淺談固結灌漿與帷幕灌漿在壩基處理中的應用

何見春

摘 要：本文結合某水電站建設實例，淺談了在壩基處理中固結灌漿與帷幕灌漿的施工布置和施工方法，并介紹了固結灌漿與帷幕灌漿的施工質量檢驗方法，對同類工程施工有一定借鑒意義。

關鍵詞：固結灌漿 帷幕灌漿 壩基處理

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0082-02

固結灌漿是為改善節理裂隙發育或有破碎帶的巖石的物理力學性能而進行的灌漿工程，其主要作用是提高巖石的整體性與均質性，提高巖石的抗壓強度與彈性模量，減少巖石的變形與不均勻沉陷。帷幕灌漿是在閘壩的巖石或砂礫石地基中采用灌漿建造防滲帷幕，以阻止或減少地基中地下水的滲透，保證水工建筑物的安全運行。

1 工程概況

某水電站樞紐由攔河大壩、進水口、引水隧洞、壓力管道及地面廠房等建筑物組成。攔河大壩為碾壓砼重力壩，壩頂高程433.50 m，壩頂軸線長172.00 m，最大壩高72.50 m（不含齒槽深度8.000 m），壩身設置5個溢流表孔，溢流堰頂高程413.00 m，孔口凈寬12.00 m。壩址區河道呈“U”型河彎地形，枯水期河水面高程378.00 m，河水面寬 40～60 m，水深7～8 m。河谷斷面呈“V”形河谷，壩址兩岸地形陡峭。壩基及兩岸壩肩主要層狀砂巖，其間夾泥巖、泥質粉砂巖。壩基發育數條與層面平行的層內擠壓帶，發育于大壩主要持力層中，對大壩抗滑穩定起控制作用。

2 壩基處理中的固結灌漿與帷幕灌漿施工

2.1 灌漿工程量

本工程涉及隧洞及大壩相關灌漿工程，工程量包括壩基礎固結灌漿6400 m，洞內帷幕灌漿3050 m，洞外帷幕灌漿15770 m。

2.2 施工布置

灌漿工程根據施工特點進行施工布置。利用壩基開挖及隧洞開挖的供風系統供風，安設3臺水泵供水，從工地變壓開關站接線至各機組安設配電盤供電。施工廢水、廢漿通過排水溝引至集水坑沉淀后再通過排污泵抽排至施工區外，巖芯及施工廢碴采用人工清理集中后，裝自卸汽車運至指定棄碴場。全部灌漿所用水泥漿液采用設置集中制漿站，配以管道輸送，輸漿管最大距離不超過200 m。制漿站布置20 m2的水泥庫、1臺200 L普通砂漿攪拌機和1臺200 L高速砂漿攪拌機；在制漿站安設φ100 mm輸漿干管至灌漿工作面，干管上接φ25 mm短管，以便將漿液輸送到各灌漿機組。

大壩灌漿施工，先固結灌漿，后帷幕灌漿。固結灌漿在形成了兩米左右的砼壓重體后開始施工，先鉆灌周邊孔，再中間孔。帷幕灌漿在該段砼澆筑或固結灌漿完成后再進行鉆孔灌漿施工。帷幕灌漿和固結灌漿均按分序加密的原則進行。帷幕灌漿孔分三序加密，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序施工。固結灌漿按二次序孔加密進行。固結灌漿和帷幕灌漿應在基礎砼層強度達到50%以上時進行，帷幕灌漿孔應先進行壩體砼與基巖接觸段的灌漿，再進行以下段次的灌漿。

2.3 施工方法

（1）鉆孔：全部鉆孔采用機鉆，使用輕型回轉鉆機，金剛石或硬質合金鉆進工藝。淺孔而不需采取巖芯的鉆孔，可以采用沖擊回轉鉆機進行鉆進。

（2）灌漿：帷幕灌漿采用自下而上或自上而下的灌漿方法。灌漿接觸段長2 m，其余段長5 m，特殊情況下可適當增減，但不得大于10 m。固結灌漿孔的基巖段長小于6 m時，采用全孔一次灌漿法，大于6 m時，按監理人指示或采用帷幕灌漿的相同方法。帷幕灌漿采用孔內循環的分級升壓灌漿方式，灌漿塞應塞在已灌段段底以上0.5 m處，以防漏漿。固結灌漿采用孔內循環或純壓方式。

自上而下分段灌漿的工藝流程為：第一段鉆孔→鉆孔與裂隙沖洗→簡易壓水試驗→第一段灌漿→第二段鉆孔→……全孔灌漿結束→封孔。

自下而上分段灌漿的工藝流程為：鉆孔至終孔→自上而下分段鉆孔與裂隙沖洗、簡易壓水試驗→自下而上分段灌漿→封孔。

（3）沖洗：灌漿孔在灌漿前必須進行孔壁沖洗和裂隙沖洗，直至回水澄清，并持續10 min結束，沖洗方法采用壓水沖洗或風水聯合沖洗。裂隙沖洗應沖至回水澄清后10 min結束，單孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）應立即連續進行灌漿作業。在風水聯合沖洗時，將具有一定壓力的風、水兩管同時下入或將上部分別與風水管相接的單管下入到孔底，孔口敞開，通過閥門控制，輪換向孔內送水、風，使孔內及裂隙充填物順著風水混合體攜帶出來，直至回水澄清并持續10min結束。

（4）壓水試驗：灌漿孔壓水試驗應在裂隙沖洗結束后進行，采用“簡易壓水”、“單點法”及“五點法”進行壓水試驗。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa時，采用1MPa；壓水20 min，每5 min測讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。五點法和單點法壓水試驗按SL62-94附錄A執行。

1）對帷幕灌漿，先導孔應自上而下分段卡塞進行壓水試驗，并按施工圖紙要求采用五點法或單點法。其它各次序孔的各灌漿段，可進行簡易壓水試驗。檢查孔應采用五點法壓水試驗。

2）固結灌漿孔灌漿前，按帷幕灌漿要求，作簡易壓水試驗，以計算該鉆孔耗漿情況和便于成果資料分析。基巖固結灌漿的檢查孔數量應不少于總孔數的5%。

3）壓水試驗前，應同時觀測孔內的穩定水位，有漏水的孔還應測漏水量。

4）壓水試驗成果計算公式。

①單點法試驗成果計算與表示方法。

q=Q/PL

式中：q為透水率Lu；

Q為壓入流量L/min；

P為作用于試段內的全壓MPa；

L為試段長度m。

②五點法試驗成果計算與表示方法。

壓水試驗的成果用透水率和P～Q曲線的類型表示。以壓水試驗三級壓力中的最大壓力值P及相應的壓入流量Q代入公式q=Q/PL，求出透水率Lu。根據五個階段的壓水試驗資料繪制P～Q曲線，確定出P～Q曲線類型。

（5）灌漿材料及設備。

①灌漿材料。

灌漿用水泥為普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽大壩水泥，水泥標號為425#，壩體接觸灌漿的水泥標號為525#，水泥質量符合規定的質量標準。灌漿用水溫度不得高于40℃。水泥漿液中摻砂、粉煤灰等摻合料時，摻砂粒徑應大于2 mm，細度模數小于2，粉煤灰為Ⅲ級粉煤灰，摻入量應通過試驗確定并經監理人認定。水泥漿液中摻入速凝劑選用氯化鈣或紅星1#，摻量通過試驗確定。

②鉆孔灌漿設備。

鉆孔設備采用輕型回轉鉆機XY-2PC型。為了加快固結灌漿進度，淺孔而不取芯的鉆孔可以采用沖擊回轉鉆機XU150型。灌漿設備采用35/100、100/100型灌漿機，每臺灌漿機配套有200L高速、普通攪拌機。

3 固結灌漿與帷幕灌漿質量檢查

每個區段或每一單元帷幕灌漿、固結灌漿基本完成后，按規定布置檢查孔、鉆取巖芯，作壓水試驗，檢查灌漿效果。

3.1 檢查孔布置原則

（1）檢查孔數量，帷幕孔不少于總孔數的10%，固結孔不少于總孔數的5%；每一個區段，每一個灌漿單元至少應布置一個檢查孔。

（2）檢查孔宜布置在帷幕中心線上，地質條件復雜的部位，注入量大的孔段附近，可能存在質量缺陷部位，鉆孔偏斜過大的部位。具體位置由現場監理人指定。

3.2 檢查孔巖樣編錄

（1）檢查孔要求采取巖樣，并進行巖芯編錄、巖芯素描、拍照保存。

（2）芯樣的最大長度應限制在3 m以內。對于1 0m的鉆進循環，若芯樣獲得率小于80%，則下一次應減少循環深度50%，以后依次減少50%，直至500 cm為止。

3.3 檢查孔壓水試驗

（1）區段固結灌漿結束7 d后，打檢查孔作壓水試驗，采用單點壓水試驗方法進行。

（2）區段帷幕灌漿結束14 d后，打檢查孔作壓水試驗，采用五點法壓水試驗方法進行。

（3）帷幕灌漿壓水試驗合格標準：壩體砼與基巖接觸段及其下一段的合格率為100%；再以下各段的合格率為90%以上；不合格段的透水率值不超過設計規定值的100%，且不集中，則灌漿質量可認為合格。

（4）固結灌漿壓水試驗合格標準：孔段合格率在80%以上；不合格孔段的透水率值不超過設計規定值的50%，且不集中，灌漿質量可認為合格。

（5）檢查孔壓水試驗合格后，按技術要求進行灌漿和封孔。

3.4 抬動變形觀測

灌漿過程要重視抬動問題，不能因砼板抬動，造成裂縫，給砼帶來危害，因此對灌漿過程要進行抬動變形觀測控制。抬動變形觀測孔的鉆設于基礎灌漿前完成，抬動變形觀測點的布置及灌漿壓力控制準則，待進場后根據現場情況制定，并報監理人批準實施。在進行裂隙沖洗、壓水試驗和灌漿施工過程中均應進行抬動監測，觀測成果報送監理人，抬動變形值超過設計值時立即停止施工，并報請監理人共同研究處理措施。

4 結語

固結灌漿與帷幕灌漿是水工建筑物地基處理最主要，也是最常見的手段。掌握和充分理解固結灌漿和帷幕灌漿的工藝原理、施工步驟和質量檢查方法，才能避免出現質量事故。相信在理解原理、掌握方法的基礎上，固結灌漿與帷幕灌漿將更好地應用于壩基處理中。

參考文獻

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