大坝基础生产性灌浆试验研究

刘光第

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710065）

1 工程概况

韩城市小迷川水库是一座具有村镇居民生活供水和农业灌溉功能的Ⅳ等小（1）型水利枢纽工程。水库坝址位于距韩城市21 km 的板桥镇王坪村涺水河一级支流小迷川。小迷川支流发源于黄龙山区任家沟,源头高程为1623 m,流域面积53.6 km2,河流长度22.50 km,水库坝址以上控制流域面积46.6 km2,河道长20.87 km,河川平均比降2.12%。

灌浆施工主要包括大坝坝基防渗帷幕灌浆、左右坝肩帷幕灌浆、溢洪道帷幕灌浆、坝基固结灌浆。左坝肩帷幕灌浆长度50 m,坝基帷幕灌浆起点0-007,末点0+252,灌浆长度245 m,帷幕灌浆单排,灌浆孔径76 mm,孔距2 m,呈直线分布,大坝帷幕灌浆位于坝轴线处；大坝坝基固结灌浆,采用双排灌浆,距坝轴线各2 m,灌浆孔径76 mm,灌浆深度5 m,孔距4 m,呈直线布置。

2 试验目的

通过灌浆试验,充分掌握不同比级或最终比级水泥浆在现有基础岩层中的扩散半径,以确定准确施工过程中的孔距,掌握现有岩性单位吸浆量情况,以确定施工过程中采用定量或定参数的方法,或决定最终采取定量与定参数相结合的方法从而准确掌握大坝基础不同深度岩石的渗透系数,为后续灌浆施工提供准确、充分的依据。

3 试验原材料选择

3.1 水泥

根据规范要求文件,回填灌浆、固结灌浆和帷幕灌浆所用水泥的强度等级可为32.5 或以上。帷幕灌浆的水泥细度要求通过80μm 方孔筛的筛余量不大于5%。

3.2 水

灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水的要求。拌浆水的温度不得高于40℃。

3.3 外加剂

根据施工现场实际需要,可在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂等。各种外加剂的质量符合有关条文规定,其最优掺加量通过室内试验和现场灌浆试验确定。所有能溶于水的外加剂以水溶液状态加入水泥浆液内。

3.4 掺合料

水泥浆液中掺入的砂、粘性土、粉煤灰、和微膨胀剂等掺合料质量应符合有关规定,其掺入量应通过实验确定。

3.5 砂

灌浆采用的砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂,粒径不宜大于1.5 mm。

4 灌浆试验布置安排

4.1 现场试验的要求

现场灌浆试验过程中,应根据实际的地质条件和施工中所遇到的不同情况,适当地调整各项施工参数和技术措施。根据所取得资料成果进行综合统计、分析和对比、以期求得最佳的施工技术参数,包括灌浆压力、灌浆材料、浆液配比、孔深、孔距与浆液变换标准等。

4.2 试验区的选择

根据现场实际情况,选择有代表性的地段作为灌浆试验区。本次灌浆试验区选在主结合槽坝0+68～坝0+98。

4.3 试验区灌浆孔位布置

帷幕孔位单排布置,共计13 个孔,Ⅰ序孔4 个,Ⅱ序孔3 个,Ⅲ序孔6 个,孔距分别为1.5 m、2.0 m、2.5 m。试验将按照分序逐渐加密的原则进行,先进行Ⅰ序孔,在进行Ⅱ序孔,最后Ⅲ序孔。固结孔为平排布置,排距为4 m,孔距4 m,共计14 个孔。固结灌浆分2 序进行,先施工Ⅰ序孔（单号）,再施工Ⅱ序孔（双号）。

5 灌浆施工方法

5.1 安装抬动监测装置

为了防止在灌浆过程中由于压力过大或其它原因造成地表抬动,在混凝土盖板比较薄,且灌浆要求压力大的情况下,一般应安装抬动观测装置。

灌浆作业时,特别是上部浅层岩体灌浆过程中,必须加强对灌浆过程的控制和抬动变形监测工作,同时,亦应加强对盖板混凝土和周边岩体巡视,发现混凝土裂缝或有其他抬动破坏征兆时,应立即停止灌浆施工。

5.2 钻孔技术参数

（1）固结灌浆孔钻孔参考技术参数：

孔距：4.0 m；孔位偏差：不大于10 cm；孔径：Φ76 mm；孔深：深入岩石5.0 m。

（2）帷幕灌浆孔钻孔参考技术参数

钻孔孔距：2 m；孔位偏差：不大于20 cm；灌浆孔径：孔径Φ76 mm；灌浆孔孔深：入岩40 m。

钻孔角度：以预埋管的方位和倾角为准,方向偏差应控制在2°以内。

5.3 钻孔施工

（1）固结灌浆孔钻孔

固结灌浆孔不取岩芯,固结灌浆钻孔采用地质钻机,钻孔深度为入岩5 m,钻孔直径Φ76 mm。

（2）帷幕灌浆孔（非取芯）的钻孔

帷幕灌浆孔利用预埋管穿透混凝土,非取芯的帷幕灌浆孔的钻孔采用XY-2PC/150 型油压地质钻机。钻孔直径Φ76 mm,孔深入岩40 m。

（3）先导孔的钻孔

先导孔要求进行取芯钻孔。钻孔采用XY-2 型回转钻机,Φ75 mm 金刚石钻头三管取芯钻具,钻孔直径Φ76 mm。根据地层情况,合理使用和调整技术参数,最大回次进尺控制在3.0 m。保证在坚硬岩石的取芯率至少为95%,在风化或破碎岩石或其他地层取芯率至少为80%。

6 钻孔冲洗和压水试验

6.1 钻孔冲洗

钻孔工作完成后,应对钻孔进行冲洗,直至孔口回水返清后冲洗结束。

6.2 压水试验

固结灌浆前压水试验数量不少于总孔数的5%,帷幕灌浆前压水试验数量不少于总孔数的10%,采用简易压水试验方法,即采用灌浆压力的80%,若大于1 MPa,采用1 MPa,压水20 min,每5 min 测读一次压水流量,取最后的流量值作为计算流量。先导孔按不少于灌浆总孔数的20%布置。自上而下分段作压水试验,按图纸要求采用单点法,灌浆压力采用灌浆压力的80%,若大于1 MPa,采用1 MPa。质量检查孔一律采用相应段次最大灌浆压力的80%且不大于1MPa。

7 灌浆

7.1 灌浆方法

所有钻孔均需安装孔口管,安装孔口封闭器。孔口管一般应深入到基岩结合面以下2.0 m,帷幕灌浆采用孔口封闭、自上而下分段钻灌、孔内循环式灌浆法。射浆管距离孔底不应大于50 cm。帷幕灌浆段长一般采用5 m,当遇特殊情况下可适当缩减或加长,但不得大于10 m。

7.2 浆液制备

灌浆浆液宜采用稳定性浆液,制浆采用XL-2 型旋流式高速制浆机,其转速不低于1500 r/min。

7.3 浆液配比

固结灌浆拟采用水灰比3、2、1、0.5 四个比级的浆液进行灌注,开灌比级为3∶1；帷幕灌浆开灌浆液使用水灰比为5∶1的浆液,根据实际灌浆情况浆液水灰比可采用5、3、2、1、0.7、0.5 六个比级。

7.4 浆液质量控制

浆液的制备拟采用集中制浆的方法,由集中制浆站将按规定要求制好的浆液,经输浆管路送至灌浆施工点。在施工现场用泥浆测试仪器,定时对浆液的黏度、比重和温度进行检测,灌浆施工全过程,浆液的有关控制指标必须符合规定要求。

7.5 灌浆压力

试验阶段,固结灌浆压力拟暂定为0.3 MPa。最终由现场灌浆试验验证。

表1 帷幕灌浆压力参考值表

7.6 封孔

先将选取的钻杆一次性下放到孔底,沿着钻杆中灌入0.5∶1 水泥浆液到孔口位置,然后再将钻杆慢慢上提,同时在孔内补充水泥浆使注浆管口在水泥浆液面50 cm 以下位置且保持满孔,然后采用孔口封闭,压力3.0 MPa 纯压式灌浆进行封孔,封孔时间持续不能小于1 小时结束。封孔结束后24 小时再采取同样方法第2 次封孔灌浆,待初凝后有析出水空余段部分进行人工砂浆封孔,砂浆比例为水泥：砂：水=1∶1∶0.5,采取封孔时,禁止向孔内投石块和岩芯,确保孔洞内不留间歇且要密实。

8 灌浆质量检查

（1）固结灌浆检查孔压水试验在灌浆结束7 天后进行,可采用简易压水试验的方法。

（2）固结灌浆检查孔不少于总灌浆孔数的5%,压水试验压力为灌浆压力的80%,且最大不大于1 MPa。固结灌浆检查孔的钻进可采用非取芯钻进。

（3）帷幕检查孔灌浆结束14 d 后进行,拟在试验区布置2 个检查孔对帷幕灌浆质量进行检查,压水试验方式采用吕容试验。

（4）检查孔采用三管钻具取芯钻进,钻孔孔径76 mm。压水试验段长一般为5 m。最大的压水试验压力为灌浆压力的80%,且最大不大于1 MPa。

9 结语

通过工程实例表明,现场灌浆试验过程中,对钻孔方法、浆液配比、灌浆压力、注入量、结束标准等真实、详尽地记录,根据所取得资料成果进行综合统计、分析和对比，以期求得最佳的施工技术参数,因此,通过本工程灌浆试验技术有效的降低了安全风险,在后续灌浆施工中应大面积推广。