高壓脈動沖擠灌漿技術在固結灌漿施工中的應用

楊 光

（貴州東南航電開發投資有限公司，貴州 凱里 556000）

在復雜地層灌漿處理施工中，常規基巖灌漿工藝經常存在卡鉆、不進漿、灌漿效果差等問題，“自下而上、高壓脈動沖擠灌漿”是復雜地層灌漿處理施工的一項新技術、新工藝。近年來國內一些水利水電工程地基處理應用了該技術，并取得了較好的效果，如湖南省托口水電站河灣地塊軟硬不均裂隙發育地層帷幕灌漿工程等。

本文以貴州清水江旁海航電樞紐工程泄水閘基礎固結灌漿施工為依托，主要描述自下而上、高壓脈動沖擠灌漿技術在該項目復雜地層基礎固結灌漿施工中的應用。

1 工程概況

旁海航電樞紐位于貴州省凱里市境內清水江上，是一座以航運為主、兼顧發電的航電樞紐工程。該樞紐工程由船閘、廠房、泄水閘、副壩等建筑物組成，正常蓄水位565 m。

本工程壩址區呈單斜構造，基巖為志留系綠泥石板巖夾頁巖、砂質頁巖夾灰巖等，巖層產狀：左岸N5～15°E·SE∠20～25°，傾向下游偏右岸。河床發育一條規模較大的F1斷層，順河向，斷層產狀N55～65°E·SE∠75～85°，斷層破碎帶及影響帶寬約40 m，由碎裂巖、糜棱巖、斷層泥組成，規模較大。4#、5#泄水閘地基位于F1斷層破碎帶及斷層影響帶中，設計對其采取基礎混凝土換填、固結灌漿結合錨筋束的處理措施，主要目的為提高斷層帶基巖的變形模量，并適當提高其承載力。F1斷層帶巖石物理力學值見表1。

表1 F1 斷層帶巖石物理力學值表

由于斷層破碎帶呈散體結構，由巖塊夾泥、泥包石塊組成，具有散體連續介質特征。斷層影響帶呈鑲嵌碎裂結構，結構面很發育，充碎屑和泥，巖塊間嵌合力弱，且普遍遇水極易軟化。施工初期施工單位采用常規灌漿方法和工藝（如孔口封閉法、自上而下分段栓塞法）對基巖F1斷層進行了固結灌漿試驗，低壓灌注無法進漿，穩定泵壓灌注時易產生抬動，灌漿效果差，無法達到設計要求。

2 高壓脈動沖擠灌漿機理

針對F1斷層帶及其影響帶采用常規固結灌漿工藝施工存在的問題，經討論最終采用高壓脈動沖擠灌漿技術進行施工，其主要施工原理為：自下而上、高壓脈動沖擠灌漿在本項目中首先采用HGY-200 鉆機成孔（孔徑Φ90），然后將橡膠栓塞下至孔底，分段提升塞體，同時采用高壓脈動灌漿泵進行灌漿，配合單缸單作用往復式脈沖泵產生的瞬間沖擠高壓來將漿液擠入，從而達到設計所要求的固結灌漿效果，提高地基承載力。

本方法施工中的重點是在有混凝土蓋重的情況下分段控制灌漿壓力與灌漿量，灌漿壓力根據抬動值進行控制，而灌漿量則與脈沖壓力等相關，為保證固結灌漿效果，應通過灌漿試驗對具體分段施工時的灌漿壓力、灌漿量等進行確定。

3 高壓脈動灌漿施工

3.1 高壓脈動灌漿施工流程

旁海航電樞紐工程F1斷層帶及其影響帶高壓脈動沖擠灌漿施工程序：抬動觀測裝置安裝—→物探孔—→灌前聲波檢測—→分區分序鉆灌施工—→灌后聲波檢測。

高壓脈動沖擠灌漿每孔施工工藝流程：測量放樣—→鉆機就位、校準角度—→自上而下分段鉆孔—→測斜—→將橡膠栓塞下入孔底—→間隔段原位高壓脈動灌漿—→自下而上間隔分段提升栓塞—→分段高壓脈動灌漿—→混凝土與地基接觸段脈動灌漿—→全孔段灌漿結束—→封孔灌漿—→單孔質量驗收。

3.2 高壓脈動灌漿參數

在正式施工之前，結合分區進行的生產性灌漿試驗，基本確定了高壓脈動沖擠灌漿技術在本斷層區域的灌漿壓力、分段長度、適宜的孔排距、水灰比等，了解了基巖的抬動變形與灌漿壓力和注入率之間的關系，明確了混凝土抬動的控制措施。

1）固結灌漿孔布置形式。本工程F1 斷層破碎帶固結灌漿設計孔排距2.0 m×2.0 m，梅花型布置，孔深15.0 m，蓋重墊層混凝土厚3.0 m，分兩序施工。

2）灌漿壓力及分段。灌漿按照分段注、小段長、逐段控制灌漿壓力的原則進行，每1 m 為一段，接觸段灌漿壓力Pmin=0.5 MPa，Pmax=1.2 MPa，基巖灌漿壓力Pmin=2.0 MPa，Pmax=4.0 MPa。施工中的關鍵需將橡膠塞頭塞至孔底，開始灌漿后分段提升塞頭，每段的灌漿壓力和進漿量現場控制。

3）漿液水灰比。固結灌漿漿液選擇中對超細水泥和普硅水泥在可灌性、混凝土抬動等方面的差別進行比較，最終使用0.8∶1 純水泥漿，并摻入適量的膨潤土（5%）和高效減水劑（1%）。

3.3 灌漿過程控制與成果分析

1）灌漿結束控制條件。分段提升灌漿中按不同灌漿段的灌漿壓力和灌漿量進行控制，F1斷層固結灌漿結束控制標準如下：

①最小灌漿壓力條件下，單段累計灌入量達到120 L，即可停止灌漿；

②最大灌漿壓力條件下，單段累計灌入量達到60 L，注入率小于1 L/min，即可結束灌漿；

③達不到最小壓力時，單段累計灌入量按150 L 控制。

2）抬動觀測。本工程高壓脈動灌漿區斷層帶原巖體為層狀結構，巖體中存在易于劈裂的結構面，灌漿中水泥漿液在壓力作用下沖擠侵入巖體，必須控制灌漿壓力和注入率，防止混凝土蓋板發生突變性抬動。

灌漿中基巖抬動觀測采用淺層抬動裝置，抬動孔鉆孔結束后進行觀測設備千分表的安裝調試。根據設計要求，在灌漿過程中，對混凝土蓋板抬動進行灌漿變形監測，若蓋板抬動變形值＞0.2 mm 應立即降低壓力，以確定該灌漿段最大灌漿壓力。

3）灌漿質量檢測。固結灌漿試驗施工結束14 d后，將原聲波檢測孔掃開，進行灌后聲波測試，通過固結灌漿前后巖體波速的對比測試，可以反映巖體強度、完整性的提高程度，評價固結灌漿效果。施工結束28 d后進行檢查孔取芯與室內力學試驗檢查。

4）灌漿成果分析。F1斷層帶及其影響帶高壓脈動沖擠灌漿最終采用水灰比0.8∶1 的水泥漿，灌漿壓力2.0～3.5 MPa，接觸段灌漿壓力1.0 MPa，灌漿總進尺10 300 m，平均灌入量約100 L/m。固結灌漿完成后，灌漿區巖體波速提高明顯，由灌前的2 300～2 500 m/s 提高到了2 700～3 000 m/s，波速整體提高約10%，達到了有效消除低波速區的目的，提高了該區域的地基整體性與承載力。

4 結 語

通過貴州旁海航電樞紐工程F1斷層高壓脈動沖擠灌漿的順利施工，證明在該類地層中進行可控灌漿的方法是適宜的，本施工方法可有效地解決此類地質條件下灌漿施工中易塌孔埋鉆、灌漿不起壓、不進漿、灌漿效果差等問題，對類似工程地質條件下的灌漿施工具有參考借鑒意義。