某壩段壩基固結灌漿施工探討

劉宇亮

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 問題的提出

固結灌漿是水工建筑物地基處理的常見方式，應用較為廣泛，而且固結灌漿施工質量直接關系到水工建筑物施工質量及運行安全。固結灌漿主要采用潛孔低壓灌注水泥漿液的方式進行不連續或破碎巖石節理裂隙的注漿加固處理，充分利用水泥漿液的流動性和膠凝性，對水泥漿液施加設計壓力后使其通過鉆孔注入巖層縫隙，并待漿液充分膠結硬化后與基礎形成整體，使基礎巖層各項力學性能顯著提升。該加固技術對改善節理裂隙發育或破碎巖石壩基處理均較為適用，能促進巖石整體性、均質性、抗壓強度和彈性模量、透水性等性能參數的提升，減少巖石變形和不均勻沉降等的發生。固結灌漿加固技術實踐性很強，對施工人員專業技術能力和經驗有較高要求。

為增強固結灌漿加固效果，針對不同水工建筑物應采取不同的灌漿措施：對于混凝土重力壩通常針對壩基進行全面積固結灌漿施工；對重力拱壩或混凝土拱壩，應在明顯受力的壩肩拱座巖層進行固結灌漿加固處理；對水工隧洞，應在隧洞襯砌后進行巖體灌漿加固。對于破碎巖層隧洞的開挖，為防止巖體坍塌或滲水，應在開挖前進行水平孔超前固結灌漿。還應在固結灌漿施工前進行注漿試驗，確定出孔距、孔深、布孔形式、注漿次序、壓力等參數，指導灌漿施工，保證施工質量。

2 壩基固結灌漿施工布置

2.1 施工工藝流程

某壩段壩基固結灌漿按照自上而下的順序分段灌注，施工單元按照設計圖分區確定，混凝土實際澆筑過程中可進行施工子單元的進一步劃分[1]，各施工單元固結灌漿施工工藝流程詳見圖1所示。

圖1 某壩段壩基固結灌漿施工工藝流程

2.2 灌漿材料的選擇

2.2.1 灌漿水泥

某壩段壩基固結灌漿使用32.5級的普通硅酸鹽水泥，對于超細水泥則通過42.5的普通硅酸鹽水泥磨細而成，以確保水泥達到通過80μm方孔篩細度，篩余量≤5%。固結灌漿水泥質量還必須嚴格按照《水泥新標準》(GB175-2007)進行控制，防止質量不達標準、存放時間>3個月、未經檢驗合格以及受潮結塊水泥的使用[2]。

本工程壩基固結灌漿工程量大，水泥用量多，實行集中制漿，制漿站設置于某壩段導流洞左側，分別配置質量比為3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1的漿液，并經砂漿泵運送至施工現場。

2.2.2 摻合料

按照某壩段壩基固結灌漿設計文件，固結灌漿漿液中應按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T5148-2001)摻入砂石、粉煤灰、水玻璃，摻入比例應當通過試驗確定并將試驗結果提交監理方，批準后方可使用。

2.2.3 外加劑和水

本工程壩基固結灌漿所需要的速凝劑、減水劑等外加劑必須嚴格按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T5148-2001)的規定選取和確定，且通過現場灌漿試驗進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，并按照工程試驗中心所提供的配料單進行外加劑溶液的配置。

工程壩基固結灌漿用水主要由工程試驗中心進行抽樣和試驗，水質必須潔凈無污染，且應符合水工混凝土拌和相關要求，拌合用水溫度≤40℃。

2.3 灌漿孔的布置

為確保壩基固結灌漿的整體性，提升壩基加固的承載力，控制壓縮變形，結合某壩段壩基實際，將壩基固結灌漿分為5個不同區域：對于壩址處壩底寬范圍內的Ⅰ區，按照梅花形進行灌漿孔布置，孔距和排距均為2.5m，孔深10m，孔向垂直入深；對于壩基中部Ⅱ區，布孔型式、孔距與排距不變，而孔深為8m；壩址處壩底寬以內的左Ⅰ區和右Ⅰ區布孔型式、排距、孔距不變，孔深14m；壩基以內的斷層影響帶灌漿孔按梅花形加密布設，孔距、排距2.0m，孔深23m，鉛直布設。

3 固結灌漿施工

3.1 鉆孔施工與沖洗

采用CSJ-40錨固鉆機造孔，按照所預設的PVC管點位固定錨固鉆機同時造孔，嚴格按照設計規范確定孔深和孔向。某壩段壩基固結灌漿鉆孔施工中埋設的PVC管加固未達到設計要求，存在一定程度的偏斜，底板設計高程675m，但實際施工已達710m，一定程度上增加了造孔工作量和施工成本。鋼筋受力網的布設應當防止對PVC管埋設造成影響致使其傾斜，以及個別孔洞磨鉆鋼筋從而影響造孔進度和質量。

固結灌漿孔沖洗應采用風水聯合模式自孔底向孔外的順序進行，沖洗水壓力應控制在灌漿壓力80%范圍內，將沖洗壓力控制在1MPa以內，風壓沖洗壓力控制在灌漿壓力的50%，并將沖洗壓力控制在0.6MPa范圍。裂隙沖洗則按照高壓脈動方式進行，裂隙沖洗至回水完全澄清并持續至少10min停止，對于單孔持續沖洗時間≥30min，串孔則持續沖洗時間≥2h，直至孔洞內沉積物殘留厚度<15cm后方可結束孔洞沖洗，開始灌漿。灌漿孔洞沖洗結束應立即展開灌漿，若中斷時間<24h則在灌漿前還需重新沖洗。

3.2 壓水試驗

由鉆孔情況可知，本工程壩基固結灌漿地質條件較差，所以必須在有效防止抬動的情況下快速達到設計灌漿壓力，對于注入量比較大的孔段必須通過0.05MPa的分級升壓直至設計壓力，每一級灌注時間≥15min。在具體灌注過程中，必須嚴格遵循灌漿壓力與漿液注入量的對應關系(表1)控制壓力，對于串孔及多孔灌漿，必須進行灌漿壓力的分別控制，從而有效防止抬動變形的出現[3]。

3.3 灌漿施工

某壩段壩基固結灌漿施工按照先下游、后上游邊、再內部孔的次序排孔灌漿，并采用循環式灌漿模式由上而下阻塞分段灌漿，灌漿孔施工分兩段進行，為防止漏灌，將注漿塞設置在已灌注結束段底部以上0.5m位置。對于孔口不涌水的孔洞，灌漿結束后無需待凝，而對于灌前涌水、灌后返漿的復雜情況，必須待凝，至于待凝時間必須根據壩基固結灌漿情況會同監理工程師共同確定。本工程壩基吸漿量大、抬動容易的部分必須分級施壓，同時應當考慮加入低壓漫灌、升壓灌漿、限量間歇灌注等灌漿工藝，按照設計規范調整灌漿壓力。為控制壩基圍巖發生抬動，原則上應一泵灌一孔，一旦發生串漿，應立即實行群孔并聯灌注，但值得注意的是，并聯孔數應不超過3個。

工程壩基固結灌漿所要求水灰比包括3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個等級，開灌水灰比則應按照3∶1確定。在灌漿壓力不變時吸漿量應勻速減小，吸漿量不變時則灌注壓力應持續上升，但水灰比應保持不變。待任一等級水灰比漿液灌注量達250L，但灌漿壓力和吸漿量并無顯著變化時，應調整水灰比提升漿液濃度。漿液濃度改變后，若灌漿壓力或吸漿量突然變化，則應立即停止灌注，查明原因及時處理后方可恢復灌注。

按照灌漿設計壓力，灌注段吸漿量≤1L/min時，在持續灌注30min便可結束灌漿，對于群孔灌漿而言，應按各孔段一次灌注總長度確定其結束標準。持續灌漿過程中，若出現回漿變濃，則必須改用之前的水灰比重新進行灌注，如果回漿變濃現象持續不變，則再繼續灌注30min結束。對于中斷灌注的情況，凝孔灌漿完成后必須全部復灌，待結束并達到設計標準后則結束灌漿。灌漿結束后采用置換壓力灌漿法回填并封閉孔洞，封孔結束，再用干硬性預縮水泥砂漿重新二次封填，對于平整度有要求的情況，還應進行表面壓實磨光處理。

4 結 論

綜上所述，某壩段大壩壩基固結灌漿工程量較大，雖然固結灌漿施工過程中不存在高深的技術難題，但是灌漿的好壞直接關系到大壩壩基的穩定與安全運行以及大壩經濟效益和社會效益的順利發揮。目前，大壩壩基加固后已經全面投運，壩基各項指標反映良好，孔壓水的質量檢查結果表明，固結灌漿對大壩壩基表層補強效果良好，為壩段大壩壩基帷幕灌漿施工提供了質量保證。