水庫大壩基礎固結灌漿補強加固施工技術

黎炎春

摘要：在水庫大壩基礎建設過程中，通過固結灌漿補強加固施工技術，能在一定程度上提升水庫大壩結構的穩定性，不僅能提升抗壓強度，還能提升其彈性模量，降低水庫大壩發生滲水的概率，且整個施工過程成本較低、過程比較便捷。本文在分析固結灌漿補強加固施工技術基本原理的基礎上，結合具體案例詳細介紹了相關技術的施工工藝過程，對提升水庫大壩基礎的可靠性，促進固結灌漿補強加固施工技術的應用范圍具有重要的實踐意義。

關鍵詞：水庫大壩固結灌漿補強加固基礎施工

本文對某水庫除險加固工程進行詳細分析，水庫中安裝有混流式水輪發電機組，每個機組的容量為260 MW，共安裝了4臺發電機組。根據設計要求，水庫正常的蓄水位需達到745 m。水庫大壩采用碾壓混凝土重力壩形式，整個壩體高度和壩頂高程分別為200.5 m和750.5 m，對大壩基礎實施固結灌漿施工時的最低高程設置為550 m。經過前期對水庫大壩基礎的地質勘查發現，基礎所在區域范圍內的地層主要包括T1yn1-1、T1yn1-2、T1yn1-3等，屬于中等堅硬的巖體和堅硬的巖體，巖體整體上比較完整，并且力學性能比較好。但是存在一個F1斷層，存在裂隙發育、泥化夾層等問題，會在很大程度上影響水庫大壩基礎的穩定性，威脅大壩長時間地安全可靠運行。

1 固結灌漿補強基本原理與優勢

1.1 固結灌漿補強原理

在對水庫大壩進行修建過程中，可能會使用爆破技術對土方進行處理，會對水庫大壩基礎的穩定性產生一定影響[1]，此外，在修建大壩時如果遇到地質比較松軟的區域，也會對水庫大壩的穩定性產生不良影響，對以上問題需要采用一定的技術手段對基礎進行加固處理[1]，以保障水庫大壩的抗變形能力和抗滲水性能。目前固結灌漿補強技術的應用比較多，所謂固結灌漿指的是將特殊配置的具有一定膠凝性和流動性的漿液，通過鉆孔并施加壓力的方式將其注入巖體內部，通過漿液凝結以提升巖體的強度和彈性模量的技術方式。通過上述技術措施，不僅能提升巖體強度，還能改善巖體致密度，從而提升巖體的抗滲性和整體性。其中，在實踐工程中應用的漿液主要就是指水泥漿液。

本水庫除險加固工程在開展固結灌漿補強加固施工技術時，需要在F1斷層附近加大鉆孔密度，以提升斷層區域巖體的整體性和穩定性。本水庫整體上呈現出梅花形布置，鉆孔之間的排距和間距均設置為300 cm，鉆孔時確保垂直巖體向下推進，鉆入的深度控制在25 m左右。

1.2 固結灌漿補強技術優點

目前固結灌漿補強技術中使用較多的是水泥漿液，通過將水泥漿液注入到巖體內部然后凝結，能提升整個巖體的整體性，進而保障巖體的均勻性和強度。水庫大壩由于長時間受到水的浸潤，特別容易出現不均勻沉降、大壩滲水，甚至巖石變形等問題，通過對大壩基礎進行補強，則可以顯著改善上述問題。

為了在最大限度上發揮固結灌漿補強技術的優勢，針對不同類型的水庫大壩基礎，需要采取不同類型的施工技術方案。比如混凝土重力壩，通常需要對整個水壩基礎實施固結灌漿技術。對混凝土拱壩或者重力拱壩，需要重點對承受較大作用力的壩肩拱座巖體部位實施固結灌漿技術[2]。當需要在土石壩防滲體底部位置進行混凝土墊層施工時，對墊層下部區域的巖體同樣需要開展固結灌漿施工技術，以提升巖體的穩定性。工程應用中為了確保固結灌漿技術的施工質量，通常需要在待加固的巖體表面澆注一定厚度的混凝土或者蓋板，再開始注漿。

如果水庫大壩基礎的巖石地質條件非常復雜，通常需要在現場開展相關試驗工作。通過現場試驗確定最優的注漿工藝參數，包括鉆孔的布置形式、孔的深度、孔之間的排距和間距、灌漿順序和壓力等。常見的鉆孔布置形式有六角形、方格形、梅花形等，鉆孔之間的排距和間距通常控制在3 ～ 6 m，鉆孔注漿時應逐漸增加鉆孔密度[2]。

2固結灌漿技術施工措施

2.1 分段施工

分段灌漿的施工方法是一種由上到下的灌漿技術，這種技術經常被應用在水電工程的施工中。分段灌漿施工的主要特點就是可以很好地達到想要的深度，并且也能達到合適的條件，一般在灌漿即將結束的時候就可以進行下個施工階段。

2.2 止漿塞灌漿

利用這種方式來開展從下到上的灌漿操作，可以在開始之前進行一次性的成型工作，同時還要將設計深度作為主要的依據來施工，根據水壓試驗的結構來從頂的底部開始向上灌漿，采用止漿塞來實現對灌漿的控制和分段。

2.3 分期灌漿

灌漿的位置是從巖石的頂部開始，采用低壓灌漿的方式一直到最上面的灌漿可以達到預計好的強度才結束。當固結灌漿進入到第二階段的鉆孔工作之后，需要從巖層的頂部出發來利用高壓的技術進行灌漿。最后是依據鉆孔的深度再進行第三次的鉆孔與灌漿，一直到達到要求為止。

3 固結灌漿補強加固施工技術應用

以下主要結合某水庫除險加固工程，從機械設備準備、施工工藝過程控制方面進行詳細介紹。

3.1 機械設備準備

進行鉆孔灌漿時需要用到的重要設備主要是灌漿機，還需要配套使用壓力表、灌漿塞、輸漿管以及拌漿筒等設備或工具。灌漿機根據其工作原理可以劃分成為液壓式、活塞式和氣壓式3種類型。由于灌漿機的運行狀態和穩定性會對灌漿質量產生決定性的影響，因此在正式使用灌漿機前，需要對其運行狀態進行仔細檢測，對各個零部件進行維護保養，以提升其運行的穩定性，確保設備在良好的狀態下進行灌漿工作[3]。

3.2 施工工藝過程

本工程案例中基于預埋管法開展固結灌漿施工工藝技術，整體上可以劃分成為兩大步驟，分別為鉆孔和灌漿。以下對施工中涉及的關鍵環節進行詳細介紹。

（1）鉆孔。利用專業鉆孔設備配合使用直徑為40 mm的合金鉆頭開展鉆孔工作。鉆孔過程中需要利用風管將孔底的巖屑、土屑等及時吹出，確保孔內沒有碎屑、保持干凈，直到鉆進到設計深度為止。完成鉆孔工作后還需對其進行保護，防止出現孔壁坍塌、異物落入等問題[4]。

（2）注漿管預埋。將直徑和長度分別為1 in和5 m的鐵質耐壓管預埋在注漿孔上部區域，高出孔口20 cm左右。在距離基面4 m左右的位置通過橡膠封隔片對孔進行封堵，并在孔與管壁中間的間隙填充高標號砂漿進行封堵，使孔口附近形成密閉的空間結構。此舉的作用是防止灌漿過程中出現冒漿的問題。

（3）洗孔。利用高壓清水對孔進行徹底清洗，可以將孔內存在的碎屑以及縫隙中存在的風化泥質充填物等都沖出孔外，為水泥漿液更好地充填到各個巖體縫隙中提供更好的便利，從而強化固結灌漿補強技術的效果。通常情況下，洗孔時的水壓控制在灌漿壓力的80%為宜，以回水較為干凈為宜。

（4）壓力灌漿。灌漿過程中應遵循逐漸加密的基本原則，先在水壩基礎的四周進行灌漿，逐漸向中間孔位靠近[3]。本工程案例中基于一次全孔灌漿法進行壓力灌漿，過程中需將注漿管深入到距離孔低20 cm左右的位置。啟動注漿泵向孔內輸入水泥漿液，隨著注漿過程的進行，注漿管逐漸向上移動。灌漿時會設置有一定的壓力，確保漿液能夠深入地滲入到孔壁裂隙中，并將縫隙中存在的水分擠走。待水泥漿液固結后可以確?？妆谥車膸r體形成一個整體，提升其強度和防滲性能。

（5）封孔和孔位處理。灌漿完成后，水泥漿液凝固時會有收縮現象，導致孔頂部位置形成孔洞，需要將孔洞內的積水進行處理，并用高標號砂漿對孔洞進行封填，將孔口管鑿平后使用高標號砂漿進行抹平處理。

（6）灌漿記錄。固結灌漿補強施工工藝過程中，需安排專門人員對整個工藝過程，特別是鉆孔、清孔和灌漿過程進行準確記錄，尤其是出現異常情況時更應該如實、及時記錄。壓水和灌漿時使用的儀器設備會對相關數據進行自動記錄監控，此外還要通過人工方式進行記錄，并將兩者進行對比。如果數據方面出現了明顯的偏差，需要及時找到原因。本工程案例中使用的灌漿儀器設備為JLY-Ⅳ，可以自動對水泥漿液的注入率、水灰比以及灌漿壓力等參數進行記錄。

（7）抬動觀測。灌漿時為了避免混凝土被抬裂，需要沿著灌漿方向均勻設置觀測孔，并且通過千分表對抬動情況進行觀測。利用φ15 mm的鋼筋將千分表測桿固定在套管上，并對外管和錨固頭進行密封處理，防止水泥漿液滲入到內部對千分表造成損壞。本工程案例中，在對鉆孔進行沖洗并灌漿時，均對抬動情況進行觀測記錄。根據工程設計規范要求，最大抬動值不得超過200 μm。具體實施過程中，抬動值都達到了設計規范要求。

4 常見問題處理及施工質量檢測

4.1 常見問題處理

水泥漿液灌注過程中，如果出現了外漏或者冒漿等問題，可以采用表面封堵、降低灌漿壓力以及嵌縫等方式實施處理。如果出現了串漿現象，即兩個孔的漿液串通到一起時，如果兩孔均具備灌漿條件，則可以采用“一泵一孔”的方式對兩孔同時進行灌注。如果串通孔無法開展灌漿工作，可以利用栓塞對串通孔進行堵塞，待正常灌漿的孔完成灌漿工作以后，重新對串通孔進行清孔、灌漿工作。灌漿過程中盡量保持連續性，如果確實因不可抗力因素需要中斷灌漿時，盡量將灌漿中段時間壓縮到半小時以內，如果時間超過半小時，則需要進行清孔后重新鉆孔灌漿。因灌漿中斷再次進行灌漿時，如果出現吸漿量減小甚至不吸漿時，則需要重新鉆孔灌漿。如果遇到涌水孔時，首先要對涌水量及其壓力進行準確檢測，針對涌水段進行單獨灌漿，根據實際情況適當增加灌漿壓力，完成灌漿工作后還需要繼續施加壓力1 h，特殊情況下還可以在水泥漿液中添加一定的速凝劑[5]。

4.2 施工質量檢測

固結灌漿工作完成后的3～7 d左右，可以對固結灌漿施工質量進行檢查，檢查時主要基于孔壓水試驗結果，并配合灌漿過程中的記錄數據進行綜合分析。質量檢查時需要對3種類型的灌漿情況進行檢查：第一，水泥漿液注入量相對較大的部位;第二，灌漿過程中數據方面出現了異常情況的部位;第三，大孔隙、斷層、巖石破碎等地質情況相對較為復雜的部位。開展質量檢查工作時，試水壓力設置在1 MPa，要求基巖的透水率Q ≤ 3 Lu。本工程案例中對5%的鉆孔灌漿情況進行質量檢查，經過檢查合格率超過了85%。經過分析發現，檢查不合格的部位基巖的透水率Q未超過4.5 Lu，并且不合格的灌漿孔位比較分散，并沒有集中。基于此，通過施工質量檢查，認為本次固結灌漿補強加固施工質量是否達標的，能夠滿足基本工作需要。

5 固結灌漿施工技術的質量保障措施

5.1 灌漿施工準備

固結灌漿施工首先需要對施工現場的狀況進行仔細的勘察，根據地質特點選擇合適的技術手段，這樣才能夠保證后續施工的順利進行。其次，還應該根據工程項目的實際狀況，設置合理的施工方案，確保工作人員都能夠嚴格按照施工方案的內容完成灌漿作業，根據具體的狀況，一旦發現施工方案不完善的情況，一定要及時糾正，充分發揮施工方案的指導價值，提高水利工程建設質量[6]。

5.2 漿液水灰比控制

進行固結灌漿時，水灰比例會對整個灌漿質量產生極大的影響，需要保證注入量超過300L，而且時間超過1h，如果注入率和灌漿壓力仍然沒有明顯的變化，就需要適當增加水灰比的濃度，如果注入率過快，而且每分鐘超過30L，那么就需要根據施工的具體要求，來適當調整灌漿的比例。在灌漿過程中一旦出現停止的現象，必須及時找到出現這種現象的原因，并且選擇恰當的處理方式，在最短的時間內恢復灌漿，如果停止的時間過長，必須對鉆孔進行徹底的清理以后，才能夠開展后續的灌漿工作[7]。

5.3 優先使用長鉆具

針對地質較厚而且巖土層比較松軟的地區，一旦出現鉆孔傾斜的狀況，工作人員需要立即更換鉆具，減少鉆具的直徑，而且適當增加鉆具的長度。如果鉆具的直徑小較大，使用這樣的鉆具很有可能會導致鉆孔過程中出現鉆孔方向傾斜的現象，工作人員需要將巖心管控制在1.5m左右，當鉆進的長度到達3m時，立即檢查是否出現傾斜的狀況，一旦檢查結果表明傾斜有所緩解，那么可以考慮換回原來的鉆具，如果傾斜問題仍然比較嚴重，那么就需要再次更換鉆具，使用長鉆具對修正區域進行掃孔處理，然后再根據具體的傾斜狀況進行相應的調整，防止出現質量問題，影響到施工的順利進行。

6 結語

水庫大壩基礎的穩定性會對水庫運行的安全性產生決定性的影響，因此必須確保水壩基礎的施工質量。利用固結灌漿補強施工技術對水壩基礎進行強化處理，可以在很大程度上提升基礎的強度及其防滲水性能。開展固結灌漿補強工藝技術時，需要充分分析施工現場的實際情況，必要情況下開展現場試驗工作，對工藝參數進行嚴格控制，包括鉆孔深度、灌漿壓力等，只有這樣，才能夠在最大限度上發揮過節灌漿補強施工技術的優勢，提升水庫大壩基礎的穩定性。本文結合具體案例總結固結灌漿補強施工技術經驗，對提升施工質量具有一定的現實意義。

參考文獻

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