坝基及消力池固结灌浆施工工艺及其质量控制

刘红军 朱金成 顾宏 刘顺萍

坝基及消力池固结灌浆施工工艺及其质量控制

刘红军 朱金成 顾宏 刘顺萍

坝基及消力池固结灌浆是龙口水利枢纽工程建设的重要施工点，施工质量关系到大坝二期截流能否按期完成，影响到主体工程的顺利施工。监理在对坝基及消力池的固结灌浆施工过程中进行了重点控制，保证了工程的顺利完成。

坝基 消力池 灌浆 质量控制

1 工程概况

龙口水利枢纽工程的坝基及消力池固结灌浆包括：坝踵齿槽A块和B块基础固结灌浆，坝后消力池无盖重固结灌浆，一级消力坎基础固结灌浆，二级消力池差动尾坎基础固结灌浆和一、二级消力池部分基础的加强固结灌浆。

2 设计与技术要求

按灌浆设计，固结灌浆钻孔间排距为3 m，成方格形布置，分两序施工。设计孔深一般为5～7 m，只有坝踵上下游侧岩石边坡上的钻孔由垂直岩面变更成铅直向后，孔深则相应改变成8.0、9.5、14.0、17.5 m。设计灌浆压力0.2～0.4 MPa。浆液水灰比为3∶1、1∶1、2∶1、0.5∶1，开灌比一般为3∶1，由稀到浓逐级变换，只有当岩体透水率较大时可越级使用。灌浆区内须设置抬动仪器，抬动变形值不允许超过0.2 mm。固结灌浆使用的水泥标号为普硅42.5。

3 灌浆技术和施工工艺

坝后消力池部位的固结灌区有地下排水管道，固结灌浆必须在无混凝土压重下施工。坝基及消力坎的基础固结灌浆要在该部位混凝土浇筑2～3 m厚，混凝土达到50%设计强度后施钻灌注。灌浆钻孔应按设计图布置施钻，在达到设计孔深再用清水冲洗干净后，按分序加密的原则进行。孔深不大于7 m的灌浆孔采用全孔段孔内循环式灌浆，孔深大于7 m的钻孔应采用自上而下分段孔内循环式灌浆，当吸浆量较小或有串浆时，也可采用双孔并联法施工。开灌比3∶1由稀到浓逐级变换灌注。孔内循环灌浆时射浆管距孔底距离不应大于0.5 m。灌浆结束标准为，在规定的最大设计压力下，当注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min灌浆即可结束。灌浆结束后采用压力灌浆封孔法封堵全孔。

4 质量检查和验收标准

固结灌浆的质量检查采用测量岩体弹性纵波波速或静弹性模量为主，并结合分析灌浆钻孔岩芯及压水试验成果为辅的方法进行综合评价。

质量检查孔由监理工程师根据灌浆成果布置，检查孔数不少于灌浆总孔数的5%。灌浆检查孔应在该单元灌浆结束第14 d后进行，采用声波测井和单点法压水试验检测。用压水试验成果评定灌浆质量时，所测岩体透水率（q）值应不大于3 Lu，且孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率值不超过4.5 Lu且不集中，灌浆质量可认为合格。要求不同部位和不同岩性的波速值应分别大于2 000、3 300、4 000 m/s。

5 质量控制

灌浆工程实施过程中，监理工程师按照灌浆设计文件的要求和水工建筑物水泥灌浆施工技术规范的规定，对灌浆工程进行全过程全方位的监控，主要监理手段有如下几种：

（1）严格审查施工单位开工前报送的灌浆工程施工措施方案，使施工措施必须能结合本工程的实际，并符合设计文件和规程规范的要求。

（2）检查审核施工队伍的资质和质量保证体系，检查施工人员的上岗证件，以保证施工队伍和灌浆工作人员的技能和素质，能适应和胜任本工程的专业技术需要。

（3）对工程使用的原材料和设备进行检查鉴定，要求灌浆所需的水泥、水、掺和料等符合有关材料的质量标准。要求灌浆工程所使用的钻机、钻头、制浆机、灌浆泵和自动记录仪等，能满足本工程的需要并处于良好的工作状态。

（4）冬季施工时，搭设保温暖棚，棚内生火并加热拌和用水，保证拌和水的水温不低于15℃，浆液回浆温度不低于5℃。杜绝平均气温-5℃时的露天作业。

（5）灌浆实施过程中，监理工程师坚持现场巡视检查，旁站监理在现场实行24 h检查。

（6）对灌浆原始资料进行检查指导，要求原始记录做到及时、准确、真实和齐备；综合成果做到整理及时、图件清晰、文字简洁和条理清楚。

（7）严格执行钻孔灌浆的单孔检查验收标准，及时准确地进行灌浆单元工程的质量验收和评定。

（8）适时地根据灌浆施工过程中出现的问题向承包商发出监理通知，使灌浆工作处于监理工程师的监控之中，以保证灌浆工作能健康有序地进行。

6 灌浆成果

6.1 坝踵齿槽A块和B块基础固结灌浆成果

本部位完成灌浆钻孔953个，其中Ⅰ序孔480个，长度3678.0m；Ⅱ序孔473个，长度3614.0m。

据统计Ⅰ、Ⅱ序孔共注入水泥量225 543.49 kg，平均单位注入量30.93 kg/m，其中Ⅰ序孔共灌注水泥量181 244.22 kg，平均单位注入量49.28 kg/m；Ⅱ序孔共灌注水泥量44 299.27 kg，平均单位注入量12.26 kg/m。统计资料表示，Ⅰ序孔单位注入量在10～50 kg/m的有377段，占总段数的59%，Ⅱ序孔单位注入量小于10 kg/m的有290段，占总段数的47%。比较Ⅰ、Ⅱ两序孔的单位注入量，可以明显地看出Ⅱ序孔远小于Ⅰ序孔，其单位注入量只相当于Ⅰ序孔的25%。符合基岩固结灌浆的正常规律，也证明了岩体的可灌性较好。

按规范要求本部位布置质量检查孔53个，做钻孔声波测试和单点法压水试验65段。所测灌前和灌后钻孔声波岩体纵波波速绝对值平均值5 970 m/s，大于设计规定的4 000 m/s的合格标准。灌后波速提高率一般在1.2%～11.5%，平均提高率4.4%。压水试验所测岩体透水率最大值为1.33 Lu，最小值0.14 Lu，平均值0.19 Lu，均小于设计规定的不大于3 Lu的标准。此组数值与灌前66段压水试验所测岩体透水率平均值77.15 Lu比较，也小了很多，说明固结灌浆效果明显，坝基岩体质量有很大提高。

6.2 坝后消力池无盖重固结灌浆成果评价

坝后消力池无盖重固结灌浆区位于桩号下0+ 41.6—下0+67.1，宽25.5 m，长121.0 m的范围内。

完成固结灌浆钻孔360个，累计延米1 800 m，其中Ⅰ序孔和Ⅱ序孔各180个，钻孔长度900.0 m。固结灌浆分两序施工，采用单孔全孔段一次性孔内循环灌浆法。根据无盖重固结灌浆试验成果，灌浆压力Ⅰ序孔为0.15～0.20 MPa，Ⅱ序孔为0.2～0.25 MPa。开灌水灰比一般情况下采用2∶1，但位于上游陡坎边缘漏浆严重的钻孔直接采用浓浆灌注，以达到封堵灌区的目的。

本灌浆部位总计灌注水泥量41 211.1 kg，平均单位注入量22.895 kg/m，其中Ⅰ序孔灌注水泥27 535.6 kg，平均单位注入量30.595 kg/m，Ⅱ序孔灌注水泥13 675.5 kg，平均单位注入量14.91 kg/m。Ⅰ序孔单耗大部分集中在10～50 kg/m，占总段数的74%；Ⅱ序孔单耗多集中在不大于10 kg/m，占总段数的57%。分析Ⅰ、Ⅱ序孔的平均单位注入量和单耗区间分布特征，Ⅱ序孔明显的小于Ⅰ序孔，属固结灌浆的正常规律。

按规范要求共布置固结灌浆质量检查孔18个，钻孔声波测试灌后波速一般为1 610～6 786 m/ s，平均波速比灌前波速提高率4.3%。18个孔的压水试验所测岩体透水率最大值为2.82 Lu，最小值为0.21 Lu，平均值为0.81 Lu，与灌前18个孔的压水试验所测岩体透水率平均值21.1 Lu比较，小了很多，说明灌浆效果明显。

6.3 一级消力坎基础固结灌浆成果

一级消力坎位于坝下一级消力池末端，桩号坝下0+115.5—下0+133.63的范围内。按设计图纸共布置固结灌浆钻孔8排，44行，有钻孔352个。钻孔成方格形布置，第1、第8排孔位于消力坎齿槽上下游侧的高程854.5 m平台上，第2、第7排孔位于齿槽的坡面上，其余钻孔则位于齿槽底部。其中Ⅰ序和Ⅱ序孔各176个，灌浆长度885 m。

灌浆统计成果显示，Ⅰ、Ⅱ序孔共灌注水泥78 886.26 kg，平均单位注入量44.57 kg/m，其中Ⅰ序孔共灌注水泥67 017.6 kg，平均单位注入量72.35 kg/m，Ⅱ序孔共灌注水泥14 868.7 kg，平均单位注入量16.80 kg/m。Ⅰ序孔中有123段占总段数的69%，单耗集中在10～50 kg/m和50～100 kg/ m的2个区间。Ⅱ序孔中的单耗比较集中，主要分布在小于10 kg/m和10～50 kg/m的区间内，占总段数的98%。

本部位共布置固结灌浆质量检查孔12个，钻孔声波测试纵波波速4 380～6 950 m/s，平均波速6 010 m/s，与对应的灌前钻孔波速比较，提高率为3.9%～10.2%，平均提高率6.6%。检查孔压水试验所测岩体透水率最大值2.1 Lu，最小值0.11 Lu，平均值0.99 Lu。与灌前17段压水试验所取得的岩石透水率平均值46.48 Lu比较，小很多，因此，有理由肯定该部位的固结灌浆效果显著。从声波测试成果和压水试验资料分析，本部位的固结灌浆质量满足设计要求。

6.4 二级消力池差动尾坎基础固结灌浆成果

二级消力池差动尾坎位于大坝下游二级消力池的末端，桩号坝下0+182.00—下0+193.54的范围内。这个分部主体除Ek1—Ek411个差动尾坎单元工程外，还包括了与它毗邻的左右两端的边墙基础ZBQ9和YBQ12两个单元。共有固结灌浆钻孔275个，灌浆长度1 375 m。其中Ⅰ序孔137个，Ⅱ序孔138个，灌浆长度分别为685.0 m和690.0 m。

据固结灌浆成果，Ⅰ、Ⅱ序孔总计灌注水泥41 269.7 kg，平均单位注入量30.08 kg/m，其中Ⅰ序孔注入水泥33 378.9 kg，平均单位注入量48.73 kg/m；Ⅱ序孔注入水泥7 890.8 kg，平均单位注入量11.44 kg/m。Ⅰ序孔中有102段单位注入量在10～50 kg/m的区段内，占总段数的75%；Ⅱ序孔中有54%段数的单位注入量小于10 kg/m。分析Ⅰ、Ⅱ序孔的平均单耗和单位耗灰量集中的区段可以得出，Ⅱ序孔位单位耗灰量远远小于Ⅰ序孔的数值，属固结灌浆的正常现象和规律，证明固结灌浆效果明显。

二级消力池差动尾坎部位应布置固结灌浆质量检查孔14个。12个检查孔声波测试岩体纵波波速为2 200～6 900 m/s，平均波速5 320 m/s，灌后波速提高率为4.2%～23.9%，平均提高率为11.8%。12段压水试验所测岩体透水率最大值2.52 Lu，最小值0.67 Lu，平均值1.63 Lu，与灌前14段压水试验成果平均透水率值31.14 Lu比较，小了很多，说明固结灌浆取得了很大成效，其质量较好。

6.5 一、二级消力池部分基础的加强固结灌浆成果

在基础验收过程中，部分基础受开挖爆破震动或长期暴露地表层状灰岩的卸荷松驰影响，地震波波速达不到设计要求，因此，对这一部分的基础做了局部加强固结灌浆的处理。

本部位的加强固结灌浆钻孔设计间排距3 m×3 m。孔深为3.0 m。灌浆压力0.2～0.3 MPa。采用单孔孔内段循环式灌浆。

本类处理灌浆共布置固结灌浆钻孔69个，其中Ⅰ序孔38个，灌浆长度121.0 m；Ⅱ序孔31个，灌浆长度99.0 m。Ⅰ序孔共灌注水泥20 128.6 kg，平均单位注入量166.35 kg/m；Ⅱ序孔共灌注水泥2 028.7 kg/m，平均单位注入量20.49 kg/m。Ⅰ序孔单位耗灰量主要分布在50～100 kg/m和100～500 kg/m的2个大值区间内，占总灌浆段数的65%，Ⅱ序孔单位耗灰量则集中在10～50 kg/m的区间和小于10 kg/m的小值区间内，占总段数的87%。从Ⅰ、Ⅱ序孔的平均单位耗灰量大小和区间分布的特点说明，这部分岩石基础条件确实不够理想，同样也证明了加强固结灌浆处理的必要性和采用这种方法进行基础处理的合理性。

按规范要求每一个处理单元各布质量检查孔1个，共6个。检查孔测试的灌后波速最小值一般为5 140～6 050 m/s，波速小值平均值为5 630 m/ s，整体钻孔波速提高率为3.7%～14%，平均提高率9.28%。5个检查孔的压水试验所测岩体透水率最大值为1.46 Lu，最小值1.0 Lu，平均值0.50 Lu。说明不合格基础的完整性、均一性得到了改善，固结灌浆效果良好。

7 结语

在整个固结灌浆实施过程中，100个检查孔中112段压水试验所测岩体透水率最大值2.52 Lu，最小值0.11 Lu，平均值0.895 Lu；101个钻孔声波检测数据综合统计成果表明，灌前岩体平均波速为5 730 m/s，灌后岩体平均波速为5 980 m/s，对比相应钻孔波速成果平均提高率0.2%～31.7%，整体平均提高率5.9%。这些检测成果均满足设计规定的质量标准。

刘红军 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

朱金成 男 助理工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

顾宏 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

刘顺萍 女 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

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