盖孜水电站冰碛体固结灌浆处理与效果分析

吴家将，骆红兵

（中国水利水电第五工程局有限公司第三分局，成都 610000）

盖孜水电站工程位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称克州）阿克陶县境内，它位于盖孜河布仑口－公格尔水电站工程下游，盖孜厂房区位于盖孜检查站下游约3.7km的左岸台地上。厂房区地下水主要受厂房后边坡基岩裂隙水、盖孜河渗水及厂房下游波尔塔拉冲沟水补给。据地面厂房处ZKl0钻孔内对地下水位长期观测，地下水水位埋深19.70m，高程2 265.96m，位于Q1gl冰碛层与Q3al冲积地层接触部位，Q1gl冰碛层为灰色、青灰色、黄褐色含块石、碎石的砂壤土层，结构密实，半胶结。通过固结灌浆工艺试验表明，在有0.5m混凝土盖重条件下，灌浆压力达到0.12 MPa，平均单位注灰量达1.67t，原位声波测试可提升约20%。

针对Q1gl冰碛层复杂地质条件具有强可灌性的特点，为达到节约成本同时加快进度的目的，先在周边布置两排灌浆孔以封闭漏浆通道，再内部分区的方法固结基础。每区分Ⅰ序、Ⅱ序，每孔分3段纯压式自上而下灌浆。受地下水影响，洗孔后孔壁自稳时间较短塌孔严重，通过多次复钻和复灌，最终达到声波测试能提升约20%的设计要求。

1 可灌性分析

厂房基础灌浆试验区选在主厂房基础底板内，混凝土盖重厚0.5m，试验孔8孔。钻孔采用TF－100B型潜孔钻机，压水试验压力采用0.08 MPa，采取自上而下孔口封闭纯压式灌浆法。孔深长度Ⅰ序为10m分4段，Ⅱ序为10 m分3段。灌注浆液为纯水泥浆液，配比为2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四个比级。试验灌浆压力Ⅰ序孔为0.1MPa，Ⅱ序孔为0.2 MPa。

试验孔灌浆结束后，分别在试验区内布置JCK-1、JCK-2、JCK-3三个检查孔，孔深10m。钻孔采用SM植物胶取心钻进成孔后进行声波测试，再进行固结灌浆可灌性试验分析。试验灌浆成果见表1和表2。

表1 灌浆试验成果表

表2 灌浆试验检查成果表

通过表1和表2可看出：通过8孔灌注试验，Ⅰ序平均注入量1.67t／m，Ⅱ序平均注入量0.91t／m，具有强可灌性。Ⅰ序、Ⅱ序各次序孔总注入量和平均注入量呈递减趋势，递减率为53.87%，符合灌浆逐序加密原则。灌前平均声波测试波速为1 130m／s，试验灌注后平均声波测试波速为1 659m／s，波速提高率为46.81%，满足设计声波测试值提高20%的要求。

2 灌浆参数设计

固结灌浆孔按分序加密的原则进行，共分两个次序施工。采用“回”字形先周边后中心的原则。Ⅰ、Ⅱ序孔间隔呈梅花型布置，间排距为周边孔1m×1.5m，中间孔2m×2m。孔深为10m，每孔分三段施工，第一段段长为2m，第二段段长为3m，第三段段长为5m，采用至上而下“孔口封闭纯压式”灌浆。孔内灌浆压力第一段采用0.1Mpa，第二段采用0.1Mpa第三段采用0.1～0.2Mpa，根据抬动来确定灌浆压力，按抬动不超过0.2mm来控制。水泥浆液水灰比采用2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四个比级，起始水灰比采用2：1。分别在每个灌浆区内布置1个检查孔，并进行声波测试，声波测试值增幅达20%以上为合格。

3 施工工艺

目前国家现行规范中，并无关于覆盖层固结灌浆的规程规范及相关技术标准，也无冰碛层固结灌浆的工程实例。因此本次冰碛层固结灌浆工程只能根据业主与设计方的要求和现场条件，参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL／T 5148－2001）中关于固结灌浆规定，结合以往的相关固结灌浆经验，对现有的钻探与灌浆工艺技术进行优化组合，以满足工程施工需要。

3.1 灌浆孔位布置

固结灌浆孔周边孔及分区布置和单元划分见下图1。

图1 灌浆孔位布置图

3.2 固结灌浆施工

灌浆时按先周边后中间、先两边后中间、先Ⅰ序后Ⅱ序的原则施工。同区域内的Ⅱ序孔待周围的Ⅰ序孔施工完毕后进行施工。采用“孔口封闭纯压式灌浆法”。灌浆孔相互串浆时采用并联式灌浆，孔数最多为3个，在施工中严格控制灌浆压力，防止混凝土面发生抬动。在灌浆过程中进行观测和记录，抬动变化值接近0.2mm时，立即降低灌浆压力。孔内灌浆压力第一段采用0.1Mpa，第二段采用0.1Mpa，第三段采用0.1Mpa～0.2Mpa。浆液水灰比采用2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四个比级，起始水灰比采用2：1。当某一比级水灰比的注入量已达300L或灌注历时已达1h，灌浆压力及注入量均无明显改变时，浆液加浓一级；当注入量大于30L／min时，根据具体情况越级变浆；当灌浆压力保持不变，注入量均匀减小时，或当注入量保持不变，压力均匀上升时，均不得改变水灰比。在规定压力下，注入率小于1L／min时，继续灌注30min，灌浆结束。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“导管注浆封孔法”。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。

3.3 特殊情况处理

本工程冰碛层地下水丰富，在钻孔当中极易塌孔，先进行灌浆处理，待凝后再扫孔进行正常灌浆。在灌浆过程中发生冒浆、漏浆现象，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、降低压力、浆液加浓、限制注入量和间歇灌浆等方法进行处理。灌浆段注入量大且找不见漏浆部位，而又确定该部位无溶洞的情况下，采用低压浓浆并掺加水泥重量4%～7%的速凝剂的方法进行处理，然后扫孔继续按技术要求施灌直至结束。孔口有涌水的孔段，采用屏浆之后再闭浆的施工方法进行处理。当灌注周边I序孔第一段时，灌浆水泥超过1～1.5t，但灌浆压力无显著升高时，暂停灌注待凝，继续进行下一孔灌注，待周边I序孔灌注一遍后，再继续灌注待凝孔，直至达到结束标准。

3.4 灌浆效果检查

由于工程总体工期要求紧，各工种工作衔接紧密，在全部灌浆结束后3天，即进行质量检测。灌浆效果检测方式有两种，弹性波声波测试和压水试验。压水试验检查情况见表3，周边孔与内部孔灌浆参数对比情况见表4。

表3 试验孔和检查孔压水试验透水率对比表

表4 周边孔和内部孔灌浆参数对比表

从表3可知，灌浆前压水试验平均透水率461Lu，检查孔为1.166Lu，孔段合格率100%，满足规范要求，进一步说明冰碛地层孔隙率大幅度降低，厂房基础密实度提高，灌浆效果显著。从表4可知，从周边到内部，单位注灰量平均递减率为13%，耗灰量明显降低，节约了成本。

灌浆结束后，在盖重混凝土表面重新造孔，选取7个钻孔作为一个弹性波声波测试组，建立1个声波测试剖面，用以检测灌浆前后地层弹性波速。使用一发双收双道记录，自孔底向上逐点连续测试的方法，测点间距为0.2m。灌浆前后各单元地震波声波测试见表5。

表5 灌浆前后声波测检对比表

从表5可知，A区、C区与B区对比可看出，B区相对AC区声波测试值有明显提升，符合先两边后中间的灌浆规律。尽管厂房固结灌浆声波测试在灌浆结束后三天进行，其整体增幅仍达到38.14%以上，地基完整性和承载力显著提高，超出了设计要求。

4 结 语

砂砾（卵）石覆盖层地基帷幕或固结灌浆施工方法，一般有打管灌浆法、套管灌浆法、循环钻灌法和预埋花管法四种。本工程针对冰碛层特殊地质条件采用了循环钻管法，回字形孔位布置，大幅度控制了周边耗灰量，节约了成本。

冰碛地层经固结灌浆后，虽然其中架空或大孔结构及大部分连通性较好的孔隙被水泥结石充填，但细砂及黏性土等细颗粒区域的灌浆效果远不如粗颗粒区域好。灌后其整体性虽然进一步得到加强，但浆液强度仍在增长过程中，厂房主体结构施工过程中应加强变形观测。