大坝基础固结灌浆补强加固施工技术分析

刘丽双，张月红

(饶河县红旗岭农场水务局，黑龙江饶河 155712)

大坝基础固结灌浆补强加固施工技术分析

刘丽双，张月红

(饶河县红旗岭农场水务局，黑龙江饶河 155712)

固结灌浆的工艺包括灌浆试验、钻孔孔距、排距、孔深、布孔型式、灌浆次序、压力等多项技术参数以及灌浆材料、灌浆方法等，其中合理的灌浆工艺是固结灌浆成败的关键。另一方面灌浆工艺要和坝基条件相适应，对于大坝基础固结灌浆补强加固施工技术分析显得尤为重要。从工作实际出发，对有关加固施工技术要点进行分析。

坝基;压水试验;固结灌浆;施工工艺;质量控制

近几年，国内外水工建筑物灌浆的技术和实践不断得到新的进步。为保持和发展企业在技术方面的优势，故有必要不断的完善及创新灌浆技术，特别是应用面较广的大坝基础固结灌浆补强加固施工技术。以下笔者将结合以前的相关技术规范及现场施工中遇到的问题谈谈大坝基础固结灌浆补强加固施工技术的要求，阐述固结灌浆的工艺，重点从施工实际分析大坝基础固结灌浆施工技术。

1 固结灌浆工艺

1.1 灌浆方法与工作原理

1)分期灌浆法，与分段灌浆法相似。其工作原理为：首先从岩石顶面开始把呈规则间距的各孔先钻进到第一受灌带的深度，再选用低压灌浆，接着加密灌浆孔，直到最上边的灌浆段结束灌浆为止;其次对第2灌浆段进行另一组灌浆孔钻进，这时灌浆则选用较高压力从岩石顶面进行。当然可根据实际灌浆孔深度的实际状况，若有需要可再往深处钻进新的一组灌浆孔;最后以最大压力应用于最深的灌浆段。此方法的优点是：由于每一次加深的灌浆段均要借助新钻进的孔来进行，这个特点使深处钻进冲孔时减少浆液损失，缺点是：耗时且成本高，还兼有抬动危险。

2)分段灌浆法，这在水电工程固结灌浆和帷幕灌浆中使用最多。其工作原理为：分段灌浆法由上而下分段钻进并灌浆;当达到事先期望的深度且满足灌浆结束条件时，该段结束灌浆;下一段灌浆接着开始。优势是：钻进成本低，且由于只需在孔口设置孔口管，免去了止浆塞。不足之处为：无盖重时，灌浆过程中应注意抬动发生。此外，每个灌浆段都要冲洗孔，要不会造成浆液的浪费，即若在灌浆不凝结状态时冲洗孔会导致浆液的回流。

3)止浆塞灌浆法，又称自下而上的分段灌浆法。工作原理：先做压水试验，即灌浆孔一次钻到全部深度，灌浆由孔底逐段向上进行，其中灌注时应先应用膨胀塞或止浆塞将灌浆孔内预先选定的孔段分开再进行。值得强调：若钻进过程中遇到钻进给水产生自流或不循环时，钻进工作应停止，而灌浆进行。此外，提高灌浆效果，可在预计到孔与孔之间串浆时，通过应用一个多灌浆塞系统来实现，即通过止浆塞灌浆法的变种。具体步骤为将灌浆塞放在所有串浆孔内最低吃浆带上部，再向孔内灌浆，其中应用允许的最大灌浆压力进行。优势是：对于钻进中发现的地质缺陷现象有利，即可通过膨胀塞隔离对此现象进行专门处理;其次作业效率提高，这主要是因为每孔只需支一次钻机，在孔的小段中压力冲洗和压水试验都能进行，且灌浆后不用钻进和清洗孔。缺点为：浆液有时节理绕过止浆塞或沿陡倾角裂隙，止浆塞也常常会损失，还有止浆塞在溶洞或蜂窝状溶蚀的岩石内难封闭。受止浆塞限制，灌浆孔孔径不能太小。

4)重力灌浆法，也称导管灌浆法，在存在能够自由吸浆的很大的张开裂隙的场合中应用比较多。工作原理为：整体上整个灌浆期间，灌浆管都要求保持淹没在浆液内;具体是重复以下步骤，直到孔全部灌完为止。即先于全部深度中将孔钻进去，孔底插入进浆管，泵入浆液时应于接近重力的压力时进行。同时提升进浆管时应于压力开始升高时进行且要缓慢，灌浆也要不断进行。

5)循环灌浆法。工作原理为：泵管连接着进浆管，插入到灌浆孔底，同时回浆管连接在灌浆孔口管上。灌浆孔成为浆液循环系统的一个组成部分，是当灌浆泵输送的流量超过浆液注入岩石的流量时。这种方法的最大特点是应用双管灌浆系统。优势是：大小孔隙都能得到灌注，循环灌浆法以与上述灌浆方法综合应用，其效果会更好。不足之处为：费用高于止浆塞灌浆法和分段灌浆法。

总之，上述最常用的灌浆技术是分段灌浆法和止浆塞灌浆法，两者一般均取得不错的效果。在选用时，可根据具体情况应用不同的灌浆技术：如采用分段灌浆法，在页岩或类似岩层内钻进时岩屑可有效避免形成充填较高地层的裂隙或天然泥浆堵塞或;若岩层产状水平，则用止浆塞灌浆法比较合适，可以避免升表层岩石;若灌浆工期很紧，应优先考虑止浆塞灌浆法;若在钻进中发生钻孔水流失现象，则要采用分段灌浆法。

1.2 灌浆段长及压力

固结灌浆压力与最终灌浆效果关系密切，所以要有足够的论证再来确定灌浆压力，原则上灌浆压力随孔深而递增，无盖重情况下一般≤0.5 MPa，浅孔及深孔孔口段的灌浆压力一般为0.7 MPa，一般吸浆量随灌浆压力增大而增加，此外有必要时应进行现场灌浆试验确定。固结灌浆的分段和压力会因工程地质条件、有无混凝土盖重及孔深而有所差异。孔深8～10 m以上一般采用分段灌浆，接触段段长一般为1.5～2 m，岩石段一般为4～6 m;而孔深5 m左右的一般不分段，全孔一次灌浆。要注意的是在裂隙发育、岩石破碎及渗漏情况严重的地区，段长应缩短至3～4 m，而要特殊处理大溶洞和大裂隙的情况;还有灌浆段长如遇渗透性较小且岩石条件良好的地区，其段长可合理增大，但也要注意不应超过10 m。

2 固结灌浆技术分析

由上述可知，所谓固结灌浆，指用浆液灌入岩体裂缝或破碎带达到提高抗变形能力、岩体的整体性及抗渗性的一种灌浆技术。其中灌浆材料以水泥浆液为主。坝基固结灌浆的，主要是为了达到补强加固那些坝基浅层爆破松动及地质缺陷部位的岩体，整体上增强浅层岩体的抗渗能力，其中集中体现在坝基岩体的“整体性、均匀性及抗变形”这3方面的能力。

2.1 工程实际应用情况分析

如某水库情况为：电站安装4台单机容量为260 MW的混流式水轮发电机组，其正常蓄水位745 m。坝基地层岩体坚硬完整力学强度较高，即其固结灌浆跨越地层主要为T1yn1-1、T1yn1-2、T1yn1-3等中硬岩、坚硬岩。本工程坝基固结灌浆处理中需加密加深处理的重要区域：其中区域地层中夹层、溶蚀裂隙发育及泥化夹层受坝基F1断层影响着。为了改善坝基的均匀性，增强整体性、减小压缩变形和提高承载能力，采用加密灌浆孔处理坝基范围内的F1断层影响带，对其进行如下固结灌浆的施工处理：

1)固结灌浆机械设备，其中主要设备是灌浆机，其他也比较重要的有压力表、灌浆塞、输浆管、拌浆筒及其他附属设备。在一定程度上灌浆质量取决于灌浆机的工作情况，如深层孔多用岩心钻或潜孔钻钻孔，浅层固结灌浆孔多用风钻钻孔。

2)岩基固结灌浆控制参数选择，根据相关文件规范，如《溢洪道设计规范》指出：“确定溢洪道地基固结灌浆的范围和深度应根据岩石的风化深度、破碎程度、基础应力及裂隙大小状况进行判断，适宜在控制段及消能建筑物地基范围内进行。应从岩体的节理发育程度、基础应力及破碎情况充分考虑固结灌浆孔的孔距、排距及孔深。其中孔距，孔深宜取3～5 m和排距宜取3～4 m，有需要时确定孔距、排距及灌浆压力等参数时应进行灌浆试验;此外对于较大的断层破碎带，裂隙密集带，宜专门布孔。同时岩基条件好时，固结灌浆可不进行，同时可按梅花型或方格型布置固结灌浆孔，灌浆孔方向应可能穿过较多的裂隙。固结灌浆宜在混凝土浇筑后进行，当有混凝土盖重时灌浆压力大一般为0.2 MPa～0.5 MPa，无混凝土盖重时则为0.1 MPa～0.3 MPa，软弱岩体地基灌浆压力在不抬动地岩基体和混凝土盖重的条件下取较大值可适当降低。”和《水闸设计规范》提出：“宜采用固结灌浆处理裂缝已发育的岩基，，固结灌浆孔可按梅花形或方格形布置，孔深大小应为3～5 m，孔距、排距大小应为3～4 m，可根据情况需求情况适当加密，有混凝土盖重时≥200 kPa，无混凝土盖重时≥100 kPa，即灌浆压力应以不掀动基础岩体或盖重为原则”。

3)固结灌浆的施工工艺，即其流程为：第一阶段，先钻孔，预埋孔口管及洗孔;第二阶段冲洗、压力灌浆及封孔及孔位处理。整体上，本工程固结灌浆选用的是预埋管法，分两步作业展开施工，即分钻进成孔和灌浆，还有灌浆段实施。在实施固结灌浆过程中，灌浆过程不出现隧洞混凝土面产生裂缝的现象，同时观测抬动值为0 mm，这样的情况达到了设计的要求。其中固结灌浆设计允许最大抬动值为200 μm。

2.2 质量检查

固结灌浆检查，以检查孔压水试验成果为主，并辅以其他分析方法进行综合评定，即采用一个中心，其他分支点进行综合评定。质量检查工作应于该部位灌浆结束3～7 d后进行，其次固结灌浆检查孔钻工作完成后，根据灌浆孔要求进行全孔1次灌浆及封孔。总之，灌浆质量可认为合格的标准为不合格试段的透水率值≤设计规定值的50%且不集中，具体的如检查孔数量不可低于灌浆孔总数的5%，试段合格率要求＞85%，检查后达不到标准要求的则要作相应处理。

检查孔一般布置在以下3个部位：

1)灌浆情况不正常或分析灌浆资料认为对灌浆质量有影响的部位。

2)注入量大的孔段附近。采用“单点法”进行孔压水试验的检查，压力为1 MPa，灌浆合格标准为基岩透水率Q≤3 Lu。

3)地质条件复杂的部位，如岩石破碎、断层、大孔隙等部位。

2.3 施工过程中出现问题的处理措施

灌浆过程中若发生外漏、冒浆等问题处理，可采用表面封堵、嵌缝、降低压力、浓浆灌注等方法处理。如在灌浆过程中，发生孔间串浆，其处理方法为：①若出现重新灌浆出现吸浆量减少或基本不吸浆的问题时，则补孔灌浆;②若串通孔都满足灌浆条件的情况时，灌注时可采用“一泵一孔”等方法进行;③若串通孔不满足灌浆条件的情况时，可用栓塞塞住串孔，灌浆灌浆孔工序完成后，接着扫孔、冲洗和灌浆串通孔。其他注意事项：灌浆因故中断，要尽可能将时间控制在30 min以内，若超过30 min，则要马上冲洗钻孔且重新灌浆。此外，要先测记涌水压力和涌水量，再灌浆涌水孔，对涌水段单独灌浆，尽可能减少段长，同时将灌浆压力提高，当灌浆达到结束标准时，屏浆不少于1 h，有必要时可采取屏浆措施，即可在灌浆浆液中掺入适量的速凝剂。

3 结论

综上所述，实践证明适当引用先进的施工工艺、施工设备，并在施工过程中不官完善及创新，不仅能提高施工水平，还将大大提高施工工程的质量。总之，在此建议在整个施工过程中，我们应重视积累了经验，不断提高施工队伍素质，尤其是在灌浆等方面能力的培养，以使施工队伍更能胜任工作的需求，从而不断提高工程质量。

［1］吴向前.论水利建设工程中的灌浆工艺施工技术［J］.四川建材，2009(6)：54-56.

［2］占忠心，田军.小湾水电站坝基有盖重固结灌浆施工［J］.葛洲坝集团科技，2009(4)：155-157.

［3］徐彦利，邢如远，卫新伍.强夯置换在水库坝基加固工程中的应用与探讨［J］.岩土工程界 ，2007(03)：33-35.

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1007-7596(2011)06-0068-02

2011-08-16

刘丽双(1976-)，女，黑龙江友谊人，工程师，主要从事农田水利工程施工与管理工作;张月红(1978-)，女，山东寿光人，工程师，主要从事农田水利工程设计、施工与管理工作。