水利水電工程中壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究

劉志鵬

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

汾河一壩樞紐工程位于汾河灌區(qū)最北端的太原市上蘭村西南，擔(dān)負(fù)著太原市南北郊區(qū)30.87萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉和太原鋼鐵公司、太原第一熱電廠和市區(qū)園林的供水任務(wù)。本樞紐水閘除險(xiǎn)加固工程等別為II等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)采用30年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核，對(duì)應(yīng)洪峰流量分別為2 600 m3/s、3 450 m3/s。

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段大壩自投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻繁變動(dòng)，工程壩基諸多尾工施工質(zhì)量問(wèn)題頻繁出現(xiàn)，過(guò)去所實(shí)施的幾次續(xù)建加固補(bǔ)強(qiáng)處理對(duì)大壩壩基穩(wěn)定并無(wú)實(shí)質(zhì)性改善，隱患突出，為保證大壩運(yùn)行安全，必須進(jìn)行大壩壩基全面補(bǔ)強(qiáng)與加固。

2 壩基固結(jié)灌漿施工布置

2.1 施工工藝流程

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段壩基固結(jié)灌漿按照自上而下的順序分段灌注，施工單元按照設(shè)計(jì)圖分區(qū)確定，混凝土實(shí)際澆筑過(guò)程中可進(jìn)行施工子單元的進(jìn)一步劃分[1]，各施工單元固結(jié)灌漿施工工藝流程詳如圖1所示。

2.2 灌漿材料的選擇

2.2.1 灌漿水泥

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段壩基固結(jié)灌漿使用32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，對(duì)于超細(xì)水泥則通過(guò)42.5的普通硅酸鹽水泥磨細(xì)而成，以確保水泥達(dá)到通過(guò)80 μm方孔篩細(xì)度，篩余量≤5 %[2]。

本工程壩基固結(jié)灌漿工程量大，水泥用量多，實(shí)行集中制漿，制漿站設(shè)置于汾河生態(tài)修復(fù)一壩段導(dǎo)流洞左側(cè)，分別配置質(zhì)量比為3：1、2：1、1：1、0.5：1的漿液，并經(jīng)砂漿泵運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 汾河生態(tài)修復(fù)一壩段壩基固結(jié)灌漿施工工藝流程

2.2.2 摻合料

固結(jié)灌漿漿液中應(yīng)按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148-2001）摻入砂石、粉煤灰、水玻璃，摻入比例應(yīng)當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)確定，并將試驗(yàn)結(jié)果提交監(jiān)理方，批準(zhǔn)后方可使用。

2.2.3 外加劑和水

本工程壩基固結(jié)灌漿所需要的速凝劑、減水劑等外加劑必須嚴(yán)格按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148-2001）的規(guī)定選取和確定，且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)進(jìn)行最佳添加量的確定，所有溶于水的外加劑只能以水溶液的形式摻入，并按照工程試驗(yàn)中心所提供的配料單進(jìn)行外加劑溶液的配置。

工程壩基固結(jié)灌漿用水主要由工程試驗(yàn)中心進(jìn)行抽樣和試驗(yàn)，水質(zhì)必須潔凈無(wú)污染，且應(yīng)符合水工混凝土拌和相關(guān)要求，拌和用水溫度≤40 ℃。

2.3 灌漿孔的布置

將壩基固結(jié)灌漿分為5個(gè)不同區(qū)域：對(duì)于壩址處壩底寬范圍內(nèi)的Ⅰ區(qū)，按照梅花形進(jìn)行灌漿孔布置，孔距和排距均為2.5 m，孔深為10 m，孔向垂直入深；對(duì)于壩基中部Ⅱ區(qū)，布孔型式、孔距與排距不變，孔深為8 m；壩址處壩底寬以內(nèi)的左Ⅰ區(qū)和右Ⅰ區(qū)布孔型式、排距、孔距不變，孔深為14 m；壩基以內(nèi)的斷層影響帶灌漿孔按梅花形加密布設(shè)，孔距、排距均為2.0 m，孔深為23 m，鉛直布設(shè)。

3 固結(jié)灌漿施工

3.1 鉆孔施工與沖洗

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段壩基固結(jié)灌漿鉆孔施工中埋設(shè)的PVC管加固未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，存在一定程度的偏斜，底板設(shè)計(jì)高程為675 m，但實(shí)際施工已達(dá)710 m，一定程度上增加了造孔工作量和施工成本。鋼筋受力網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)當(dāng)防止對(duì)PVC管埋設(shè)造成影響致使其傾斜，以及個(gè)別孔洞磨鉆鋼筋從而影響造孔進(jìn)度和質(zhì)量。

固結(jié)灌漿孔沖洗應(yīng)采用風(fēng)水聯(lián)合模式自孔底向孔外的順序進(jìn)行，沖洗水壓力應(yīng)控制在灌漿壓力80 %范圍內(nèi)，將沖洗壓力控制在1 MPa以內(nèi)，風(fēng)壓沖洗壓力控制在灌漿壓力的50 %，并將沖洗壓力控制在0.6 MPa范圍。灌漿孔洞沖洗結(jié)束應(yīng)立即展開(kāi)灌漿，若中斷時(shí)間＜24 h，則在灌漿前還需重新沖洗。

3.2 壓水試驗(yàn)

在具體灌注過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵循灌漿壓力與漿液注入量的對(duì)應(yīng)關(guān)系（如表1）來(lái)控制壓力，對(duì)于串孔及多孔灌漿，分別控制灌漿壓力，從而有效防止抬動(dòng)變形[3]現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表1 灌漿壓力與注入量對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.3 灌漿施工

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段壩基固結(jié)灌漿施工按照先下游、后上游邊、在內(nèi)部孔的次序排孔灌漿，并采用循環(huán)式灌漿模式由上而下阻塞分段灌漿，灌漿孔施工分兩段進(jìn)行，為防止漏灌，將注漿塞設(shè)置在已灌注結(jié)束段底部以上0.5 m位置。本工程壩基吸漿量大、抬動(dòng)容易的部分必須分級(jí)施壓，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮加入低壓漫灌、升壓灌漿、限量間歇灌注等灌漿工藝，按照設(shè)計(jì)規(guī)范調(diào)整灌漿壓力。為控制壩基圍巖發(fā)生抬動(dòng)，原則上應(yīng)一泵灌一孔，一旦發(fā)生串漿，應(yīng)立即實(shí)行群孔并聯(lián)灌注，但值得注意的是，并聯(lián)孔數(shù)應(yīng)不超過(guò)3個(gè)。

按照灌漿設(shè)計(jì)壓力，灌注段吸漿量≤1 L/min時(shí)，在持續(xù)灌注30 min便可結(jié)束灌漿，對(duì)于群孔灌漿而言，應(yīng)按各孔段一次灌注總長(zhǎng)度確定其結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)灌漿過(guò)程中，若回漿變濃，則必須改用之前的水灰比重新進(jìn)行灌注，如果回漿變濃現(xiàn)象持續(xù)不變，則再繼續(xù)灌注30 min結(jié)束。灌漿結(jié)束后采用置換壓力灌漿法回填并封閉孔洞，封孔結(jié)束，再用干硬性預(yù)縮水泥砂漿重新二次封填，對(duì)于平整度有要求的情況，還應(yīng)進(jìn)行表面壓實(shí)磨光處理。

4 結(jié)論

汾河生態(tài)修復(fù)一壩段大壩壩基固結(jié)灌漿工程量較大，雖然固結(jié)灌漿施工過(guò)程中不存在高深的技術(shù)難題，但是灌漿的好壞直接關(guān)系到大壩壩基的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。大壩壩基加固后已經(jīng)全面投運(yùn)，壩基各項(xiàng)指標(biāo)反應(yīng)良好，孔壓水的質(zhì)量檢查結(jié)果表明，固結(jié)灌漿對(duì)大壩壩基表層補(bǔ)強(qiáng)效果良好，為汾河生態(tài)修復(fù)一壩段大壩壩基帷幕灌漿施工提供技術(shù)層面的參考。