水庫瀝青混凝土心墻基礎固結灌漿施工探討

劉奕辰

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

水庫瀝青混凝土心墻基底防滲加固施工，首先需要進行固結灌漿，通過向鉆孔注入高等級標準漿液，閉合基底巖體縫隙，形成整體性良好的完整基座結構，否則在帷幕灌漿時可能會因整體性差而出現拉裂問題，繼而影響工程質量。固結灌漿施工完成并經質量驗收合格后，再進行帷幕灌漿，將漿液注入基底裂隙及孔隙中形成阻水帷幕，達到加固基礎，提高防滲效果的目的。

1 工程概況

水庫位于我國西北某高寒山區，工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型水庫，主體工程大壩為2級建筑物，其他主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。工程擋泄水建筑物上下游校核洪水位以下部位屬淡水水位變化區，建筑物所處的侵蝕環境類別為三類，校核洪水位以上部位屬露天環境，建筑物所處的侵蝕環境類別為二類。擋水大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，基座以下為河床砂礫卵石。地勘資料表明，水庫大壩所在河床段砂礫石層厚度在2.8～5 m，河床砂卵礫石室內試驗測定臨界水力坡度為0.28～0.30；滲透系數4.19×10-2～6.61×10-2cm/s，屬強透水層。因此，對瀝青混凝土心墻基礎進行固結灌漿處理是必要的。

2 固結灌漿總體施工流程

對瀝青混凝土心墻基底開展固結灌漿施工，固結灌漿時首先測量放點，根據施工設計找準固結灌漿鉆孔的位置，將鉆機對準一次性鉆進，再將配置好的高強度漿液通過灌漿泵灌注到鉆孔中，完成固結灌漿。固結灌漿總體施工方案見圖1。

圖1 固結灌漿施工流程示意圖

3 固結灌漿施工工藝

3.1 鉆孔

該水庫固結灌漿孔按3排梅花形布置，排距1.5 m，孔距3.0 m，孔深約5 m。固結灌漿施工的鉆孔設備主要為沖擊鉆機，對于地質較硬的部位采用XY-50型回轉鉆機，鉆頭為金剛石鉆頭，嚴格按照固結灌漿孔設計尺寸進行鉆孔，孔徑91 mm，誤差控制在±5 mm以內。此外，還要保持角度，角度誤差控制在±5°以內。

鉆孔開始前，先根據設計圖紙放樣測點，確定鉆孔位置，并做好標記，之后將鉆機對準孔位，孔位誤差控制在±5 cm。通過水平尺找平，沒有位置偏差后，全孔一次鉆進，達到進尺后檢查鉆孔尺寸，如果與設計尺寸偏離較大，則應當將鉆孔填平封堵后重新鉆孔

3.2 清孔

鉆孔結束后先檢查是否有質量缺陷及尺寸偏差，并加以處理，沒有問題后進行洗孔處理。清孔應注意以下事項：①沖洗孔壁，采用風管、水管聯合沖洗孔壁，也可以用導管向孔底注入大流量清水，由孔底朝著孔外沖洗，之后再通過80%灌漿壓力且低于1 MPa的水壓沖洗裂隙。②清孔沖洗時間一般設置為20 min，但如果回水仍然渾濁還應繼續沖洗，直到回水干凈為止。③如果鉆孔臨近有灌漿后不足24 h時或正在灌漿的孔，則暫時不做清孔沖洗。④沖洗完成后需取總孔數至少5%的灌漿孔進行壓水試驗，試驗結果合格才能進行灌漿。⑤沖洗完后應立即灌漿，若24 h內未能進行灌漿，則在灌漿開始前應再次進行沖洗清孔。

3.3 制漿

根據固結灌漿要求，水泥材料應采用強度不低于C32.5級的硅酸鹽水泥，為保證固結效果，配置灌漿的水泥、外加劑、砂子等材料以及制備流程都要復核規范、規程要求，并經過灌漿試驗確定配合比，確保所配置的漿液達到施工要求。

3.3.1 灌漿材料要求

（1）水泥：灌漿使用的水泥必須是同一品種、同樣的高強度等級，所有水泥材料不能低于C32.5級，尤其是同一個灌漿孔不能使用不同廠家的水泥。因此在采購的水泥到貨后，需要按照種類、強度等級、廠家等分別存放，在使用前需要放置在倉庫中，避免因保存不當導致變質。與此同時，還要檢查出廠日期，袋裝水泥不能在3個月以上，快硬水泥不能在1個月以上。

（2）水：符合施工水質要求的清水即可，但一般情況下水溫不能超過40 ℃。如果是接縫或接觸灌漿，那么水溫則要控制在20 ℃以內。

（3）摻合料、外加劑：除水泥、水之外，漿液中還要加入各類摻合料及外加劑，主要有砂石、粉煤灰、水玻璃、速凝劑、減水劑等。具體的加入劑量配比需要通過試驗確定，對于可溶水的外加劑，在使用時一定要按照水溶狀態進行拌合。

3.3.2 拌和制漿要求

試驗確定，該水庫固結灌漿水灰比采用0.5∶1，選擇純水、C32.5級的硅酸鹽水泥以及各類摻合料、外加劑等進行拌合，且應滿足下列要求：①拌和時嚴格按照設計比例加入各材料，誤差控制在5%以內，固態材料采用稱重方式計量。②針對送漿流速應控制在1.4～2.0 m/s的要求，配置漿液時周圍環境溫度要人為加以控制，如果過冷就要防寒，過熱就要防曬及降溫。漿液溫度要控制在5～40 ℃范圍，如果超過或低于這個溫度范圍則不能使用。③拌和時必須充分攪拌，如采用普通攪拌機則至少需攪拌3 min，如采用高速攪拌機則不能低于30 s。本工程采用攪高速攪拌設備，型號為ZJ-400型高速制漿機，轉速可超過1 200 r/min，攪拌時間為30 s。④漿液在使用之前應質檢過篩，為避免漿液凝固，從開始配置到全部用完必須控制在4 h以內，超過則需要重新配置。因此，在施工之前，需要協調好交通，選擇交通不擁堵的時間段和路線，在配置完成并過篩合格后，立即送到固結灌漿施工現場。此外，正式施工前，還要關注天氣情況，盡可能選擇沒有雨雪的天氣進行施工。

3.4 灌漿

該水庫固結灌漿采用SGB6-10型高壓泵進行灌漿，各灌漿孔均采用全孔一次灌漿法，進漿管到孔底距離要控制在0.5 m以內。灌漿施工除采用高壓灌漿泵以外，還采用JJB-2B攪拌槽，邊攪拌邊灌漿，同時采用GJY-IV型灌漿記錄儀，關注灌漿情況，根據具體部位及孔深波動調節相關參數，將灌注壓力始終保持0.3～0.5 MPa范圍。灌注的漿液要從稀到濃，水灰比從稀到濃依次采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1。在灌注時從最稀的漿液開始，如果注入量達300 L，或是持續灌注30 min，但灌注壓力或注入率沒有發生變化，則轉換為濃一級的漿液進行灌注。如果注入率超過30 L/min，則可視情況越級轉換更濃一級的漿液進行灌注。

3.5 封孔

在規定的灌注壓力下，如果注入率已不足1 L/min，持續灌注30 min后結束灌注。如果始終未達到這一標準，需要將異常情況及時向工程師反映，找到成因并及時處理。停止灌注后，通過機械壓漿封孔或者是壓力灌漿封孔的辦法進行封孔處理。

3.6 質量檢查

封孔后進行質量檢查，一般結合外觀檢查和取樣試驗來綜合判斷固結灌漿是否合格，試驗方法主要有鉆孔取芯、鉆孔壓水試驗為主，液體波速和靜彈性模量等測量為輔，確保得到更加全面的質量檢查結果。鉆孔壓水、巖體波速及靜彈性模量檢查不能在封孔后立即進行，應在封孔后的3～7 d以及封孔后的2周分別進行。抽取固結灌漿孔總數的5%進行檢查，抽檢孔的合格率要求超過85%，否則必須返工。本工程抽檢孔合格率達到98%，滿足質量檢查要求，可以進行后續帷幕灌漿施工。

4 固結灌漿施工質量控制

固結灌漿施工可能出現冒漿、串漿等質量缺陷問題，為保證施工質量，可以從以下幾個方面入手加強質量控制。

（1）灌漿施工中如出現冒漿問題，應視具體情況分別采取以下辦法進行處理：①如果冒漿并不嚴重，則無需特殊處理，應加強觀測并繼續灌漿。②如果冒漿情況比較嚴重，可以降低灌注壓力、減少灌輸劑量、換為濃度高一級的漿液，或是間歇一段時間再灌注。③情況尤其嚴重者，可對冒漿嚴重的地方進行封堵后，重新灌注。

（2）灌注過程中也可能會遇到串漿問題，對于此類問題首先要暫停施工，盡快查明串漿部位和串通量，確定具體的串漿孔后，采取2個串漿孔同時灌漿的方法進行施工。如果灌漿設備不足，則應堵住1個串通孔，等到灌注完成1個孔后，再將堵住的串通孔鉆進疏通、灌漿。需要注意，灌漿時最多只能同時灌注2個孔，避免整體向上抬動問題發生。

（3）對于注漿量大、灌漿遲遲不見結束征兆的灌漿孔，可采用下列辦法：①降低灌注壓力，換位更濃的漿液、間歇待凝，仍未見效的話可加入一定的速凝劑。②停止漿液灌注，待凝24 h后，重新進行掃孔以及補灌等工作。③如果出現這種質量缺陷的孔段比較多，或是某個區域反復出現這種質量問題，則要對漿液進行送檢，結合實際情況調整漿液配比。

（4）在灌漿施工中，定期觀察回漿情況，如果回漿失水越來越濃，則可以采取以下辦法：①適當調大灌注壓力。②更換相同水灰比的新配置漿液進行重新灌注。③如果上述辦法沒有顯著效果，則可換為水泥膨潤土或者化學漿液進行灌注。

（5）對于出現涌水的孔位，需要在灌漿施工前對涌水情況進行評估，了解涌水壓力以及涌水量，再按照以下辦法進行處理：①適當增加灌注壓力，采用“灌注設計壓力+涌水壓力”確定施工灌注壓力。②在灌漿結束后需要對存在涌水問題的孔位進行屏漿處理，至少持續屏漿60 min。③停止灌漿，孔中注滿漿液之后，封閉待凝一段時間再進行下一步施工。④通過以上辦法仍沒有顯著改善，應當先擱置該孔位，聯系工程師進行處理。

（6）在鉆孔時如果穿過斷裂構造發育帶，導致塌孔、掉塊等問題，或者出現嚴重滲漏時停止鉆孔，聯系工程師調整鉆孔位置、深度等方案后再進行施工。

（7）灌注施工原則上不應當間斷，但在施工過程中也可能因為一些特殊情況不得不暫停施工，暫停施工后需按照以下辦法加以處理：①盡可能縮短間隔時間，如果不能在24 h內恢復注漿，就需要重新鉆孔、洗孔再恢復注漿。②如果在24 h以內恢復灌漿，則按照更高一級濃度水灰比的漿液灌注施工，如果注入率達到灌前水平，則可換為中斷時所用濃度的漿液進行灌注。如果注入率仍然比中斷時低很多，則應當降低漿液濃度進行灌注。如果注入率始終上不去，而且和中斷時相差非常大，則應暫停該孔灌注，并聯系工程師共同探查原因并進行處理。

5 結束語

綜上，為滿足水庫的整體防滲要求，對于水庫瀝青混凝土心墻基底需要進行加固防滲處理，主要辦法是固結灌漿與帷幕灌漿，其中固結灌漿是防滲加固的關鍵環節，也是施工的第一步。因此，通過鉆孔注入高質量漿液，使巖體縫隙閉合，增強基礎的整體性，為實施后續帷幕灌漿，滿足整體防滲要求奠定基礎。本工程瀝青混凝土心墻基礎固結灌漿施工按照上述施工方法，在規定工期內完成施工，抽檢其中5%的孔位，合格率達到98%，滿足合格率超過85%的質檢要求，并對個別不合格灌漿孔位及時加以處理，處理后滿足合格標準，可進行后續帷幕灌漿施工，施工效果理想，可供同類工程參考借鑒。