波数特征有所提高，说明灌浆有效，对基础固结起到了一定的作用，通过表2和表4说明不论固结灌浆采取何种方法施工，其灌浆成果也满足设计要求，灌后全坝段单孔波速达标率均超过设计标准的85%，说明灌浆质量受控，是可以保证整个地基基础灌浆质量要求。

表4 引管法固结灌浆灌后检查孔物探检测成果统计表Table 4 Statistics of geophysical detection results of inspection hole after consolidation grouting with pipe guiding method

图3 固结灌浆前后物探检测成果合格率对比图Fig.3 Comparison of qualified rate of geophysical detection results before and after consolidation grouting

通过对比图4和图5说明岸坡引管固结灌浆能够较好的适应地质条件较差的部位固结灌浆，避免了固结灌浆混凝土盖重和压力抬动的影响，并且对孔口2 m段进行了有效的固结灌浆，其声波检测均达到了设计标准要求。

图4 岸坡坝段灌前单孔声波速度沿孔深概率分布图Fig.4 Probability distribution of acoustic velocity of single hole along hole depth before irrigation in bank slope dam section