高寒地区厂房基础无盖重固结灌浆施工技术

杨大鸿，翁 锐，陈立成

(1.中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611130；2.华电西藏能源有限公司大古水电分公司，西藏 山南 856000)

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

DG水电站厂房为右岸坝后式地面厂房，布置于11～14号坝段的下游，共布置4台机组，机组安装间为半窑洞式，位于右岸岸坡内。

1.2 工程地质条件

厂房1、2号机组、安装间明段位于右岸岸坡，建基岩体为无卸荷、弱风化下段或微风化黑云母花岗闪长岩，属Ⅲ1或Ⅱ类岩体。厂房3、4号机组位于主河床偏右岸，冲洪积漂卵石覆盖，下伏基岩为无卸荷、弱风化下段黑云母花岗闪长岩。属Ⅲ1类岩体。

2 本工程施工特点及难点

1)根据原设计施工要求，本工程厂房基础固结灌浆为有盖重固结灌浆，但受前期开挖进度滞后影响，厂房建基面3 340 m高程开挖到位较原计划滞后约1年，而为了保证整个工程的施工进度，保障首台机组发电目标的顺利实现。根据现场开挖揭露的厂房基础实际地质情况，由参建各方研究决定，厂房基础拟采取无盖重固结灌浆以保障厂房主体混凝土施工不受固结灌浆影响。由此，无盖重固结灌浆施工时段为冬季。由于本工程冬季历史最低气温达零下-20℃，如何保证浆液不结冰、保证浆液温度及对灌浆后的作业面的保温是工程的难点。

2)灌浆部位地质较差，且有冲洪积漂卵石覆盖层，采用常规地质钻机钻进成孔困难，施工进度缓慢，不能满足施工计划要求；

3)灌浆过程中，射浆管易被浆液凝住，栓塞起拔困难，易造成孔故。

3 无盖重灌浆试验

3.1 灌浆试验目的

本次灌浆试验拟结合生产同步实施，其试验的主要目的如下：

1)以设计要求的浆液配比参数为依托，通过试验选定合适的浆液配比。

2)获得合适的灌浆程序，高效的灌浆工艺，合理的灌浆参数以及适宜的灌浆设备。

3)尽早的了解实际施工中可能出现的问题，为后续灌浆工作可能出现的类似问题寻找解决方案，为设计提供可靠的依据，从而确保工期与灌浆质量。

4)通过试验发现及解决可能遇到的其它施工问题。

3.2 位置选择

厂房固结灌浆试验区选在4号机组3单元(坝下0+137.75至坝下0+128.75；坝右0+000.00至坝右0+006.5)区域，该区域基础岩性为黑云母花岗闪长岩，弱风化，弱卸荷，发育断层计四条，走向以NW向为主，宽0.2～0.4 m，带内充填碎裂岩，碎块岩及岩屑，局部夹泥，陡倾角节理发育，缓倾角节理局部发育。

3.3 孔位布置

试验区共3排9个灌浆孔，按照间排距为3.0 m，梅花形布置，孔深均为入岩8 m，见图1所示。

3.4 温控措施

根据气象站实测气温资料，最低气温达到-13℃，为防止施工供水管不冻结，水温达到规定要求，保证灌浆的正常进行，采用以下方式进行防冻处理：

1)为确保低温季节浆液不结冰，对拌合水采取加温措施，使其温度处于20℃左右，主要采用合格的加温热水器，并对蓄水池采用聚氨酯硬质泡沫塑料包裹。

2)灌浆过程中，利用配备的温度计，8:00～22:00时段1 h测试一次水温，22:00～8:00时段20 min测试一次水温，要求保证水温保持在5℃左右，同时做好记录，若水温低于5℃以下，应停止制浆。待水温至5℃及以上时恢复制浆。

3)灌浆水管及水泵进行保温保护，具体方法：在水管及水泵周围缠绕发热管，外采用聚氨酯硬质泡沫塑料包裹，包裹结束后再在泡沫塑料外包裹一层1高密度聚乙烯或玻璃钢进行防冻保护。

4)钻孔、灌浆过程中应尽量保持连续，遇见特殊情况可根据以往工程灌浆经验判断，若中断时间大于1 h以上时，即利用空压机提供的风将灌浆设备与灌浆管路吹洗干净。

3.5 抬动观测分析及评价

本试验区共布置1个抬动观测孔，过程中安排专人进行抬动变形观测，根据抬动观测资料显示，从灌前测试孔施工开始直至检查孔施工结束为止未发生抬动现象。

3.6 物探测试

在该区域布置了CGJ-W1、CGJ-W2、CGJ-W3、CGJ-W4、CGJ-JC-3、CGJ-P共6个灌前灌后单孔声波和钻孔全景图像检测孔，通过物探测试，灌前灌后波速整体提高率在1.7%～4.1%，灌后本试验区岩体整体密实性有明显提高，灌浆效果明显。

表1 厂房基础固结灌浆试验区灌前灌后波速特征值表

4 厂房无盖重固结灌浆施工

4.1 固结灌浆施工程序

施工准备→孔位放样→抬动孔施工→灌前测试孔(压水试验、声波、孔内电视、变模)→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→灌后检查孔施工(压水试验、声波、孔内电视、变模)/灌前测试孔原孔对比(声波、孔内电视、变模)→质量验收及评价。

4.2 固结灌浆施工工艺

固结灌浆施工方法采用找平层固结灌浆，自上而下分段卡塞循环灌浆方法，灌浆施工分两序进行施工，见图2。

图2 灌浆施工工序图

4.2.1 钻孔

钻孔次序同灌浆次序，为保证钻机稳定，孔斜达到规定要求，需在钻机周围安装地锚螺栓将钻机四个方向固定，地锚安装完成后由技术质检人员验收，合格后及其他准备工作就绪后经监理人同意开孔后按照孔位布置图所示位置进行钻孔施工。钻孔孔深偏差不大于设计孔深的1/40～1/20，方位角偏差不大于50。钻孔过程中，如遇到断层、破碎影响带、掉块塌孔等特殊情况时，由记录员在钻孔班报上进行详细记录，作为分析钻孔情况的依据。

4.2.2 裂隙冲洗、压水

1)裂隙冲洗。用高压水连续冲洗5～10 min，再将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，当回水由混变清后，再升到原来的冲洗压力，持续5～10 min后，再次突然降到零，如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续10～20 min。有压单孔冲洗压力宜控制在灌浆压力的80%，压力超过1 MPa时，宜采用1 MPa，但还必须满足混凝土不抬动。

2)压水。采用简易压水，可结合裂隙冲洗进行，简易压水压力为设计灌浆压力的80%，并不大于1MPa。压入流量稳定标准为：在标准稳定的压力下每5 min测读一次压水流量，连续四次读数中其最大值与最小值之差小于最终值的10%或1 L/min，该孔压水试验即可结束，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

4.2.3 灌浆

1)材料。各次序孔均采用42.5级普通水泥浆液灌注。

为提高浆液的凝结速度，通过分析对比，在水泥浆液中添加AJ速凝剂，按照3%水泥用量的掺量能够将常规的浆液初凝时间由常规12～15 h缩短至6～8 h，加快扫孔复灌进度，确保施工效率。

2)压力。灌浆压力均按要求尽快达到设计值，1、2序孔第一段(0～3 m)灌浆压力为0.1～0.2 MPa，1、2序孔第二段(3～8 m)灌压力为0.3～0.5 MPa，在遇到特殊情况适时可适当降低压力，但不小于该段灌浆压力下限值。

3)浆液比级。灌浆采用纯水泥浆液，共分为2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1(重量比)4个比级，根据现场情况由稀到浓变换。

现场浆液控制：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15～30 min测量一次浆液密度，并测量浆液温度是否满足设计要求。

4)灌浆结束标准。灌浆段在最大设计压力下，当单位注入率不大于1.0 L/min，继续灌注60 min，即可结束灌浆。

5)封孔。采用“全孔灌浆封孔法”进行灌浆封孔，即最末一段灌浆结束后，采用0.5∶1原浆置换整个孔段，最后把灌浆塞卡在孔口进行纯压式封孔。封孔压力为该孔最大压力，时间不小于1 h，最后对孔口卡塞部位，采用水泥砂浆人工回填密实。

5 无盖重灌浆数据及成果分析

5.1 灌浆数据分析

1)厂房基础无盖重固结灌浆各序灌浆孔单耗：1序孔平均单耗为301.13 kg/m，2序孔平均单耗为114.22 kg/m。

2)厂房基础无盖重固结灌浆灌前压水试验共34段，透水率平均值为66.29 Lu，单孔透水率最大值为205.23 Lu，单孔透水率最小值为5.88 Lu；灌后检查孔压水试验共32段，透水率平均值为1.72 Lu，单孔透水率最大值为2.85 Lu，单孔透水率最小值为0.38 Lu。

3)物探孔共计15个，根据现场实测值，每个孔全孔平均波速值均大于设计标准值4 500 m/s。

5.2 取得成果分析

在雅鲁藏布江流域这样的高寒地区地质条件下，采取无盖重灌浆施工的经验基本没有，本次无盖重灌浆施工借这次高寒地区的地质条件下，主要取得了以下效果，为以后该类环境和地质条件下进行无盖重灌浆施工积累了宝贵经验：

1)解决了固结灌浆与混凝土浇筑相互干扰的矛盾，加快了施工进度；

2)避免了有盖重固结灌浆盖板的抬动与处理困难；

3)易于观察岩石表面的串、冒浆问题，便于及时处理；

4)避免钻坏混凝土内埋设的冷却水管、受力钢筋、测试仪器等构件；

5)节省了直接钻混凝土或预埋导管的费用。

6 结 语

厂房基础无盖重固结灌浆检查孔岩芯采取率达到90%以上，物探测试均满足设计要求。通过各种方式进行检查，灌浆活动对岩体的整体密实性有明显改善，灌浆效果是明显的，所得数据具有参考价值。

采用无盖重灌浆能够满足本厂房基础部位的施工要求，对保证厂房主体混凝土工程后续施工节点目标的顺利实现起到了积极作用。同时对类似工程具有借鉴指导意义。