高压脉动冲挤灌浆技术在固结灌浆施工中的应用

杨 光

（贵州东南航电开发投资有限公司，贵州 凯里 556000）

在复杂地层灌浆处理施工中，常规基岩灌浆工艺经常存在卡钻、不进浆、灌浆效果差等问题，“自下而上、高压脉动冲挤灌浆”是复杂地层灌浆处理施工的一项新技术、新工艺。近年来国内一些水利水电工程地基处理应用了该技术，并取得了较好的效果，如湖南省托口水电站河湾地块软硬不均裂隙发育地层帷幕灌浆工程等。

本文以贵州清水江旁海航电枢纽工程泄水闸基础固结灌浆施工为依托，主要描述自下而上、高压脉动冲挤灌浆技术在该项目复杂地层基础固结灌浆施工中的应用。

1 工程概况

旁海航电枢纽位于贵州省凯里市境内清水江上，是一座以航运为主、兼顾发电的航电枢纽工程。该枢纽工程由船闸、厂房、泄水闸、副坝等建筑物组成，正常蓄水位565 m。

本工程坝址区呈单斜构造，基岩为志留系绿泥石板岩夹页岩、砂质页岩夹灰岩等，岩层产状：左岸N5～15°E·SE∠20～25°，倾向下游偏右岸。河床发育一条规模较大的F1断层，顺河向，断层产状N55～65°E·SE∠75～85°，断层破碎带及影响带宽约40 m，由碎裂岩、糜棱岩、断层泥组成，规模较大。4#、5#泄水闸地基位于F1断层破碎带及断层影响带中，设计对其采取基础混凝土换填、固结灌浆结合锚筋束的处理措施，主要目的为提高断层带基岩的变形模量，并适当提高其承载力。F1断层带岩石物理力学值见表1。

表1 F1 断层带岩石物理力学值表

由于断层破碎带呈散体结构，由岩块夹泥、泥包石块组成，具有散体连续介质特征。断层影响带呈镶嵌碎裂结构，结构面很发育，充碎屑和泥，岩块间嵌合力弱，且普遍遇水极易软化。施工初期施工单位采用常规灌浆方法和工艺（如孔口封闭法、自上而下分段栓塞法）对基岩F1断层进行了固结灌浆试验，低压灌注无法进浆，稳定泵压灌注时易产生抬动，灌浆效果差，无法达到设计要求。

2 高压脉动冲挤灌浆机理

针对F1断层带及其影响带采用常规固结灌浆工艺施工存在的问题，经讨论最终采用高压脉动冲挤灌浆技术进行施工，其主要施工原理为：自下而上、高压脉动冲挤灌浆在本项目中首先采用HGY-200 钻机成孔（孔径Φ90），然后将橡胶栓塞下至孔底，分段提升塞体，同时采用高压脉动灌浆泵进行灌浆，配合单缸单作用往复式脉冲泵产生的瞬间冲挤高压来将浆液挤入，从而达到设计所要求的固结灌浆效果，提高地基承载力。

本方法施工中的重点是在有混凝土盖重的情况下分段控制灌浆压力与灌浆量，灌浆压力根据抬动值进行控制，而灌浆量则与脉冲压力等相关，为保证固结灌浆效果，应通过灌浆试验对具体分段施工时的灌浆压力、灌浆量等进行确定。

3 高压脉动灌浆施工

3.1 高压脉动灌浆施工流程

旁海航电枢纽工程F1断层带及其影响带高压脉动冲挤灌浆施工程序：抬动观测装置安装—→物探孔—→灌前声波检测—→分区分序钻灌施工—→灌后声波检测。

高压脉动冲挤灌浆每孔施工工艺流程：测量放样—→钻机就位、校准角度—→自上而下分段钻孔—→测斜—→将橡胶栓塞下入孔底—→间隔段原位高压脉动灌浆—→自下而上间隔分段提升栓塞—→分段高压脉动灌浆—→混凝土与地基接触段脉动灌浆—→全孔段灌浆结束—→封孔灌浆—→单孔质量验收。

3.2 高压脉动灌浆参数

在正式施工之前，结合分区进行的生产性灌浆试验，基本确定了高压脉动冲挤灌浆技术在本断层区域的灌浆压力、分段长度、适宜的孔排距、水灰比等，了解了基岩的抬动变形与灌浆压力和注入率之间的关系，明确了混凝土抬动的控制措施。

1）固结灌浆孔布置形式。本工程F1 断层破碎带固结灌浆设计孔排距2.0 m×2.0 m，梅花型布置，孔深15.0 m，盖重垫层混凝土厚3.0 m，分两序施工。

2）灌浆压力及分段。灌浆按照分段注、小段长、逐段控制灌浆压力的原则进行，每1 m 为一段，接触段灌浆压力Pmin=0.5 MPa，Pmax=1.2 MPa，基岩灌浆压力Pmin=2.0 MPa，Pmax=4.0 MPa。施工中的关键需将橡胶塞头塞至孔底，开始灌浆后分段提升塞头，每段的灌浆压力和进浆量现场控制。

3）浆液水灰比。固结灌浆浆液选择中对超细水泥和普硅水泥在可灌性、混凝土抬动等方面的差别进行比较，最终使用0.8∶1 纯水泥浆，并掺入适量的膨润土（5%）和高效减水剂（1%）。

3.3 灌浆过程控制与成果分析

1）灌浆结束控制条件。分段提升灌浆中按不同灌浆段的灌浆压力和灌浆量进行控制，F1断层固结灌浆结束控制标准如下：

①最小灌浆压力条件下，单段累计灌入量达到120 L，即可停止灌浆；

②最大灌浆压力条件下，单段累计灌入量达到60 L，注入率小于1 L/min，即可结束灌浆；

③达不到最小压力时，单段累计灌入量按150 L 控制。

2）抬动观测。本工程高压脉动灌浆区断层带原岩体为层状结构，岩体中存在易于劈裂的结构面，灌浆中水泥浆液在压力作用下冲挤侵入岩体，必须控制灌浆压力和注入率，防止混凝土盖板发生突变性抬动。

灌浆中基岩抬动观测采用浅层抬动装置，抬动孔钻孔结束后进行观测设备千分表的安装调试。根据设计要求，在灌浆过程中，对混凝土盖板抬动进行灌浆变形监测，若盖板抬动变形值＞0.2 mm 应立即降低压力，以确定该灌浆段最大灌浆压力。

3）灌浆质量检测。固结灌浆试验施工结束14 d后，将原声波检测孔扫开，进行灌后声波测试，通过固结灌浆前后岩体波速的对比测试，可以反映岩体强度、完整性的提高程度，评价固结灌浆效果。施工结束28 d后进行检查孔取芯与室内力学试验检查。

4）灌浆成果分析。F1断层带及其影响带高压脉动冲挤灌浆最终采用水灰比0.8∶1 的水泥浆，灌浆压力2.0～3.5 MPa，接触段灌浆压力1.0 MPa，灌浆总进尺10 300 m，平均灌入量约100 L/m。固结灌浆完成后，灌浆区岩体波速提高明显，由灌前的2 300～2 500 m/s 提高到了2 700～3 000 m/s，波速整体提高约10%，达到了有效消除低波速区的目的，提高了该区域的地基整体性与承载力。

4 结 语

通过贵州旁海航电枢纽工程F1断层高压脉动冲挤灌浆的顺利施工，证明在该类地层中进行可控灌浆的方法是适宜的，本施工方法可有效地解决此类地质条件下灌浆施工中易塌孔埋钻、灌浆不起压、不进浆、灌浆效果差等问题，对类似工程地质条件下的灌浆施工具有参考借鉴意义。