浅析水库大坝基础灌浆施工加固技术

杨久云

摘要：灌浆技术是水利工程建筑物建设过程中一项基础施工技术，施工灌浆技术被广泛的运用到大坝坝基防渗和加固处理中，是提高大坝稳固性与安全性的重要技术措施。大坝与水库的地基是否稳固直接关系到水利工程的整体质量，一般情况下，需要进行进一步的处理后才能达到稳定与防渗的要求。在施工过程中多采用基础施工灌浆技术对大坝和水库进行加固防渗处理，所以本文选取基础施工灌浆技术加以介绍。

关键词：大坝；固结灌浆；坝基；施工技术；质量控制

一、大坝固结灌浆的原理

固结灌浆的原理是把一定配比的某种具有流动性和胶凝性的浆液,施加一定的压力通过钻孔压入岩层裂隙中去,经过胶结硬化以后,以提高岩基的强度,改善岩基的整体性和抗渗性。灌浆材料以水泥浆液为主，坝基固结灌浆的目的是对坝基浅层爆破松动及地质缺陷部位的岩体进行补强加固，以提高坝基岩体的均匀性、整体性和抗变形能力，增强浅层岩体的抗渗能力。

二、工程概况

黔南州高车水库大坝为混凝土砌石拱坝，坝高41.70m，坝顶高程930.0m，河床部位坝基固结灌浆高程为882.0~884.0m，大坝两坝肩固结灌浆勘入基岩6~8m，坝基固结灌浆跨越地层主要为OET等中硬岩,岩体坚硬完整力学强度较高，坝基固结灌浆是坝体与基岩连接的重要手段。

为了改善坝基的均匀性，增强整体性，提高承载能力，减小压缩变形,对坝基范围内的固结灌浆，孔间排距为3 m,孔深入岩6~8 m,孔向铅直向下。

三、大坝固结灌浆的施工

3.1 固结灌浆机械设备

灌浆设备一般包括灌浆机,拌浆筒,输浆管,灌浆塞,压力表及其他附属设备,灌浆机是灌浆的主要设备,灌浆质量在一定程度上取决于灌浆机的工作情况,灌浆机一般有活塞式,气压式,液压式三种。活塞式灌浆机按灌浆泵的缸体轴线方向又分为立式和卧式两种。浅层固结灌浆孔多用风钻钻孔,深层孔多用潜孔钻或岩心钻钻孔。

3.2 岩基固结灌浆控制参数选择

规范中有关固结灌浆的规定：

(1)《水闸设计规范》SL265- 2001 8.4.1第2条“: 对于裂缝已发育的岩基,宜进行固结灌浆处理,固结灌浆孔可按梅花形或方格形布置,孔距、排距宜取3 m～4 m,孔深宜取3 m～5 m,必要时可适当加密,灌浆压力应以不掀动基础岩体或盖重为原则,无混凝土盖重时不宜小于100 kPa,有混凝土盖重时不宜小于200 kPa”。

(2)《溢洪道设计规范》：“ 溢洪道地基固结灌浆的范围和深度应根据岩石的破碎程度,风化深度,裂隙大小和基础应力情况确定, 宜在控制段及消能建筑物地基范围内进行, 岩基条件好时,可不进行固结灌浆,固结灌浆孔可按梅花型或方格型布置,灌浆孔方向应尽量穿过较多的裂隙。固结灌浆孔的孔距,排距,孔深应根据岩体的破碎情况,节理发育程度及基础应力综合考虑。孔距,排距宜取3~4 m,孔深宜取3~5 m,必要时可通过灌浆试验确定孔距,排距及灌浆压力等参数,对于较大的断层破碎带,裂隙密集带,宜专门布孔。固结灌浆宜在混凝土浇筑后进行,灌浆压力当有混凝土盖重时可采用0.2 MPa～0.5 MPa, 无混凝土盖重时可采用0.1 MPa～0.3 MPa, 在不抬动地岩基体和混凝土盖重条件下取较大值，软弱岩体地基灌浆压力可适当降低。”

（3）《水工建筑物水泥灌浆设计规范》

（3.1）灌浆工程所采用的水泥品种，应根据灌浆目的和环境水的侵蚀作用等由设计确定。一般情况下，应采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥。当有耐酸或其它要求时，可用抗酸水泥或其它类特种水泥。 使用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥灌浆时，应得到设计许可。灌浆浆液水灰比不宜稀于1∶1(重量比，以下同)。 回填灌浆所用的水泥标号不应低于32.5Mpa。帷幕和固结灌浆所用的水泥标号不应低于42.5Mpa。

（3.2）帷幕灌浆和坝体接缝灌浆，对水泥细度的要求为通过80mm方孔筛的筛余量不宜大于5%；当坝体接缝张开度小于0.5mm时，对水泥细度的要求为通过71mm方孔筛的筛余量不宜大于2%。钢衬接触灌浆对水泥标号和细度的要求可参照坝体接缝灌浆的相应要求。灌浆用水泥必须符合质量标准，不得使用受潮结块的水泥。采用细水泥时，应严格防潮和缩短存放时间。（3.3）灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水的要求。 水工建筑物水泥灌浆一般使用纯水泥浆液。在特殊地质条件下或有特殊要求时，根据需要，通过现场灌浆试验论证，可使用下列类型浆液： a、细水泥浆液：系指干磨水泥浆液、湿磨水泥浆液和超细水泥浆液； b、稳定浆液：系指掺有少量稳定剂，析水率不大于5%的水泥浆液； c、混合浆液：系指掺有掺合料的水泥浆液； d、膏状浆液：系指塑性屈服强度大于20Pa的混合浆液。

3.3 固结灌浆的施工工艺

本工程固结灌浆采用预埋管法,分钻进成孔和灌浆两步作业,一个灌浆段实施。工艺流程为:钻孔→预埋孔口管→洗孔，冲洗→压力灌浆→封孔及孔位处理。

(1)钻孔:用φ40 mm的合金钻头钻至设计深度,钻孔过程中用风管将孔底的岩屑、土粒等吹出,使孔内干净无碎屑,并做好成孔保护,防止异物落入、孔壁坍塌等。

(2)预埋注浆管:在孔内预埋直径1英寸5 m长的铁质耐压管,管口高出基面20 cm,在距基面4.0 m处用数道橡胶封隔片封堵,在封隔片到基础面的管与孔的间隙中用高标号砂浆封堵,使钻孔下段约1.0 m范围形成封闭的空间,灌浆时浆液从岩石的裂隙中流动充填,而不会从孔中冒浆。

(3)洗孔:用清水大流量冲洗,将残存孔内和粘附在孔壁的岩粉、裂隙或孔洞中充填的松软、风化的泥质充填物冲出孔外,利于浆液流进裂隙并在裂隙面胶结紧固, 起到防渗和固结作用。一般洗孔压力为灌浆压力的80%,以四周回水干净为准。

(4)压力灌浆:根据逐渐加密的灌浆原则,先施工基础四周的孔位,后施工中间的孔位。本工程灌浆采用一次全孔灌浆法。灌浆管底端距孔底20 cm左右。连接注浆盖头与输浆管路,启动压浆泵送浆,浆液沿注浆管,由孔底逐渐上升到整个孔中,在压力的作用下,沿孔壁裂隙流动、充填、挤走裂缝中的水分,并与周围岩体固结,形成密闭的防渗体。

(5)封孔及孔位处理:灌浆后,因水泥浆固结收缩,灌浆孔上部会形成空洞,应吸出孔内积水,用高标号砂浆封填,孔口管凿除后再用高标号砂浆抹平。

(6)灌浆记录

钻孔、压水和灌浆过程中,均由机组记录员对本班工作情况、钻进情况,尤其是孔内异常情况,钻孔冲洗、压水和灌浆全过程进行记录。压水和灌浆过程中采用自动记录仪进行监控,同时进行人工记录,并与记录仪记录的数据对比,发现有较明显的偏差时, 立即查明原因。记录仪采用长江水利委员会科学研究院生产的JLY- Ⅳ型灌浆压力、水灰比、注入率三参数自动记录仪,记录仪统一由生产厂家检测、率定和定期检查。合格才能投入使用。

(7)抬动观测

为了防止混凝土在灌浆时被抬裂,每个混凝土衬砌块均布设了一个抬动观测孔,采用千分表进行观测。千分表使用前经过计量检验部门率定合格后才能投入使用。抬动观测工艺流程如下:钻孔→安装→观测→资料分析。千分表测杆用Φ15 mm钢筋固定在套管上,安装时保证外管与锚固头密封,严禁浆液进入测杆内。各孔在进行裂隙冲洗和灌浆时均由专人进行抬动观测并做好抬动观测记录。固结灌浆设计允许最大抬动值为200 μm。在实施固结灌浆过程中,观测抬动值为0 mm,灌浆过程未发现隧洞混凝土面产生裂缝,就满足了设计要求。

四、灌浆施工常见问题处理

灌浆过程中,发生冒浆、外漏等，采用嵌缝、表面封堵、降低压力浓浆灌注等办法处理。灌浆过程中,发生孔间串浆，如串通孔均具备灌浆条件时,可采取并联、“一泵一孔”等方法进行灌注;串通孔不具备灌浆条件时,可将被串孔用栓塞塞住,待灌浆孔灌浆结束后,再对串通孔扫孔、冲洗和灌浆。灌浆因故中断，必须尽可能将时间缩短至30 min以内,若超过30 min,则立即冲洗钻孔重新灌浆;若重新灌浆出现吸浆量减少或基本不吸浆,则补孔灌浆。涌水孔的灌浆，首先测记涌水压力和涌水量,尽量缩短段长,对涌水段单独灌浆,增大灌浆压力,灌浆达到结束标准时,屏浆不少于1 h,并采取屏浆措施，必要时,在灌浆浆液中掺入适量的速凝剂。

五、灌浆施工质量检查

固结灌浆检查，以检查孔压水试验成果为主,结合灌浆资料分析等进行综合评定。检查工作在该部位灌浆结束3 d～7 d后进行。检查孔一般布置在以下部位:1)岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位;2)注入量大的孔段附近;3)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。检查孔压水试验采用“单点法”,压力为1MPa,灌浆合格标准为基岩透水率Q≤3 Lu。检查孔数量不少于灌浆孔总数的5%, 试段合格率85%以上,不合格试段的透水率值不超过设计规定值的50%,且不集中,灌浆质量可认为合格。否则应进行处理。固结灌浆检查孔钻、压结束后,按灌浆孔要求进行全孔1次灌浆及封孔,施工要求同灌浆孔。

六、结束语

在水利施工过程中会遇到各种各样的渗漏状况，必须对工程进行加固。为此水利工程施工灌浆技术将在日后的实践工作中进一步的发展与完善。在施工的过程中我们要通过的施工环境进行总体的分析考量，对地质条件、水文特征等一系列因素综合把握。再次基础上采用不同的施工灌浆技术，保障工程的安全性与稳定性。水库基础处理施工包括回填灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、接缝及接触灌浆、冷却管灌浆等多项内容，涉及了规范中的多种灌浆施工技术，本文针对水库坝基工程情况，精心组织施工，以科学严谨的态度，认真负责的做好各项分析计算及质量检查工作，取得了较好的社会效益及经济效益。