简述混凝土面板堆石坝趾板段的固结灌浆试验

简述混凝土面板堆石坝趾板段的固结灌浆试验

李国胜

(中科华圣(北京)岩土工程有限公司， 北京100070)

摘要：本文结合唐河水电站混凝土面板堆石坝段固结灌浆试验工程实例，介绍了固结灌浆试验的施工过程，对固结灌浆试验中出现的漏浆、孔距以及孔内灌浆分段等特殊情况均提出了解决方案，并以固结灌浆试验及整体固结灌浆效果对提出的方案进行了论证，旨在为类似工程提供借鉴。

关键词：固结灌浆试验；唐河水电站；趾板；压水试验；波速测试

中图分类号：TV543+.5

Brief Description of Consolidation Grouting Experiment of Concrete

Face Rockfill Dam Toe Board Section

LI Guo-sheng

(ZhongkeHuasheng(Beijing)GeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100070,China)

Abstract：In the paper, consolidation grouting experiment project example of concrete face rockfill dam section in Tanghe Hydropower Station is combined for introducing the construction process of consolidation grouting experiment. Solutions are proposed for special conditions in consolidation grouting experiment such as slurry leakage, hole pitch, grouting segmentation in holes, etc. The proposed solutions are demonstrated aiming at consolidation grouting experiment and overall consolidation grouting effect, thereby providing reference for similar projects.

Keywords：consolidation grouting experiment; Tanghe Hydropower Station; toe board; water pressure test; wave velocity test

1工程及地质概况

唐河水电站位于山西省灵丘县东河南镇韩淤地村，采用混凝土溢洪道闸门和面板堆石坝结合挡水的形式，坝址以上控制流域面积457km2。

库区属于低山丘陵地区，坝基地层岩性主要为五台群老潭沟组黑云斜长片麻岩、黑云角闪片岩、燕山期侵入变辉绿岩脉及变流纹岩。坝基岩体节理裂隙发育，岩性接触关系复杂，风化程度不均匀。强风化层厚2～3m，局部破碎带或囊状风化深槽处厚5～12m，弱风化层厚8～10m。

为了提高地基的承载力，提高岩体的抗压强度与弹性模量，减少地基的变形与不均匀沉陷，满足钢筋混凝土面板的稳定需求，根据设计要求，需要进行固结灌浆。在进行固结灌浆之前，需要进行试验，以确定灌浆方式、灌浆压力等参数。

2灌浆试验方案

2.1试验孔布置

固结灌浆试验布置上下游两排试验孔，共计10个，其中Ⅰ序孔6个、Ⅱ序孔4个。布置情况见图1。

图1　固结灌浆试验孔位布置情况

2.2试验施工

a.工艺流程：测量放线→钻机安装→钻机造孔→钻孔冲洗→简易压水→灌浆→封孔。

b.钻孔：灌浆孔孔径75mm，孔深为深入基岩8.5m，开孔孔位与设计孔位偏差小于10cm；钻孔为垂直孔，钻孔采用YGJ-100型潜孔钻机；灌浆孔孔底偏差值不得大于1/40孔深。

c.裂隙冲洗：钻孔结束后，用压力水对裂隙进行冲冼，冲洗时间可至回水清净时或不大于20min时为止，压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。

d.压水试验：简易压水在裂隙冲洗后进行，采用单点法；压水试验的压力为灌浆压力的80%，每5min测读一次压水流量，其成果以透水率Lu表示。

2.3灌浆

a.灌浆设备：BW-250型灌浆泵、双层搅拌桶、FEC-3000型三参数记录仪，注浆管为钢丝编织胶管，压力表安装在回浆管。

b.原材料：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，其品质符合GB 175—2007的水泥标准规定。

c.制浆：水泥浆的搅拌时间必须大于3min，浆液自制备到用完的时间不宜大于4h。

2.4灌浆压力

通过设计单位计算同时结合施工单位多年的经验，固结灌浆试验压力初步定为0.6MPa。

2.5灌浆方式

采用分段卡塞分段灌注的形式，先灌注下游排，再灌注上游排，排内分二序施工；孔内分2段灌注，段长分别为3.5m和5m；水泥浆水灰比为3∶1、2∶1、1∶1和0.5∶1四个比级，采用3∶1开灌，如遇裂隙大等特殊地层，则采用浓一级的水灰比起灌。

2.6浆液的变换原则及结束标准

浆液的变换原则及结束标准根据水工建筑物水泥灌浆施工技术规范进行控制。

2.7封孔

固结灌浆孔结束后，排除孔口的积水和污物，采用机械压浆法封孔，孔口空余部分长度如大于1m则采用压浆法继续封孔，如小于1m则采用砂浆人工封填密实，并抹平。

3试验遇到的问题及解决方案

3.1灌浆压力值

作为固结灌浆最重要的参数，压力值的确定需要经过“提出参数”和“现场试验”两个阶段。根据唐河水电站客观地质条件，既要将浆液很好地压入地层的节理空隙中，使之充填紧密、凝结牢固，又不致使灌浆压重抬动或使岩石裂隙扩宽，产生新的裂隙，使原有地质条件恶化，发生新的问题，在灌浆试验初期将压力值定为0.6MPa。

在试验中采用SZ-001型抬动观测记录仪配合灌浆试验确定灌浆压力，灌浆过程中，按照初定压力进行灌浆，若发现趾板产生抬动则降低灌浆压力，寻找压力临界点。经过试验，设计提出的压力能满足趾板不产生抬动变形的要求，灌浆试验过程均以尽快达到设计压力值为原则。

3.2漏浆措施

由于面板坝段固结灌浆孔距上游混凝土趾板边缘仅1m，而上游排Ⅰ序孔之间的距离为8m，Ⅱ序孔加密后孔距也为4m，孔距趾板上游没有任何盖重，且基坑内有水，在施工产生漏水和漏浆时无法进行封堵，采用间歇、浓浆等措施达到设计压力时，浆液不能有效扩散，经过摸索，采取了以下措施：

在施工时首先对每个施工单元的全部固结灌浆孔及帷幕灌浆孔的混凝土与基岩的接触面以下0.2m范围内进行灌浆，在施工中采取限流、限压及间歇灌浆的措施，并且灌浆时在水泥浆中掺入水泥重量3%的水玻璃，以便水泥浆尽快凝固以堵塞基岩与混凝土接触面的缝隙，这样可防止出现在正常灌浆时水泥浆流走导致的压力无法达到设计值或者压力虽然达到设计值但是浆液不能有效扩散的情况。

3.3孔内分段

混凝土趾板对变形要求非常高。在完成基岩与混凝土趾板接触部分的0.2m范围内的灌浆之后，防止了漏浆造成的压力泄漏，而且相当于增加了下部灌浆段的混凝土盖重，可以使下部灌浆压力尽快达到设计值。

因此关于孔内分段，在完成上部0.2m的灌浆之后，剩余孔段的固结灌浆采用自上而下分段循环灌浆的灌浆方式，段长变更为3.3m和5m，灌浆压力均为0.6MPa，止浆塞在灌浆段顶高程之上0.5m。

3.4孔距的试验

固结灌浆试验在面板坝段布置了12个固结灌浆试验孔，其中Ⅰ序孔5个、Ⅱ序孔5个，孔距为4m，排距为3m。试验结果见表1。

表1　试验段透水率及水泥单耗分析

由表1数据可知，试验固结灌浆在按照预期试验方案和完成适当调整后，在完成上序孔施工后，进行下序孔的压水试验和灌浆时，地层透水率和水泥单耗没有明显降低，而且从透水率与水泥单耗的关系来看，水泥单耗量相对偏低，因此可以推断在该地层条件、设计孔距、设计压力下采用分序加密没有起到预期效果。

分析取芯孔的岩性，导致该结果的原因可能是由于趾板基础以下3m为(全)强风化片麻岩，在进行固结孔钻进时，(全)强风化层在机械震动时破碎成砂状，灌浆时砂与水泥浆混合成砂浆导致地层的可灌性较差；另外，灌浆孔中间部位水泥浆液虽然有部分能扩散到此部位，但是不能完全搭接成整体，对趾板基础的固结作用和提高岩体强度作用不明显。因此又在上下游19号与21号孔之间增加了2个Ⅲ序孔(见图2)，在钻孔时换用回转式地质钻机进行钻孔。按照调整过的灌浆方式进行灌注。

图2　固结灌浆试验孔位补充及检查孔布置情况

4效果检查及结论

4.1压水检查

完成试验段灌浆之后，在增加过Ⅲ序孔的部位布置一个检查孔(JC-1)，在未布置Ⅲ序孔的部位也布置一个检查孔(JC-2)(见图2)。两个检查孔共进行了6段压水试验，压水完成后进行孔内波速测试和水泥灌浆。由表2可知，加密孔距之后，透水率和水泥单耗有了明显下降，达到了设计预期。

表2　检查孔JC-1、JC-2透水率与水泥单耗情况对比

4.2检查孔取芯

在JC-1和JC-2钻孔过程中采取取芯钻进，全孔取芯率92%，芯样可见明显的水泥夹层，完整性较好。

4.3灌浆前后弹性波测试分析

灌浆前对上游20号固结检查孔进行了单孔声波测试，孔深9.4m，共测试了46个点，声波范围为1290~4081m/s，平均波速为2678m/s。灌浆完成后14d在对应20号孔附近的JC-1检查孔进行了单孔弹性波测试，孔深9.1m，共测试了45个点，声波范围为1681~4878m/s，平均波速为3331m/s。岩体弹性波速较灌前提高了24%，效果明显。

4.4试验结论

经过此次灌浆试验，在强风化片麻岩地层中，在设计压力0.6MPa条件下，考虑趾板的变形要求、灌浆对地层整体承载力提高程度后，固结灌浆孔距调整为2~3m是较为合适的。在与设计部门进行沟通后，考虑到经济性，灌浆孔的孔距调整为3m，上下游各分两序施工；灌浆压力采用0.6MPa；孔内分0.2m、3.3m、5.0m三段；其余按照试验方案提出的方法进行施工。

在采用该试验所提出的灌浆方法及各个参数完成整体固结灌浆施工之后，质量检测结果均达到预期设计目的，说明试验是成功的，是符合唐河水库地层条件的。

5结论

a.在无盖重或盖重较薄的地段进行固结灌浆可先采用灌浆手段制作盖重，为盖重之下的灌浆段提高灌浆压力创造条件。

b.在进行强风化片麻岩的固结灌浆钻孔时，为了避免震动造成岩石破碎成砂，尽量采用回转式地质钻机成孔。

c.由于灌浆工程具有很强的隐蔽性，加上每个工程的地层岩性等条件不尽相同，因此每个工程的施工都不能照搬其他工程的设计参数，只能在灌浆试验阶段依靠各工程参与方正确认识每个工程的特殊性，共同面对灌浆中出现的特殊情况，才能使灌浆试验真正起到补充勘察、完善设计的作用。

参考文献

DL/T 5148—2012. 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].