陶岔渠首樞紐工程固結灌漿應用研究

龔志明 奚建猛

陶岔渠首樞紐工程固結灌漿應用研究

龔志明 奚建猛

一、概況

陶岔渠首樞紐工程是南水北調中線輸水總干渠的引水渠首，主要由引水閘、河床式電站、兩岸重力壩等建筑物組成。位于湯山與禹山之間的埡口地帶，區內主要地貌單元有：剝蝕殘山、壟崗、水系及人工地貌等。

壩基為奧陶系中統第二巖組（O22）灰巖、條紋灰巖，強度滿足設計要求；但巖溶的發育與分別不易確定；同時建基面低于正常蓄水位40余米，運行期壩后基底揚壓力較大，且斷層、裂隙及巖脈較發育，局部巖體較破碎。為提高壩基巖體的完整性和承載能力，根據基礎開挖揭露的實際情況對壩基重點區域下一定深度范圍內巖體進行專門的處理。

二、固結灌漿設計

固結灌漿是為改善節理裂隙發育或有破碎帶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。根據陶岔渠首樞紐工程壩基地質情況，為提高閘基巖體的完整性和承載能力，對壩基下一定深度范圍內巖體進行固結灌漿。固結灌漿分布于大壩基礎，間排距2.5m，梅花狀布置，入巖深度5m和8m；固結灌漿孔灌后基巖透水率q≤5Lu。灌漿采用孔內循環式灌漿法，施工分兩序進行，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

三、固結灌漿施工

1.固結灌漿實施條件

（1）灌漿區域內勘探平洞回填處理完成。

（2）固結灌漿范圍內的壩基溶洞清理、回填完畢。

（3）基巖固結灌漿部位混凝土厚度不小于3m。

（4）布有物探測試的部位灌前物探測試結束。

（5）相應部位抬動變形裝置埋設完畢，并投入使用。

（6）相應部位監測設施埋設完畢。

（7）相應部位的混凝土達到50%設計強度。

2.灌漿設備要求

（1）根據灌漿需要配置高速和低速漿液攪拌機，攪拌機的轉速和攪拌能力應分別與所攪拌的漿液類型及灌漿泵排漿量相適應，并應保證均勻、連續地拌制漿液；所有攪拌設備拌制漿液前應先在現場試運行。

（2）集中制漿站的制漿能力滿足灌漿進度高峰期所有機組用漿需要，制漿站應配備除塵設備，當漿液需摻加摻合劑或外加劑時，應增設相應的設備。

（3）承包人提供的灌漿泵性能應與灌漿漿液的類型和濃度相適應，其容許工作壓力應大于最大灌漿壓力的1.5倍，壓力波動范圍宜小于灌漿壓力的20%，并應有足夠的排漿量和穩定的工作性能，灌注純水泥漿液應采用多缸柱塞式灌漿泵。

（4）灌漿管路應保證漿液流動暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力。灌漿泵和灌漿孔口處均應安裝壓力表。所選用的壓力表在使用前應進行率定，使用過程中應經常檢查核對，不合格和已損壞的壓力表嚴禁使用。壓力表和管路之間應設有隔漿裝置。

（5）灌漿塞應與采用的灌漿方法、灌漿壓力及地質條件相適應，膠塞應具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，并易于

安裝和卸除。

（6）承包人必須使用灌漿自動記錄儀記錄灌漿、壓水的全過程，灌漿自動記錄儀應為質量優良產品，并能自動、準確記錄灌漿壓力、注入率、漿液濃度等。

3.固結灌漿漿液及變漿標準

（1）固結灌漿漿液一般采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五個級別。在大斷層、溶洞、溶縫等地質缺陷部位，可采用混合漿液、水泥砂漿、高流態混凝土，特殊情況下可采用特殊水泥漿液或化學漿液，采用前應報監理人審批。

（2）承包人按灌漿試驗確定或監理人批準的水灰比施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。

（3）當某一級水灰比漿液的單孔注入量達300L以上、群孔達900L以上或灌注時間已達1h以上，而灌漿壓力或注入率均無改變或改變不明顯時，應改用濃一級水灰比的漿液灌注。

（4）當注入率大于30L/min時，視具體情況可越級變濃漿液水灰比。

（5）漿液水灰比改變后，如灌漿壓力突增或注入率突減至原注入率的1/2以下時，應立即使用稀一級水灰比進行灌注，查明原因并報告監理人采取相應措施。

（6）灌漿前、漿液變換時、灌漿結束時均應測量漿液密度，灌漿過程中亦應每隔15～30min測量一次漿液密度，并反映在固結灌漿綜合成果表中。

（7）固結灌漿在規定壓力下，當注入率不大于1L/min，繼續灌注30min，灌漿即可結束；當長期達不到結束標準時，應及早報請監理人員共同研究處理措施，不得擅自停灌。

4.抬動觀測控制

灌漿過程中要進行抬動變形觀測，抬動觀測孔入巖6m，孔徑Ф91mm。設有抬動變形觀測裝置的部位，觀測孔周邊10m范圍內的灌漿孔。

觀測孔段在裂隙沖洗、壓水試驗及灌漿過程中均連續進行抬動變形觀測，抬動變形觀測安排專職人員進行觀測、記錄，每10min測記一次讀數。抬動變形預警值控制在50μm以內，最大不超過200μm，當變形值接近允許值或變形值上升速度過快時，應及時降低灌漿壓力，防止抬動破壞。

5.封孔

（1）固結灌漿孔全孔灌漿結束后用水灰比為0.5∶1的濃漿進行封孔。封孔采用“機械壓漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，漿液凝固后應及時清除孔內浮漿和污水，用M20水泥砂漿回填密實。

（2）單元工程灌漿結束后，抬動觀測孔、物探測試孔等亦應進行封孔處理，其封孔方法及要求同固結灌漿孔。

四、固結灌漿質量成果

固結灌漿質量檢查采用以測量巖體波速或靜彈性模量為主，以分析灌漿孔和檢查孔的鉆孔取芯以及壓水試驗成果為輔的方法進行綜合評定。

檢查合格標準：①固結灌漿壓水試驗合格標準：固結灌漿孔灌后基巖透水率q≤5Lu，單元灌區內壓水檢查的合格率達80%以上，其余不合格孔段的基巖透水率最大值不超過7.5Lu，且不集中方可認為合格。②物探測試采用灌漿前后對比測試的方法。

（1）灌后壓水檢查

監理通過對陶岔渠首樞紐工程固結灌漿成果資料的分析，固結灌漿鉆孔壓水檢查孔數為不少于灌漿總孔數的5%進行灌后壓水檢查。該工程共壓水檢查45個孔50段，所有段均小于5Lu，滿足設計要求。

（2）物探檢測

施工單位委托有資質的檢測單位承擔了固結灌漿質量物探檢測工作，從2011年3月～2012年7月，檢測工期共計16個月，按設計要求對鉆孔進行了單孔及跨孔聲波測試，單孔聲波共完成68孔次，318.8m。跨孔聲波共完成縱橫向共56對次，536m。

通過對大壩基礎固結灌漿效果彈性波檢測，得出如下結論：

1）1#～5#壩段:灌后單孔聲波速度區間值3509～5882m/s,平均值4737m/s；灌后跨孔聲波速度區間值3400～5120m/s,平均值4395m/s。

2）6#壩段（安裝場壩段）：灌后單孔聲波速度區間值3704～5882m/s，平均值4890m/s；灌后跨孔聲波速度區間值3592～5199m/s，平均值4302m/s。

3）7#～8#壩段（廠房壩段）：灌后單孔聲波速度區間值3571～5882m/s，平均值4896m/s；灌后跨孔聲波速度區間值3494～5137m/s，平均值4359m/s。

4）9#～10#壩段（引水閘壩段）：灌后單孔聲波速度區間值3846～5882m/s，平均值 4919m/s；灌后跨孔聲波速度3667～5093m/s，平均值4392m/s。

5）11#～15#壩段：灌后單孔聲波速度區間值2817～5714m/s，平均值4849m/s；灌后跨孔聲波速度區間值 3333～5323m/s，平均值4369m/s。

陶岔渠首樞紐工程固結灌漿質量檢測灌后單孔聲波平均值4872m/s，波速大于3400m/s測點占99.52%，波速小于3000m/s測點為0.36%，且不連續，灌后單孔聲波縱波速度平均值提高3.90%；灌后跨孔聲波縱波速度平均值4357m/s，波速大于3400m/s測點占99.71%，波速小于3000m/s測點無，灌后跨孔聲波縱波速度平均值提高3.84%。

根據設計要求指標，陶岔渠首樞紐工程單孔、跨孔聲波測試檢查結果全部合格。

五、結語

通過對陶岔渠首樞紐工程壩基固結灌漿部位進行灌后質量檢查，其壓水檢查、聲波檢測成果均滿足設計要求；通過對灌漿資料進行統計分析，其平均透水率和平均單位注入量均隨孔序增加呈明顯遞減，透水率與單位注入量有較強的相關性；孔段平均單位注入量的大小與其所處部位的地質條件相吻合，隨著孔序的加密平均單位注入量呈現出明顯的遞減變化趨勢，符合一般灌漿規律，表明陶岔渠首樞紐工程壩基固結灌漿效果明顯■

（作者單位：鹽城市河海工程建設監理中心 224000）