大壩灌漿施工中蓋板混凝土抬動變形控制探討

郭宏文

(江西省建洪工程監理咨詢有限公司，南昌 330000)

灌漿施工期間因灌漿壓力、地質條件、漿液水灰比、注漿孔深及孔距、注漿次序等原因經常引發蓋板混凝土結構抬動變形。為避免水利水電、隧洞襯砌及底板等部位灌漿施工過程中發生抬動破壞，必須加強施工過程中抬動變形監測，保證灌漿施工質量。

1 工程概況

S水庫工程位于贛江水系貢江支流濂水三級支流、高排河一級支流石陂河中上游，壩址控制流域面積3.4km2，流域為長葉形，并表現為北東-南西流向。水庫蓄水位585m，總庫容200×104m3，屬于以灌溉、供水為主的蓄水位工程。水庫工程擬采用重力壩。庫區主要為低山丘陵剝蝕地形地貌，且山體陡峻雄厚，河道內存在厚度0-3m的砂礫石、圓礫石沉積層，局部地區基巖裸露，河岸處也不存在大面積滑坡和泥石流等地質問題。庫區地處贛中南-華南褶皺系構造單元，且東西向和北東向帶狀斷裂、褶皺發育，但對庫區地殼穩定性無較大影響。庫區兩岸山體狹長高陡，最高海拔高程達到454.3m，山坡坡度多在30°-45°之間；區域內地表徑流發育，河道狹窄，河谷寬度在10-30m之間。

2 蓋板混凝土抬動變形監測

按照30m深度在混凝土襯砌及圍巖內鉆孔，并埋設傳感器支架及鋼管，并使保護管嵌入圍巖結構內，將細砂充填于鉆孔與保護管間縫隙內；內管置于保護管末端，并通過水泥漿錨固；將麻絲填塞進保護管和內管間，通過厚度10cm的砂漿固定孔口段。通過設置于混凝土襯砌結構內的支架固定位移傳感器并使其連接監測儀器，而壓力傳感器則與監測儀器和注漿泵壓力接口相連。具體結構詳見圖1。

圖1 抬動變形監測裝置

水庫大壩灌漿施工中蓋板混凝土抬動變形觀測由自動記錄儀按照60s的時間間隔采集并記錄觀測數據，對于壓水試驗、孔隙水壓力檢查、裂隙沖洗等過程中蓋板抬動幅度超出100μm時，則應結合工程實際適當降低施工壓力；設計允許抬動變形量上限為200μm，且當蓋板抬動形變值達到150μm時，儀器便會自動報警。若降壓措施采取后仍無法控制蓋板混凝土抬動，則應停止壓水試驗、裂隙沖洗等施工過程，查明原因并及時采取有效措施解決問題后再恢復施工。灌漿施工時必須安排技術人員實時監測蓋板混凝土抬動裝置千分表的變動，當抬動值不超出100μm，則按照設計灌漿壓力和注漿量協調控制壓力升高過程；而當抬動值超出100μm但不足200μm時，應將注漿率嚴格控制在10L/min以內，此時若蓋板混凝土抬動已趨于穩定，則應按設計要求逐級升壓；否則應停止灌漿[1]。

該水庫大壩基礎固結灌漿和帷幕灌漿施工期間蓋板混凝土抬動變形監測采用黃河勘測規劃設計院所研制的24h持續采集、記錄及預警功能的TDS-A型變形觀測儀，其數據采集時間可自行設置，最小采集及記錄時間為60s。位移傳感器則為測量精度1μm的HY-85型數碼位移傳感器；壓力傳感器為具備灌漿壓力實時觀測功能的ST-3000-LBCⅢ-ER型壓力變送器。

3 蓋板混凝土抬動變形分析

3.1 固結灌漿抬動統計

該水庫大壩基礎固結灌漿所設置的施工單元中有16個單元表現出蓋板混凝土局部抬動變形趨勢，其中8處出現在河床蓋板、5處和3處分別出現在左右岸蓋板，抬動變形量最大達到330μm，具體抬動形變頻率情況統計詳見表1。

表1 固結灌漿抬動形變頻率統計

由表中統計結果可以看出，在該水庫大壩固結灌漿施工過程中共有74段表現出抬動形變，其中42段出現在洗孔和壓水期間，19段出現在灌漿施工期間，剩余段則出現在封孔過程中。根據以上分析得知，大部分蓋板混凝土抬動變形均出現在灌漿施工前壓水及裂隙沖洗過程中[2]。其中河床蓋板處最大抬動形變量超出了200μm的設計允許值，進一步分析發現，此處抬動變形增加速度快，歷時短。為此，在河床蓋板處抬動部位于施工縫相距50cm位置設置一定數量的抗抬錨桿；大壩左右岸抬動變形量相對較小，且形變過程緩慢，故通過延長待凝時間、泵頭分流、緩慢升壓、限流限壓、加強觀測等措施予以控制。

3.2 帷幕灌漿抬動統計

水庫大壩壩基帷幕灌漿施工期間，1#-5#注漿孔第一孔段注漿過程中發生蓋板抬動，最大形變量達到240μm且呈現持續增大態勢，為此，在施工過程中便采取了緊急待凝措施；后期則改用控制帷幕灌漿孔口段注漿壓力，并將一圈抗抬錨桿增設于蓋板周圍與施工縫相距50cm的區域，其余注漿孔孔口管加深3.0m。帷幕灌漿抬動形變頻率情況統計詳見表2。由表可知，帷幕灌漿施工過程中蓋板混凝土結構抬動發生的工序與固結灌漿基本一致，大多出現在灌漿施工前壓水及裂隙沖洗過程。

表2 帷幕灌漿抬動形變頻率統計

考慮到該水庫大壩帷幕關鍵施工過程中1#-5#注漿孔第一孔段發生較為嚴重抬動變形，為確保灌漿施工質量，必須在注漿結束后檢查蓋板混凝土和基巖面結合程度，為此，在相應區域接觸面孔內設置電視檢查孔。根據檢查結果，蓋板和基巖接觸段水泥填充密實，表明接觸段注漿施工質量符合設計要求。

4 蓋板混凝土抬動原因

4.1 固結灌漿蓋板抬動原因

該水庫大壩壩基固結灌漿施工過程中發生蓋板混凝土抬動變形，主要與基巖裂隙發育、斷層破碎帶發育、現場交叉施工等有關。①結合該大壩壩址區地質條件，其巖層順坡向卸荷裂隙及陡傾角裂隙發育，固結灌漿施工期間水泥漿液因受到注漿壓力的作用而順坡向和裂隙串流至淺層區，此后直接作用于蓋板混凝土，造成蓋板抬動變形。②該水庫大壩壩基固結灌漿施工過程中部分抬動與斷層破碎帶等地質缺陷緊鄰，在受到灌漿壓力的作用下必然引發抬動變形[3]。③該水庫大壩河床部分蓋板固結灌漿施工和混凝土澆筑交叉進行，雖然施工期間加強了對注漿管路的防護，但因受到重型混凝土罐車等施工機械對回漿管路的碾壓，孔內漿液因難以及時返回、管道內吸力增大而引發蓋板抬動變形。

4.2 帷幕灌漿蓋板抬動原因

帷幕灌漿施工過程中發生蓋板混凝土抬動變形則與注漿孔口管埋深及淺表段注漿壓力過高有關。①根據相關規范，開挖岸坡圍巖卸荷深度一般控制在2.0-5.0m，而全部區域帷幕灌漿孔口管埋深均為2.0m，符合卸荷深度要求。通過孔口封閉灌漿施工時，注漿壓力經過孔口管底端后向淺層卸荷區傳遞，進而引發區域內蓋板抬動。②該水庫大壩壩基淺表段0-2m深度固結灌漿壓力0.3-0.5MPa，帷幕灌漿壓力0.6-2.0MPa；淺表段2-8m深度固結灌漿壓力0.5-0.7MPa，帷幕灌漿壓力3.0-5.0MPa；帷幕灌漿壓力遠>固結灌漿壓力。孔口段則在進行卡塞灌漿時因基巖與蓋板間結合面被擊穿而發生抬動變形。

5 結 論

對于水庫大壩壩基灌漿施工中所出現的蓋板抬動大多具有瞬發性特征，發生變形值超出規范要求的明顯抬動后必須及時采取限壓限流及待凝措施，直至抬動變形達到穩定；抬動發生后的灌漿施工單元，必須按照單元最低注漿壓力控制其檢查孔水壓力，避免發生二次抬動變形。帷幕灌漿孔口段埋深的增大可使淺表段蓋板混凝土抬動變形發生的風險明顯降低；控制并降低淺表層注漿壓力和水壓力，延長淺表段待凝時間，并提升漿液凝結強度，可進一步避免深孔段灌漿施工擊穿淺層傾角裂隙而引發的蓋板混凝土抬動。