拱坝坝肩灌浆处理及接触固结一体化工艺探讨

程春雨

（中国葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

拱坝主要以承受水平推力为主，坝体与坝肩基岩是否结合紧密、坝肩基岩的强度及完整性对保证拱坝安全至关重要。拱坝坝肩开挖坡面较陡，混凝土浇筑后存在接触缝面张开的可能，须待相应灌区混凝土龄期和温度达到设计要求后进行接触灌浆处理。同时，拱坝坝肩除本身存在各种地质构造裂隙外，其开挖施工也会产生较多的爆破和卸荷裂隙，必须采用固结灌浆进行处理。传统的接触灌浆采取分灌区进行，需要开凿浇筑止浆埂，安装进浆、排气结构；固结灌浆一般采用分序、分段造孔及时跟进灌注，施工工作量大，难以满足混凝土浇筑按基岩约束区的短间隔期要求，甚至严重影响了整个大坝浇筑进度。此外，基岩裂隙与接触面相互联通，还会出现前期固结灌浆可能堵塞预埋的接触灌浆进浆排气结构等问题。

拱坝坝肩接触、固结灌浆施工对保证拱坝施工质量和进度有着重要意义，为此，文章选取国内坝肩岩性不同的典型拱坝工程，总结、分析其所做的相关有益探索，探讨坝肩接触－固结灌浆方案的优化途径。

1 拉西瓦水电站

拉西瓦水电站为一座双曲拱坝，最大坝高250 m。坝址岩体为中生代印支期灰白色中粗粒块状花岗岩，岩块致密坚硬，平均湿抗压强度110 MPa，完整岩体纵波波速4 000 m/s以上，变形模量（Ⅱ类岩）15 GPa以上。拉西瓦水电站大坝坝肩接触、固结灌浆采取了两套系统分开进行处理，即先进行坝肩基岩固结灌浆，再进行接触灌浆。为防止二期固结灌浆堵死接触灌浆系统，该工程研制并采用了不可逆出浆盒熔蚀形成排气通道的接触灌浆系统。

1.1 固结灌浆施工

为解决边坡坝段固结灌浆与坝体混凝土浇筑上升中的工期矛盾，拉西瓦水电站又将坝肩固结灌浆分两期进行。首先将基岩面2.0 m以下进行无混凝土盖重固结灌浆，即在混凝土浇筑前使用风动钻机无岩芯钻进，一次成孔，自下而上，采用新式液压灌浆塞孔内循环分段灌浆法。二期对混凝土与基岩接触段进行有盖重埋管法固结灌浆，即在2.0 m以下的无盖重固结灌浆结束后，将原孔扫孔至3.0 m（按搭接1.0 m厚考虑），然后按照单孔埋设、单孔引出的原则预埋灌浆管路，引出所浇筑混凝土的仓号外，待混土浇筑盖重至12 m设计厚度后，再对其进行灌浆。单孔埋管时，先将孔内的积水与粉尘吹净，进浆管距孔底10 cm，回浆管距孔口以下20 cm，管路与孔口段采用麻丝堵塞，再用铁皮将孔口封闭，周边用砂浆勾缝，防止浇筑时混凝土浆液进入孔中。

1.2 接触灌浆施工

该工程的接触灌浆是待一期固结灌浆施工和岩面清理完毕、岩石面局部找平后，采用预理J B J－60型单向注浆装置，间距按2.0 m×3.0 m梅花形布置。为防止二期固结灌浆时浆液封堵装置，施工时将装置的橡皮套充分挤压在岩面上，然后包裹一层土工布。排气系统采取在浇筑止浆体时在其中部形成1个略短于止浆体的长三角槽。三角槽内布置1根长的排气干管（1.5″硬塑料管，间隔50 cm相错造Φ15 mm的圆孔）及1根长通丙酮管（通丙酮管为1.0″硬塑料管，以下游为起始方向前10 m间隔50 cm开孔，10～30 m范围内间隔30 cm开孔，剩余部分间隔20 cm开孔，开孔孔径控制不超过2 mm），上部覆盖1.2 mm厚铁皮制作的盖板，盖板端部设置10 cm的搭接，搭接部分采用沥青和泥焦油涂抹，形成一个完整的隔离面，护盖与止浆体之间采用2 mm厚的泡沫板作垫层，然后将盖板牢固地钉在止浆体上，并将盖板顶部和底部用水泥砂浆勾缝，保证盖板与混凝土止浆体之间缝隙密封。

接触灌浆是待混凝土温度、龄期、缝展度等条件满足设计要求后进行。灌浆前在通丙酮管路中通入0.2 MPa的压力水，将包裹在花管外的牛皮纸挤压破裂，排净管道内的积水，压入丙酮，溶解聚乙烯泡沫板形成缝隙，并在排气管内压入0.2 MPa的压力水，以保证管路与缝面畅通，方可实施灌浆作业。灌浆的压力以排气口管口压力作为控制值，压力为0.25～0.35 MPa，灌浆浆液浓度由稀到浓，逐级变浆。施工采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四个比级，当排气管排浆浓度达到或接近进浆浓度，且管口压力达到设计规定值、注入率不大于1 L/min、持续20 min灌浆，即可结束。

1.3 实施效果

拉西瓦水电站坝肩采取先固结后接触灌浆的工艺，接触灌浆吸浆量小，可灌性差，但从压水和声波测试来看，能够满足设计和规范要求。

2 小湾水电站

小湾水电站为混凝土双曲拱坝，坝高294.5 m。小湾坝址区地质岩层基岩岩性主要为黑云花岗片麻岩和角闪斜长片麻岩，两种岩层均夹薄层镜状片岩。小湾水电站大坝坝肩接触、固结灌浆采取了两套系统分开进行处理，即先期在坝缝尚未张开以前进行坝肩基岩固结灌浆，再进行接触灌浆。

2.1 固结灌浆施工

小湾水电站大坝坝肩固结灌浆正式实施前进行了生产性试验，施工采用排间分两序，排内分两序。Ⅰ、Ⅱ序施工采用自上而下分段孔内堵塞灌浆法。Ⅲ、Ⅳ序孔施工采用先单独灌第一段后，再一钻到底，自下而上分段灌浆法。试验表明，该方法的无盖重固结灌浆效果不佳，后全部改为有盖重固结灌浆。

坝肩有盖重固结浆采取在相应坝块混凝土浇筑后再造孔灌注。因单个坝段灌浆量较大，一次施工完成会导致仓面间歇时间满足不了基础约束区短间歇上升的要求，对整个大坝的施工工期也会造成很大的影响。因此，在后期施工中改为先浇筑一个1.5 m层厚快速覆盖固结灌浆施工面，仓号浇筑3 d后开始一期固结灌浆工作，施工完成后，再浇筑一个1.5 m升层，3 d后再进行二期固结灌浆施工，然后再浇筑一个1.5 m升层，开始固结灌浆检查孔施工，各层施工间隔期控制在15 d以内。固结灌浆时其本坝段和相邻坝段混凝土盖重还须满足要求，因此，单个坝段固结灌浆施工即使采用了两期固结灌浆，需要占用的时间仍然较长。一期固结灌浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，二期采用了超细水泥。灌浆压力和浆液浓度和一般工程类似，采取由小到大分级进行。

2.2 接触灌浆施工

该工程的坝肩接触灌浆采用了设置止浆埂、排气槽、预埋管法，是待相应高程的大坝混凝土温度、龄期等条件满足设计要求后与接缝灌浆同时进行。灌浆浆液浓度由稀到浓，逐级变浆。施工采用四个比级，为3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1。当排气管出浆浓度同进浆管相近时，改为高浓度级灌浆，直至结束。灌浆过程中调整进浆量，逐渐使排气管升压，并间歇性地开启排气管以排出稀浆。当排气管排浆浓度达到或接近进浆浓度，且管口压力达到设计规定值、注入率不大于1 L/min、持续20 min灌浆，即可结束。

2.3 实施效果

由于前面已经对坝肩进行了固结灌浆，加之坝肩接触缝面张开较小，接触缝面可灌性较差。对个别通畅性差的灌区采取从下游坝面打设灌浆和排气孔进行处理。最终通过压水和声波测试来看，该处理方法能够满足设计和规范要求。

3 洞坪水电站

洞坪水电站拱坝最大坝高135 m。坝肩岩层为薄层灰岩、中厚层灰岩、极薄层灰岩夹泥质灰岩互层结构，断层较少，裂隙有横张卸荷裂隙、雁列式张裂隙及反倾向裂隙，多充填方解石脉。岩石强度中等，岩体质量属Ⅱ类中硬岩石类，单轴抗压强度约为40～60 MPa。岩体属层状结构，较完整，风化深度较浅，风化微弱。

3.1 坝肩接触－固结灌浆设计方案

洞坪水电站大坝两岸坝基采用了接触－固结灌浆一体化工艺，即采用预埋管法，待相应高程坝块接缝灌浆完成后一次性进行该层的接触固结灌浆。按照拱坝接缝灌浆坝块两侧平压考虑，洞坪水电站坝肩接触灌浆也是大致按10～12 m高设置为一个灌区，各灌区在基岩面刻凿深度为40 cm、宽度为60 cm的止浆槽，埋设止浆片，浇筑止浆埂。按照一般接触灌浆的设计思路，其进浆和排气装置最好按上、下层条带状布置，以使浆液灌注的时候能够沿着整个接触面流动充填，以达到饱满的效果。由于在止浆埂中不便布置条带状进浆排气的管道，且进浆槽密封有难度，故在设计中利用固结灌浆的埋管作为进浆及排气管，采用点状梅花形布置，排距约为2.5～3.0 m，每个灌区布置4～5排，每排8～10个孔。为达到灌浆孔能随接触缝面张开时形成连通，设计要求是当混凝土浇筑到钻孔开孔高程仓位时，先埋设孔口管，待该埋管层混凝土浇筑3 d后再在混凝土面钻孔，钻孔深入基岩6 m。造孔完成后须要用水将钻孔反复冲洗干净，再进行压水检查，最后连接进、回浆管形成灌浆系统，用铁皮封死孔口管顶部，其固结及接触灌浆孔口处管路装置及灌区设置见图1。进浆管距孔底100 mm，回浆管距孔口以下150 mm。

图1 固结及接触灌浆孔口处管路装置示意图

3.2 坝肩接触－固结灌浆施工

洞坪水电站坝肩接触－固结灌浆斜孔是待相应高程基岩坝块混凝土浇筑完成后采用地质钻机打设，然后经冲孔、压水，最后连接进、回浆管形成灌浆系统，将各排孔的进回浆干管均集中引至廊道内。止浆埂是先期浇筑混凝土，混凝土表面进行收面压光，待混凝土达到3 d以上龄期，硬化收缩完毕后在表面涂刷隔离剂，再浇筑大坝混凝土。

坝肩接触－固结灌浆的工序流程是：通水检查及钻孔冲洗→压水试验→灌浆、封孔。灌浆浆液浓度由稀到浓，逐级变浆。施工采用六个比级，为 5∶1、3∶1、2∶1、1∶ 1、0.8∶ 1、0.5∶1。某一比级浆液的单位注入量已达50 L/m以上或灌浆时间已达45 min，而灌浆压力和单位吸浆量均无改变时，应变浓一个比级灌注。

当灌前压水漏水量大于50 L时可按3∶1开灌，如大于100 L则可按2∶1开灌，如大于120 L则可按1∶1开灌。最大开灌水灰比不得浓于1∶1。

灌浆压力以回浆管的压力0.6～0.8 MPa进行控制，由于每排孔并联孔数一般为7个以上，在设计压力下单位孔长吸浆量小于0.08 L/min下单后，再继续灌注45 min结束。最上排灌至0.5∶1的浓浆时，对排气管进行间歇放浆，直至排气管出浆浓度达到1.7以上后方可扎死管口。

灌浆过程中，排气管敞开，灌浆采取一区多机，一台机灌一排孔，从下到上逐排启灌（下面一排孔回出上一排孔开灌的同一级或接近级浆后，即可启灌上一排孔）。当各排孔吸浆量达到固结灌浆结束标准时，则从下到上逐排改灌最浓级浆（下面一排孔回出同一级浓浆后，即可改浓灌注上面的一排孔），令排气管间断放浆并仍按固结灌浆的要求结束灌浆并封孔。

3.3 实施情况

洞坪水电站两岸坝肩接触－固结灌浆，通过声波测试和压水试验来看，均能达到设计要求，但在实施过程中出现的一些现象与设计想象有出入：一方面大部分灌区相互串通，表明止浆埂作用不大，同时由于相互串通，低浓度灌浆压力不能达到设计要求，多个灌区是采用限流方式结束灌浆；另一方面在岩面刻凿止浆槽时，由于岩石为薄层灰岩，存在大量的节理和裂隙，止浆槽凿刻槽成型困难，耽误了大量的工期，部分采用打设锚筋浇筑弧面止浆埂代替。

4 坝肩接触－固结灌浆方案优化

比较前面三个工程实践可知，小湾水电站坝肩全部采取浇筑混凝土后再造孔的有盖重固结灌浆，对施工进度造成了较大影响，而拉西瓦水电站坝肩采用了无盖重固结灌浆和有盖重固结灌浆结合的方式，较好解决了工期和质量的矛盾。根据资料可知，白鹤滩水电站、溪洛渡水电站的坝肩固结灌浆均采用了无盖重固结灌浆和有盖重固结灌浆结合的工艺，实施效果较好。接触灌浆处理方面，拉西瓦的工艺比较复杂，且存在一期固结灌浆堵塞进浆和排气装置的可能。洞坪水电站采取预埋管接触－固结灌浆一体化工艺，实践表明，该工艺简单可行，但由于没有进行一期固结，岩石裂隙多，后期灌浆压力值难以达到质量控制标准，存在一定的质量风险。

结合上述工程经验，可以优化改进坝肩接触－固结灌浆一体化工艺，即对固结灌浆部分采用拉西瓦工程的工艺：采用两期施工，一期在坝体混凝土浇筑前采用一钻到底，孔内分段堵塞灌注，然后在孔口预埋钢管，浇筑混凝土后再扫孔进入基岩3～4 m，安装进浆及回浆管引出坝体，待后期坝体满足接缝灌浆条件后结合接触灌浆进行有盖重二期固结灌浆。采取这种方法可以减少二期固结灌浆吸浆量，提高固结及接缝灌浆压力。洞坪水电站坝肩接触－固结灌浆孔采取一根干管将每排进浆管并联方式引出的方式，笔者认为一次性并联管孔太多，进浆分配及浆液扩散质量不易确定，建议可以将每排按照上下游各半区分开设置考虑，且灌浆时可以采用交叉排气法逼迫浆液扩散以提高灌浆质量。

由于拱坝坝肩基岩裂隙较多，止浆槽开凿过程中存在成型困难、形成的灌区封闭性差等问题，故建议取消。由于坝肩接触－固结灌浆是在同高程层接缝灌浆完成以后进行，灌区底层灌浆压力可以适当加大，灌区顶排接触固结灌浆孔采用由稀到浓达到设计灌浆压力后，及时对上部灌区灌浆孔采用清水进行冲洗，以防止堵塞上部灌浆孔。

5 结语

文章结合拉西瓦水电站、小湾水电站、洞坪水电站的坝肩接触、固结灌浆施工工艺及实施效果，提出了坝肩接触固结一体化的优化施工工艺，即：固结灌浆采用两期施工，一期固结灌浆在坝体混凝土浇筑前，采用钻孔、分段堵塞灌注、孔口预埋钢管，待浇筑混凝土后再扫孔进入基岩3～4m，安装进浆管、回浆管引出坝体，结合接触灌浆进行有盖重的二期固结灌浆；进浆管按照上下游分开设置，采用交叉排气法提高灌浆质量；取消止浆槽，适当加大灌区底层灌浆压力。该优化施工工艺简单、便捷，能有效解决原有施工工艺存在的接触缝面吸浆量小、可灌性差、后期灌浆压力难以达标、质量风险大等缺陷，且有较好的理论基础，具有推广使用价值。