基于孔口封闭灌浆法的大坝河床段帷幕灌浆施工技术

王云辉

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黄河东线马镇引水工程从黄河右岸马镇葛富村取水,黄石沟沉沙调蓄水库的主要任务是对引黄水量进行沉沙、调蓄,水库总库容9870 万m3；水库枢纽由大坝、溢洪道和放空洞组成,主要建筑物级别为2 级,次要建筑物为3 级,临时建筑物为4 级,放空洞、放空塔架为2 级建筑物,进口边坡为永久边坡,级别为2 级。大坝帷幕灌浆分为一排主帷幕灌浆及一排副帷幕灌浆。主帷幕灌浆轴线为大坝心墙轴线,灌浆孔间距为1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三个分序施工,先导孔兼Ⅰ序孔,最先施工；副帷幕灌浆轴线布置在主帷幕灌浆轴线下游1.5 m 处,灌浆孔间距为1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三个分序施工,大坝河床段帷幕灌浆范围为GJ0+315.53-GJ0+459.53（DB0+188.00-DB0+332.00）。

2 帷幕灌浆施工技术的优势

（1）注浆操作简单,在注浆操作之前,先将需要施工的地方清理干净,然后再对需要施工的部分进行处理。在上面打洞,之后就可以进行配料,将水泥、石灰等按照一定的比例混合成浆液,最后往钻孔内灌入泥浆,然后回填即可。

（2）成本较低,且很稳定,注浆的材料一般都是用水泥之类的廉价材料制成的。并且所用的材料并不多,整个过程简单容易操作,但是在施工的时候,一般都会在浆液的制作中加入一些添加物。这样,当泥浆注入裂缝后,其稳定性将得到改善,从而提升施工质量。

（3）浇注施工是为了填充建筑物的裂缝,所以它是非常稳定的。注浆是在高压喷射的基础上进行的。在进行喷射的时候,可以将混凝土浆液注入到钻孔周围较松软的土层中,从而对其进行灌注,进而提高加固效果。

3 大坝河床段帷幕灌浆中孔口封闭灌浆技术的应用要点

3.1 原材料选型

水泥：本工程大坝河床段帷幕灌浆中孔口封闭灌浆使用中水泥选择了强度等级为P.042.5 的普通硅酸盐水泥,为提升浆液的流动性和灌浆效果,水泥细度要能够通过80μm 方孔筛的筛余量不超过5%。水泥在运输施工现场前需要按批检测,各项性能和指标需全部满足要求后方可用于配制浆液。

水：水要符合配制水工混凝土的清洁水,且水在添加时其温度不能超过40℃。

外加剂：按照大坝河床段的特点,在配制浆液中可加入适量的速凝剂、减水剂、稳定剂,各添加剂的性能需要满足施工规范和标准的要求[1]。

3.2 合理钻孔

在进行帷幕注浆施工中要求防渗标准不超过3 Lu,本工程大坝河床段主帷幕深度比较,入岩深度在40 m～45 m 之间,副帷幕深度也达到主帷幕深度的三分之二。为帷幕注浆孔孔向为铅锤方向,采用XY-2 型地质钻机,先导孔、质量检查孔钻孔施工中要及时获取并保留岩芯,在入岩之前的2 m 范围内,需要镶铸造孔口管,本工程造孔孔径选择89 mm,剩余钻孔短造孔孔径直径为76 mm。灌浆孔需要严格按照施工图的要求进行合理布置,最大的孔位偏差不能大于10 cm,钻孔保证孔向要准确,并分段进行孔斜测量,一旦发生偏斜超过要求要及时纠正,最大的允许偏差要符合表1 的规定。

表1 钻孔孔底最大允许偏差值

每钻完1 段后,冲洗之前需要进行测斜处理,本工程采用测斜进行检测,在进行深孔钻进时,需要严格控制孔深偏差在20 m 以内,若偏差过大需要立即停止钻孔,纠偏处理后再继续钻孔。若在钻孔过程中发生了涌水、漏水、塌孔等问题,需要及时记录,将其真实反映在钻孔综合成果表中作为浆液浓度调整、分析灌浆效果的依据。

钻孔完成之后应及时钻孔冲洗,本工程钻孔完成后及时用大流量水流进行冲洗,冲洗结束的标志为要保证孔底残留物的厚度不超过20 cm。若遇到质地软弱的岩石,可按照实际情况采用压缩空气进行冲洗,但要控制好风压,最大风压不应超过灌浆压力的50%[2]。

钻孔完成,冲洗好后,按照从上到下分段方法,进行压水试验,压水试验压力可采用80%的相应灌浆段的灌浆压力,若超过1 MPa 时,需要按照1 MPa 进行控制。当坝体高度不超过100 m 时,压水试验压力应为80%的灌浆压力,并不大于1 MPa。

3.3 灌浆方法的选择

本工程帷幕灌浆方法采用了孔口封闭灌浆法,采用循环式灌浆,分段灌浆,混凝土结构和基岩接触位置灌浆段长度为2 m,第2 段为3 m,余下段长度应每一段5 m,最长段不能超过8 m。孔口封闭法灌浆时各孔孔口管段,也就是混凝土与其岩层接触段即第1 段,需要先行单独钻孔和灌浆,镶铸孔口管,并待凝固（时间不小于48 h～72 h）,其余灌浆段灌浆结束后可无需待凝,孔口管埋入基岩的深度要控制在1.5 m～2.0 m之间,要保证所使用的孔口封闭器具有良好的耐压性、密封性,灌浆管需要能够在灌浆过程中进行灵活转动和升降。保证灌浆管的外径和钻孔之间的偏差在10 mm～20 mm 之间。若以钻杆作为灌浆管,需要采用外平接头连接[3]。各段灌浆操作时,需要保证灌浆管,需要能够深入到灌浆段底部,控制管口到孔底的距离在0.5 m,在灌浆过程中需要保持灌浆压力和注入量相互适应,注入量应尽量控制在30 L/min,相同部位不宜聚集多台灌浆泵进行同时灌浆。在整个灌浆施工中需要经常转动和频繁升降,回浆管需要有15 L/min 以上的回浆量,以防止注浆管在孔内被水泥浆液凝固住。

3.4 灌浆压力的选择和控制

大坝河床段帷幕灌浆压力采用的帷幕灌浆升压试验压力值,见表2。

现场灌浆以控制抬动不超过设计规定的最大抬动值为主。

灌浆压力控制措施,为避免发生抬动事故,按灌浆点距抬动监测点距离远近,采用不同的岩体最大允许抬动变形控制标准,具体见表3。

表3 抬动观测允许变形值表 单位：μm

抬动孔布置是需要以辐射半径为15 m 的区域内布置1 个抬动孔,在整个施工中为避免发生抬动事故,需要采取有效的灌浆压力控制措施,从0 MPa 压力开始,按照每0.02 MPa 为一级,逐级升压到设计灌浆压力,同时规定好每级压力的稳压时间不能少于5 min。经过确认没有抬动时,再提升压力。当灌浆点的抬动值能够达到150μm 时对应的灌浆压力,作为此孔设计的最大灌浆压力。最大抬动值不应超过200μm,初始注入率为5 L/min,按照每级5 L/min的标准进行逐级提升。在整个灌浆过程中,应有专人对抬动装置千分表的变化情况进行观察。在100μm～150μm 之间时,灌浆升压时注入率需要控制在10 L/min 以内,若抬动值不再继续上升,逐级升压,否则需要停止灌浆,等浆液凝固8 h 后,及时扫孔复灌[4]。

3.5 浆液配比和变换原则

本工程帷幕灌浆施工中,水泥浆液水灰比采用了6 个级别,分别是5、3、2、1、0.7、0.5,先灌注稀浆液,再灌注浓浆液,逐级提升,开始灌注时浆液水灰比选择5∶1。在进行灌浆压力保持不变而注入率持续减少,或者注入率不变而压力不断提升时,严禁改变水灰比。当某一级注浆量达到300 L 时,或者是灌注时间达到30 min 后,灌浆压力和注入率无改变时,或者是改变不够明显时,可适当加浓一个级别。若注入率超过30 L/min 时,可按照现场情况越极变浓。

3.6 注重对特殊情况的处理

当帷幕注浆结束后,当孔口的渗透系数或单位注浆体积超过设计规定时,孔宜进一步加大。如果发现邻近的孔洞继续变深,应立即向现场监督汇报。在注浆过程中,如果出现冒浆、漏浆,要视具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法。在注浆阶段,若注浆量大于3 t,注浆压力不升高,则应采用12 小时的待凝措施。清灰结束后,再次注水,如果水压没有增加,而水头较大,则应添加3%的速凝剂。在进行下一次钻孔灌注时,为了避免灌注压力过大对已经灌注的部分造成损伤,应将灌注塞在这一部分的上部[5]。注浆时,若出现串浆现象,则先堵塞注浆孔,待注浆完毕后,再扫、清、注浆。在注浆量较小、串浆孔满足注浆要求的情况下,可采用一台水泵在一个井内同时注浆。对于有涌水的灌浆孔,在进行灌浆之前,必须测量出涌水压力及涌水量,并根据涌水状况,按照从上到下的顺序进行分段灌浆,然后可适当缩短段长,最后是提升灌浆压力。

由于各种原因而造成的灌浆中断,要尽快恢复灌浆；注浆时间在30 分钟以上时,必须清理出浆孔,然后重新注浆；如果不能冲净或者冲净不起作用,就需要清空后重新充填；在重新注浆时,采用不同比例的水泥浆液；如果注水速率与断流前相当（超过90%）,则可以换成断流前的水浆继续进行注水；如果注水速度比以前降低了很多（达90%～70%）,那么就应该逐步增加泥浆浓度,并进行连续灌水；如果注水速度比以前降低了很多（低于70%）,并且在很短的一段时间里就停止了抽水,那么就需要进行补救。在灌浆过程中,如果回浆失水变浓,也就是在20 min～30 min 内,回浆比重超过一个比级,且注入率在1 L/min～2 L/min,这时就要换成原比级的新鲜浆液,如果没有发生回浆变浓或回浆变浓不显著,那么就可以正常结束灌浆。如果回浆比重持续出现超过一个比级的现象,则判定为吸水不吸浆,可采用同样水灰比的新浆灌注,如果效果不显著,可以再灌注30 min,然后停止灌注,也不会进行再灌,但总灌注时间仍然要不少于60 min[6]；另外,可以采取一些措施,如增加注浆压力,增加注浆孔径；如果上述方法都不能达到预期的效果,则可以考虑改用其他方法。

4 施工效果分析

大坝河床段本次试验结束后质量检查以检查孔压水成果为主,检查孔位置、压水试验压力,从检查孔压水情况来看,2 个检查孔共压水18 段,其中3 段压水值小于1 Lu,15 段压水值在1 Lu～3 Lu 之间,检查孔检查结果满足设计合格标准q ≤3.0 Lu。

5 结语

综上所述,采用实际案例结合理论实践的方法,分析基于孔口封闭灌浆法的大坝河床段帷幕灌浆施工技术。分析结果表明,帷幕灌浆施工技术是水利工程施工建设中常用的施工技术,其施工效果直接关系到整个工程施工质量和效果。在实际灌浆施工中采用孔口封闭灌浆施工技术,可有效提升加固效果,而且整个施工过程质量可控,而且不会形成缺陷和孔洞,施工效果比较好,可在类似工程中得到良好应用。