浅析水电站大坝坝基引管固结灌浆施工工艺

魏万山

（中国水利水电第四工程局有限公司，云南昆明，650051）

1 概述

水工建筑物规模较大，不仅要承受垂直荷载，还要承受水压力、土压力的作用，并且有防渗和抗震要求，受力状态比一般建筑物更复杂，要求更高。水工建筑物的地基一般为岩石地基，岩石地基处理的目的包括：从整体上改善岩基的物理、力学和防渗性能，以及对局部软弱岩体进行加固，常用方法有水泥灌浆、化学灌浆、锚筋和预应力锚固及对局部软弱带的开挖置换等。按照地基灌浆的作用，可分为固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆和接触灌浆等[1]。

固结灌浆是指将浆液（水泥浆液、化学浆液或复合浆液）灌入岩体裂隙或破碎带，以提高岩体的整体性和抗变形能力为主要目的的灌浆工程[2]。固结灌浆施工一般采用钻孔灌浆法，对于特殊部位也可采用“钻孔+引管”灌浆的方式。

2 引管固结灌浆布置方式

坝基固结灌浆通常分为有盖重固结灌浆和无盖重固结灌浆，盖重采用混凝土盖重和自身岩体盖重两种方式。以白鹤滩水电站坝基固结灌浆为例，介绍固结灌浆的布置方式。各坝段基面上部混凝土浇筑前，坝基一般采用预留保护层岩石盖重或无盖重进行固结灌浆。上部混凝土浇筑后，结合混凝土盖重进行引管灌浆。

根据不同坝基岩体、部位、灌浆方式等，引管固结灌浆主要分为以下两种方式。

2.1 无盖重灌浆结合混凝土盖重引管灌浆

适用于陡坡坝段非柱状节理玄武岩坝基固结灌浆，主要施工程序为：

（1）采用无盖重灌浆法对坝基全孔段进行分序分段固结灌浆。

（2）对灌后检查不合格部位进行加密补灌，对补灌后仍检查不合格部位进行钻孔并埋设灌浆管，引管至坝体下游扩大基础、贴角或其他便于施工的部位，待上部坝体混凝土浇筑高度大于30 m后，进行引管循环式固结灌浆。

（3）对坡度大于50°的坝基，在便于引管至坝体下游扩大基础和贴角的坝基范围内，布设固结灌浆孔（兼接触灌浆孔）和引管系统，接触灌浆需结合浅层固结灌浆补灌孔布置。当混凝土盖重大于30 m，且坝体混凝土冷却至封拱温度后，实施引管灌浆。

2.2 预留保护层岩石盖重灌浆结合混凝土盖重引管灌浆

适用于柱状节理玄武岩、河床角砾熔岩坝基固结灌浆，主要施工程序为：

（1）先对0～5 m保护层采用低压封闭灌浆，再对坝基孔段进行岩石盖重分序分段灌浆。

（2）对灌后检查不合格部位进行加密补灌，待灌浆质量检查合格后进行保护层开挖。

（3）保护层开挖后，对坝基浅层进行全面质量检查，对浅层质量检查不合格部位，按照要求进行钻孔并埋设灌浆管，引管至坝体下游扩大基础、贴角、坝内廊道或其他便于施工的部位。

（4）待上部坝体混凝土浇筑高度大于30 m后，进行引管循环式固结灌浆。

3 引管固结灌浆施工工艺

3.1 一般要求

（1）当上部坝体盖重混凝土浇筑高度大于30 m，且首层封拱灌浆完成后，方可进行混凝土盖重引管固结灌浆施工。

（2）引管灌浆与已完成接缝灌浆间隔一个坝段施工，防止破坏接缝灌浆系统。

（3）引管灌浆管路布置以“五孔一引”为主，局部也可采用“三孔一引”。

（4）引管灌浆前应准备充足的灌浆材料和灌浆设备，应具备同时灌注多个孔的能力，必须保证灌浆设备处于良好状态。

（5）引管灌浆时，相应坝段接缝灌区应进行通水平压，以防浆液串入坝体横缝中。

3.2 引管灌浆系统安装

3.2.1 钻孔

引管灌浆孔孔径不小于56 mm，孔深一般为3～6 m，梅花形布置，满足设计要求。钻孔设备可采用YQ-100B型潜孔钻机。

3.2.2 清孔

钻孔完成后，采用高压风将孔内清洗干净，风压一般按不大于0.5 MPa控制。

3.2.3 灌浆管路安装

引管灌浆管路安装形式如图1所示，安装实例见图2。图1为“五孔一引”布置形式，“三孔一引”和单孔引管形式可参照执行。

图1 “五孔一引”管路布置示意Fig.1 Layout of a guiding pipe with five holes

图2 现场安装实例Fig.2 Field installation examples

管路安装注意事项如下：

（1）进浆管和回浆管分别采用内径DN32×2和内径DN25×2钢管（单组进、回浆主管间不连通，端头各自封堵），引出混凝土部分采用镀锌管（进、回浆管管径不同），孔内引管采用内径DN20×2钢管。

（2）进浆支管与孔底距离不大于50 cm，回浆支管深入基岩20 cm。

（3）管路连接采用“三通”连接，孔口预埋钢盖板用M10砂浆封堵密实。

（4）每组引管随混凝土上升而上引，直至达到前期规划的坝后引出位置。引管管路引出仓时，引出管口之间的间距为25 cm，并及时挂牌标示清楚，防止后期灌浆施工时出现错乱。

（5）引管有盖重灌浆完成后，引管沿预留坑底部切除，然后采用M40砂浆回填预留坑。

（6）引管过程中遵循“三不”原则：不损、不乱、不堵。

3.3 灌浆前主要准备工作

（1）完成相应坝段接缝灌浆施工。

（2）灌前对灌浆管路进行通水检查，通水压力为0.5 MPa，检查内容如下：查明灌浆管路通畅情况，其通水流量应大于30 L/min，针对灌浆管路出现的各种情况采取相应措施；检查管路是否串水，如果发现串水则需做好同时灌浆的准备工作。对于前期不通的灌浆管路，分别对进浆管和回浆管进行压力通水，查明灌浆管路的通水流量，判断该组管路是否具有可灌性。

（3）灌前应按施工单元编制详细的工艺设计资料，包括管路通水检查结果、各组管路灌浆参数、特殊情况处理措施及施工资源配置情况等，为后续施工提供技术支持。

3.4 灌浆方法

3.4.1 总体要求

引管固结灌浆按照坝段划分，每个坝段为一个灌浆单元。灌浆区域存在灌排洞时，必须先对灌排洞区域的引管管路先行灌浆。灌浆应从低高程向高高程采用循环式灌浆法推进灌注，连续进行。

3.4.2 灌浆材料

引管固结灌浆采用42.5级普通湿磨细水泥浆液，灌浆水灰比为3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四级，开灌水灰比为3∶1。

3.4.3 灌浆压力

引管固结灌浆压力一般按3.0 MPa控制，对灌排洞附近2 m范围，灌浆压力降低至1.5 MPa。灌浆压力以孔口压力为准，灌浆时在引出槽位置的回浆管上安装压力表，计算引出槽与引管孔孔口的高差。压力表读数=孔口设计压力±浆柱高差压力（浆柱高差压力以现场压力试验结果为准）。灌浆过程中应逐级升压，确保灌浆压力和注入率相适应，防止混凝土抬动变形。

表1 注入率与最大灌浆压力关系Table 1 Relationship between injection rate and maximum grouting pressure

3.4.4 灌浆

（1）引管灌浆采用“一泵一管”方式灌注，不允许串联灌浆。发生串浆时，采取并联方式同时灌浆，出浆密度达到或接近进浆密度即关闭管口阀门，但最多不超过3管同时灌注。串浆管路超过3组时，采取通水措施对3组并联灌浆以外的串浆引管进行通水，通水量以保持回浆管能带出水泥浆即可，不宜过大。

（2）灌浆过程中，进浆管口与回浆管口均需安装压力表。首组引管灌浆时，本坝段其他所有未施灌的引管管口全部敞开，注意观察串浆情况。同时还需打开相邻坝段的引管堵头，并做好通水准备，发现串浆则立即通水，防止浆液串入堵塞管路。

（3）灌浆结束条件为：在最大设计灌浆压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注20 min，灌浆即可结束。当长时间达不到结束条件时，共同研究处理措施。

（4）灌浆过程中，安排专人加强坝体变形监测，如坝体发生变形，则立即暂停施工，研究处理措施。

（5）灌浆达到结束条件后，立即进行管路回填施工。采用0.5∶1水泥浆液置换管道内稀浆，回浆管出浆密度达到进浆密度后立即关闭，采用小循环的连接方式进行纯压式封堵，压力为1.0 MPa，持续10 min即可结束。引管回填结束后，需将管口球阀关闭，管内浆液凝固后方可拆除。

3.4.5 其他要求

（1）灌浆施工需保持连续进行，因故中断后应尽快恢复灌浆，如短时间内无法恢复灌浆，则立即用大量水冲洗管路，直至回浆管路回水澄清为止。

（2）因串浆导致长时间无法结束灌浆时，首先对被串孔（管）进行堵漏，再采取降压、限流和延长灌浆时间的处理措施。

（3）灌浆至廊道周边时，安排专人做好廊道巡视工作，如发现外漏则立即封堵并变浆，严格控制灌浆压力，缓慢升压，严格控制压力和流量关系。

3.5 灌浆质量检查

引管灌浆完成后，根据灌浆资料结果，并结合灌浆过程控制情况，在坝后贴角平台或坝体廊道内适宜位置布置质量检查孔。质量检查以“单点法”压水试验检查为主，结合检查孔取芯情况判定。

检查孔压水透水率均小于3 Lu，满足设计要求。检查孔所取芯样完整，获得率90%以上，RQD值85%以上，混凝土与岩石结合处粘结牢固，灌浆效果良好。

4 结语

上述引管固结灌浆施工工艺和方法已全面应用于白鹤滩水电站，根据灌浆资料结果分析及质量检查结果，施工质量满足设计及规范要求，可为同类工程提供经验。