某坝段坝基固结灌浆施工探讨

刘宇亮

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 问题的提出

固结灌浆是水工建筑物地基处理的常见方式，应用较为广泛，而且固结灌浆施工质量直接关系到水工建筑物施工质量及运行安全。固结灌浆主要采用潜孔低压灌注水泥浆液的方式进行不连续或破碎岩石节理裂隙的注浆加固处理，充分利用水泥浆液的流动性和胶凝性，对水泥浆液施加设计压力后使其通过钻孔注入岩层缝隙，并待浆液充分胶结硬化后与基础形成整体，使基础岩层各项力学性能显著提升。该加固技术对改善节理裂隙发育或破碎岩石坝基处理均较为适用，能促进岩石整体性、均质性、抗压强度和弹性模量、透水性等性能参数的提升，减少岩石变形和不均匀沉降等的发生。固结灌浆加固技术实践性很强，对施工人员专业技术能力和经验有较高要求。

为增强固结灌浆加固效果，针对不同水工建筑物应采取不同的灌浆措施：对于混凝土重力坝通常针对坝基进行全面积固结灌浆施工；对重力拱坝或混凝土拱坝，应在明显受力的坝肩拱座岩层进行固结灌浆加固处理；对水工隧洞，应在隧洞衬砌后进行岩体灌浆加固。对于破碎岩层隧洞的开挖，为防止岩体坍塌或渗水，应在开挖前进行水平孔超前固结灌浆。还应在固结灌浆施工前进行注浆试验，确定出孔距、孔深、布孔形式、注浆次序、压力等参数，指导灌浆施工，保证施工质量。

2 坝基固结灌浆施工布置

2.1 施工工艺流程

某坝段坝基固结灌浆按照自上而下的顺序分段灌注，施工单元按照设计图分区确定，混凝土实际浇筑过程中可进行施工子单元的进一步划分[1]，各施工单元固结灌浆施工工艺流程详见图1所示。

图1 某坝段坝基固结灌浆施工工艺流程

2.2 灌浆材料的选择

2.2.1 灌浆水泥

某坝段坝基固结灌浆使用32.5级的普通硅酸盐水泥，对于超细水泥则通过42.5的普通硅酸盐水泥磨细而成，以确保水泥达到通过80μm方孔筛细度，筛余量≤5%。固结灌浆水泥质量还必须严格按照《水泥新标准》(GB175-2007)进行控制，防止质量不达标准、存放时间>3个月、未经检验合格以及受潮结块水泥的使用[2]。

本工程坝基固结灌浆工程量大，水泥用量多，实行集中制浆，制浆站设置于某坝段导流洞左侧，分别配置质量比为3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1的浆液，并经砂浆泵运送至施工现场。

2.2.2 掺合料

按照某坝段坝基固结灌浆设计文件，固结灌浆浆液中应按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2001)掺入砂石、粉煤灰、水玻璃，掺入比例应当通过试验确定并将试验结果提交监理方，批准后方可使用。

2.2.3 外加剂和水

本工程坝基固结灌浆所需要的速凝剂、减水剂等外加剂必须严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2001)的规定选取和确定，且通过现场灌浆试验进行最佳添加量的确定，所有溶于水的外加剂只能以水溶液的形式掺入，并按照工程试验中心所提供的配料单进行外加剂溶液的配置。

工程坝基固结灌浆用水主要由工程试验中心进行抽样和试验，水质必须洁净无污染，且应符合水工混凝土拌和相关要求，拌合用水温度≤40℃。

2.3 灌浆孔的布置

为确保坝基固结灌浆的整体性，提升坝基加固的承载力，控制压缩变形，结合某坝段坝基实际，将坝基固结灌浆分为5个不同区域：对于坝址处坝底宽范围内的Ⅰ区，按照梅花形进行灌浆孔布置，孔距和排距均为2.5m，孔深10m，孔向垂直入深；对于坝基中部Ⅱ区，布孔型式、孔距与排距不变，而孔深为8m；坝址处坝底宽以内的左Ⅰ区和右Ⅰ区布孔型式、排距、孔距不变，孔深14m；坝基以内的断层影响带灌浆孔按梅花形加密布设，孔距、排距2.0m，孔深23m，铅直布设。

3 固结灌浆施工

3.1 钻孔施工与冲洗

采用CSJ-40锚固钻机造孔，按照所预设的PVC管点位固定锚固钻机同时造孔，严格按照设计规范确定孔深和孔向。某坝段坝基固结灌浆钻孔施工中埋设的PVC管加固未达到设计要求，存在一定程度的偏斜，底板设计高程675m，但实际施工已达710m，一定程度上增加了造孔工作量和施工成本。钢筋受力网的布设应当防止对PVC管埋设造成影响致使其倾斜，以及个别孔洞磨钻钢筋从而影响造孔进度和质量。

固结灌浆孔冲洗应采用风水联合模式自孔底向孔外的顺序进行，冲洗水压力应控制在灌浆压力80%范围内，将冲洗压力控制在1MPa以内，风压冲洗压力控制在灌浆压力的50%，并将冲洗压力控制在0.6MPa范围。裂隙冲洗则按照高压脉动方式进行，裂隙冲洗至回水完全澄清并持续至少10min停止，对于单孔持续冲洗时间≥30min，串孔则持续冲洗时间≥2h，直至孔洞内沉积物残留厚度<15cm后方可结束孔洞冲洗，开始灌浆。灌浆孔洞冲洗结束应立即展开灌浆，若中断时间<24h则在灌浆前还需重新冲洗。

3.2 压水试验

由钻孔情况可知，本工程坝基固结灌浆地质条件较差，所以必须在有效防止抬动的情况下快速达到设计灌浆压力，对于注入量比较大的孔段必须通过0.05MPa的分级升压直至设计压力，每一级灌注时间≥15min。在具体灌注过程中，必须严格遵循灌浆压力与浆液注入量的对应关系(表1)控制压力，对于串孔及多孔灌浆，必须进行灌浆压力的分别控制，从而有效防止抬动变形的出现[3]。

3.3 灌浆施工

某坝段坝基固结灌浆施工按照先下游、后上游边、再内部孔的次序排孔灌浆，并采用循环式灌浆模式由上而下阻塞分段灌浆，灌浆孔施工分两段进行，为防止漏灌，将注浆塞设置在已灌注结束段底部以上0.5m位置。对于孔口不涌水的孔洞，灌浆结束后无需待凝，而对于灌前涌水、灌后返浆的复杂情况，必须待凝，至于待凝时间必须根据坝基固结灌浆情况会同监理工程师共同确定。本工程坝基吸浆量大、抬动容易的部分必须分级施压，同时应当考虑加入低压漫灌、升压灌浆、限量间歇灌注等灌浆工艺，按照设计规范调整灌浆压力。为控制坝基围岩发生抬动，原则上应一泵灌一孔，一旦发生串浆，应立即实行群孔并联灌注，但值得注意的是，并联孔数应不超过3个。

工程坝基固结灌浆所要求水灰比包括3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四个等级，开灌水灰比则应按照3∶1确定。在灌浆压力不变时吸浆量应匀速减小，吸浆量不变时则灌注压力应持续上升，但水灰比应保持不变。待任一等级水灰比浆液灌注量达250L，但灌浆压力和吸浆量并无显著变化时，应调整水灰比提升浆液浓度。浆液浓度改变后，若灌浆压力或吸浆量突然变化，则应立即停止灌注，查明原因及时处理后方可恢复灌注。

按照灌浆设计压力，灌注段吸浆量≤1L/min时，在持续灌注30min便可结束灌浆，对于群孔灌浆而言，应按各孔段一次灌注总长度确定其结束标准。持续灌浆过程中，若出现回浆变浓，则必须改用之前的水灰比重新进行灌注，如果回浆变浓现象持续不变，则再继续灌注30min结束。对于中断灌注的情况，凝孔灌浆完成后必须全部复灌，待结束并达到设计标准后则结束灌浆。灌浆结束后采用置换压力灌浆法回填并封闭孔洞，封孔结束，再用干硬性预缩水泥砂浆重新二次封填，对于平整度有要求的情况，还应进行表面压实磨光处理。

4 结 论

综上所述，某坝段大坝坝基固结灌浆工程量较大，虽然固结灌浆施工过程中不存在高深的技术难题，但是灌浆的好坏直接关系到大坝坝基的稳定与安全运行以及大坝经济效益和社会效益的顺利发挥。目前，大坝坝基加固后已经全面投运，坝基各项指标反映良好，孔压水的质量检查结果表明，固结灌浆对大坝坝基表层补强效果良好，为坝段大坝坝基帷幕灌浆施工提供了质量保证。