大坝灌浆施工中盖板混凝土抬动变形控制探讨

郭宏文

(江西省建洪工程监理咨询有限公司，南昌 330000)

灌浆施工期间因灌浆压力、地质条件、浆液水灰比、注浆孔深及孔距、注浆次序等原因经常引发盖板混凝土结构抬动变形。为避免水利水电、隧洞衬砌及底板等部位灌浆施工过程中发生抬动破坏，必须加强施工过程中抬动变形监测，保证灌浆施工质量。

1 工程概况

S水库工程位于赣江水系贡江支流濂水三级支流、高排河一级支流石陂河中上游，坝址控制流域面积3.4km2，流域为长叶形，并表现为北东-南西流向。水库蓄水位585m，总库容200×104m3，属于以灌溉、供水为主的蓄水位工程。水库工程拟采用重力坝。库区主要为低山丘陵剥蚀地形地貌，且山体陡峻雄厚，河道内存在厚度0-3m的砂砾石、圆砾石沉积层，局部地区基岩裸露，河岸处也不存在大面积滑坡和泥石流等地质问题。库区地处赣中南-华南褶皱系构造单元，且东西向和北东向带状断裂、褶皱发育，但对库区地壳稳定性无较大影响。库区两岸山体狭长高陡，最高海拔高程达到454.3m，山坡坡度多在30°-45°之间；区域内地表径流发育，河道狭窄，河谷宽度在10-30m之间。

2 盖板混凝土抬动变形监测

按照30m深度在混凝土衬砌及围岩内钻孔，并埋设传感器支架及钢管，并使保护管嵌入围岩结构内，将细砂充填于钻孔与保护管间缝隙内；内管置于保护管末端，并通过水泥浆锚固；将麻丝填塞进保护管和内管间，通过厚度10cm的砂浆固定孔口段。通过设置于混凝土衬砌结构内的支架固定位移传感器并使其连接监测仪器，而压力传感器则与监测仪器和注浆泵压力接口相连。具体结构详见图1。

图1 抬动变形监测装置

水库大坝灌浆施工中盖板混凝土抬动变形观测由自动记录仪按照60s的时间间隔采集并记录观测数据，对于压水试验、孔隙水压力检查、裂隙冲洗等过程中盖板抬动幅度超出100μm时，则应结合工程实际适当降低施工压力；设计允许抬动变形量上限为200μm，且当盖板抬动形变值达到150μm时，仪器便会自动报警。若降压措施采取后仍无法控制盖板混凝土抬动，则应停止压水试验、裂隙冲洗等施工过程，查明原因并及时采取有效措施解决问题后再恢复施工。灌浆施工时必须安排技术人员实时监测盖板混凝土抬动装置千分表的变动，当抬动值不超出100μm，则按照设计灌浆压力和注浆量协调控制压力升高过程；而当抬动值超出100μm但不足200μm时，应将注浆率严格控制在10L/min以内，此时若盖板混凝土抬动已趋于稳定，则应按设计要求逐级升压；否则应停止灌浆[1]。

该水库大坝基础固结灌浆和帷幕灌浆施工期间盖板混凝土抬动变形监测采用黄河勘测规划设计院所研制的24h持续采集、记录及预警功能的TDS-A型变形观测仪，其数据采集时间可自行设置，最小采集及记录时间为60s。位移传感器则为测量精度1μm的HY-85型数码位移传感器；压力传感器为具备灌浆压力实时观测功能的ST-3000-LBCⅢ-ER型压力变送器。

3 盖板混凝土抬动变形分析

3.1 固结灌浆抬动统计

该水库大坝基础固结灌浆所设置的施工单元中有16个单元表现出盖板混凝土局部抬动变形趋势，其中8处出现在河床盖板、5处和3处分别出现在左右岸盖板，抬动变形量最大达到330μm，具体抬动形变频率情况统计详见表1。

表1 固结灌浆抬动形变频率统计

由表中统计结果可以看出，在该水库大坝固结灌浆施工过程中共有74段表现出抬动形变，其中42段出现在洗孔和压水期间，19段出现在灌浆施工期间，剩余段则出现在封孔过程中。根据以上分析得知，大部分盖板混凝土抬动变形均出现在灌浆施工前压水及裂隙冲洗过程中[2]。其中河床盖板处最大抬动形变量超出了200μm的设计允许值，进一步分析发现，此处抬动变形增加速度快，历时短。为此，在河床盖板处抬动部位于施工缝相距50cm位置设置一定数量的抗抬锚杆；大坝左右岸抬动变形量相对较小，且形变过程缓慢，故通过延长待凝时间、泵头分流、缓慢升压、限流限压、加强观测等措施予以控制。

3.2 帷幕灌浆抬动统计

水库大坝坝基帷幕灌浆施工期间，1#-5#注浆孔第一孔段注浆过程中发生盖板抬动，最大形变量达到240μm且呈现持续增大态势，为此，在施工过程中便采取了紧急待凝措施；后期则改用控制帷幕灌浆孔口段注浆压力，并将一圈抗抬锚杆增设于盖板周围与施工缝相距50cm的区域，其余注浆孔孔口管加深3.0m。帷幕灌浆抬动形变频率情况统计详见表2。由表可知，帷幕灌浆施工过程中盖板混凝土结构抬动发生的工序与固结灌浆基本一致，大多出现在灌浆施工前压水及裂隙冲洗过程。

表2 帷幕灌浆抬动形变频率统计

考虑到该水库大坝帷幕关键施工过程中1#-5#注浆孔第一孔段发生较为严重抬动变形，为确保灌浆施工质量，必须在注浆结束后检查盖板混凝土和基岩面结合程度，为此，在相应区域接触面孔内设置电视检查孔。根据检查结果，盖板和基岩接触段水泥填充密实，表明接触段注浆施工质量符合设计要求。

4 盖板混凝土抬动原因

4.1 固结灌浆盖板抬动原因

该水库大坝坝基固结灌浆施工过程中发生盖板混凝土抬动变形，主要与基岩裂隙发育、断层破碎带发育、现场交叉施工等有关。①结合该大坝坝址区地质条件，其岩层顺坡向卸荷裂隙及陡倾角裂隙发育，固结灌浆施工期间水泥浆液因受到注浆压力的作用而顺坡向和裂隙串流至浅层区，此后直接作用于盖板混凝土，造成盖板抬动变形。②该水库大坝坝基固结灌浆施工过程中部分抬动与断层破碎带等地质缺陷紧邻，在受到灌浆压力的作用下必然引发抬动变形[3]。③该水库大坝河床部分盖板固结灌浆施工和混凝土浇筑交叉进行，虽然施工期间加强了对注浆管路的防护，但因受到重型混凝土罐车等施工机械对回浆管路的碾压，孔内浆液因难以及时返回、管道内吸力增大而引发盖板抬动变形。

4.2 帷幕灌浆盖板抬动原因

帷幕灌浆施工过程中发生盖板混凝土抬动变形则与注浆孔口管埋深及浅表段注浆压力过高有关。①根据相关规范，开挖岸坡围岩卸荷深度一般控制在2.0-5.0m，而全部区域帷幕灌浆孔口管埋深均为2.0m，符合卸荷深度要求。通过孔口封闭灌浆施工时，注浆压力经过孔口管底端后向浅层卸荷区传递，进而引发区域内盖板抬动。②该水库大坝坝基浅表段0-2m深度固结灌浆压力0.3-0.5MPa，帷幕灌浆压力0.6-2.0MPa；浅表段2-8m深度固结灌浆压力0.5-0.7MPa，帷幕灌浆压力3.0-5.0MPa；帷幕灌浆压力远>固结灌浆压力。孔口段则在进行卡塞灌浆时因基岩与盖板间结合面被击穿而发生抬动变形。

5 结 论

对于水库大坝坝基灌浆施工中所出现的盖板抬动大多具有瞬发性特征，发生变形值超出规范要求的明显抬动后必须及时采取限压限流及待凝措施，直至抬动变形达到稳定；抬动发生后的灌浆施工单元，必须按照单元最低注浆压力控制其检查孔水压力，避免发生二次抬动变形。帷幕灌浆孔口段埋深的增大可使浅表段盖板混凝土抬动变形发生的风险明显降低；控制并降低浅表层注浆压力和水压力，延长浅表段待凝时间，并提升浆液凝结强度，可进一步避免深孔段灌浆施工击穿浅层倾角裂隙而引发的盖板混凝土抬动。