陶岔渠首枢纽工程固结灌浆应用研究

龚志明 奚建猛

陶岔渠首枢纽工程固结灌浆应用研究

龚志明 奚建猛

一、概况

陶岔渠首枢纽工程是南水北调中线输水总干渠的引水渠首，主要由引水闸、河床式电站、两岸重力坝等建筑物组成。位于汤山与禹山之间的垭口地带，区内主要地貌单元有：剥蚀残山、垄岗、水系及人工地貌等。

坝基为奥陶系中统第二岩组（O22）灰岩、条纹灰岩，强度满足设计要求；但岩溶的发育与分别不易确定；同时建基面低于正常蓄水位40余米，运行期坝后基底扬压力较大，且断层、裂隙及岩脉较发育，局部岩体较破碎。为提高坝基岩体的完整性和承载能力，根据基础开挖揭露的实际情况对坝基重点区域下一定深度范围内岩体进行专门的处理。

二、固结灌浆设计

固结灌浆是为改善节理裂隙发育或有破碎带岩石的物理力学性能而进行的灌浆工程，其主要作用是：提高岩石的整体性与均质性；提高岩石的抗压强度与弹性模量；减少岩石的变形与不均匀沉陷。根据陶岔渠首枢纽工程坝基地质情况，为提高闸基岩体的完整性和承载能力，对坝基下一定深度范围内岩体进行固结灌浆。固结灌浆分布于大坝基础，间排距2.5m，梅花状布置，入岩深度5m和8m；固结灌浆孔灌后基岩透水率q≤5Lu。灌浆采用孔内循环式灌浆法，施工分两序进行，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

三、固结灌浆施工

1.固结灌浆实施条件

（1）灌浆区域内勘探平洞回填处理完成。

（2）固结灌浆范围内的坝基溶洞清理、回填完毕。

（3）基岩固结灌浆部位混凝土厚度不小于3m。

（4）布有物探测试的部位灌前物探测试结束。

（5）相应部位抬动变形装置埋设完毕，并投入使用。

（6）相应部位监测设施埋设完毕。

（7）相应部位的混凝土达到50%设计强度。

2.灌浆设备要求

（1）根据灌浆需要配置高速和低速浆液搅拌机，搅拌机的转速和搅拌能力应分别与所搅拌的浆液类型及灌浆泵排浆量相适应，并应保证均匀、连续地拌制浆液；所有搅拌设备拌制浆液前应先在现场试运行。

（2）集中制浆站的制浆能力满足灌浆进度高峰期所有机组用浆需要，制浆站应配备除尘设备，当浆液需掺加掺合剂或外加剂时，应增设相应的设备。

（3）承包人提供的灌浆泵性能应与灌浆浆液的类型和浓度相适应，其容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，压力波动范围宜小于灌浆压力的20%，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能，灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。

（4）灌浆管路应保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。灌浆泵和灌浆孔口处均应安装压力表。所选用的压力表在使用前应进行率定，使用过程中应经常检查核对，不合格和已损坏的压力表严禁使用。压力表和管路之间应设有隔浆装置。

（5）灌浆塞应与采用的灌浆方法、灌浆压力及地质条件相适应，胶塞应具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下能可靠地封闭灌浆孔段，并易于

安装和卸除。

（6）承包人必须使用灌浆自动记录仪记录灌浆、压水的全过程，灌浆自动记录仪应为质量优良产品，并能自动、准确记录灌浆压力、注入率、浆液浓度等。

3.固结灌浆浆液及变浆标准

（1）固结灌浆浆液一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五个级别。在大断层、溶洞、溶缝等地质缺陷部位，可采用混合浆液、水泥砂浆、高流态混凝土，特殊情况下可采用特殊水泥浆液或化学浆液，采用前应报监理人审批。

（2）承包人按灌浆试验确定或监理人批准的水灰比施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

（3）当某一级水灰比浆液的单孔注入量达300L以上、群孔达900L以上或灌注时间已达1h以上，而灌浆压力或注入率均无改变或改变不明显时，应改用浓一级水灰比的浆液灌注。

（4）当注入率大于30L/min时，视具体情况可越级变浓浆液水灰比。

（5）浆液水灰比改变后，如灌浆压力突增或注入率突减至原注入率的1/2以下时，应立即使用稀一级水灰比进行灌注，查明原因并报告监理人采取相应措施。

（6）灌浆前、浆液变换时、灌浆结束时均应测量浆液密度，灌浆过程中亦应每隔15～30min测量一次浆液密度，并反映在固结灌浆综合成果表中。

（7）固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min，灌浆即可结束；当长期达不到结束标准时，应及早报请监理人员共同研究处理措施，不得擅自停灌。

4.抬动观测控制

灌浆过程中要进行抬动变形观测，抬动观测孔入岩6m，孔径Ф91mm。设有抬动变形观测装置的部位，观测孔周边10m范围内的灌浆孔。

观测孔段在裂隙冲洗、压水试验及灌浆过程中均连续进行抬动变形观测，抬动变形观测安排专职人员进行观测、记录，每10min测记一次读数。抬动变形预警值控制在50μm以内，最大不超过200μm，当变形值接近允许值或变形值上升速度过快时，应及时降低灌浆压力，防止抬动破坏。

5.封孔

（1）固结灌浆孔全孔灌浆结束后用水灰比为0.5∶1的浓浆进行封孔。封孔采用“机械压浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”，浆液凝固后应及时清除孔内浮浆和污水，用M20水泥砂浆回填密实。

（2）单元工程灌浆结束后，抬动观测孔、物探测试孔等亦应进行封孔处理，其封孔方法及要求同固结灌浆孔。

四、固结灌浆质量成果

固结灌浆质量检查采用以测量岩体波速或静弹性模量为主，以分析灌浆孔和检查孔的钻孔取芯以及压水试验成果为辅的方法进行综合评定。

检查合格标准：①固结灌浆压水试验合格标准：固结灌浆孔灌后基岩透水率q≤5Lu，单元灌区内压水检查的合格率达80%以上，其余不合格孔段的基岩透水率最大值不超过7.5Lu，且不集中方可认为合格。②物探测试采用灌浆前后对比测试的方法。

（1）灌后压水检查

监理通过对陶岔渠首枢纽工程固结灌浆成果资料的分析，固结灌浆钻孔压水检查孔数为不少于灌浆总孔数的5%进行灌后压水检查。该工程共压水检查45个孔50段，所有段均小于5Lu，满足设计要求。

（2）物探检测

施工单位委托有资质的检测单位承担了固结灌浆质量物探检测工作，从2011年3月～2012年7月，检测工期共计16个月，按设计要求对钻孔进行了单孔及跨孔声波测试，单孔声波共完成68孔次，318.8m。跨孔声波共完成纵横向共56对次，536m。

通过对大坝基础固结灌浆效果弹性波检测，得出如下结论：

1）1#～5#坝段:灌后单孔声波速度区间值3509～5882m/s,平均值4737m/s；灌后跨孔声波速度区间值3400～5120m/s,平均值4395m/s。

2）6#坝段（安装场坝段）：灌后单孔声波速度区间值3704～5882m/s，平均值4890m/s；灌后跨孔声波速度区间值3592～5199m/s，平均值4302m/s。

3）7#～8#坝段（厂房坝段）：灌后单孔声波速度区间值3571～5882m/s，平均值4896m/s；灌后跨孔声波速度区间值3494～5137m/s，平均值4359m/s。

4）9#～10#坝段（引水闸坝段）：灌后单孔声波速度区间值3846～5882m/s，平均值 4919m/s；灌后跨孔声波速度3667～5093m/s，平均值4392m/s。

5）11#～15#坝段：灌后单孔声波速度区间值2817～5714m/s，平均值4849m/s；灌后跨孔声波速度区间值 3333～5323m/s，平均值4369m/s。

陶岔渠首枢纽工程固结灌浆质量检测灌后单孔声波平均值4872m/s，波速大于3400m/s测点占99.52%，波速小于3000m/s测点为0.36%，且不连续，灌后单孔声波纵波速度平均值提高3.90%；灌后跨孔声波纵波速度平均值4357m/s，波速大于3400m/s测点占99.71%，波速小于3000m/s测点无，灌后跨孔声波纵波速度平均值提高3.84%。

根据设计要求指标，陶岔渠首枢纽工程单孔、跨孔声波测试检查结果全部合格。

五、结语

通过对陶岔渠首枢纽工程坝基固结灌浆部位进行灌后质量检查，其压水检查、声波检测成果均满足设计要求；通过对灌浆资料进行统计分析，其平均透水率和平均单位注入量均随孔序增加呈明显递减，透水率与单位注入量有较强的相关性；孔段平均单位注入量的大小与其所处部位的地质条件相吻合，随着孔序的加密平均单位注入量呈现出明显的递减变化趋势，符合一般灌浆规律，表明陶岔渠首枢纽工程坝基固结灌浆效果明显■

（作者单位：盐城市河海工程建设监理中心 224000）