大壩基礎(chǔ)灌漿常見問題及處理

曹蓓蓓,洪金領(lǐng)

(中國水電建設集團國際工程有限公司,北京 100048)

在大壩基礎(chǔ)灌漿施工過程中,往往會遇到種種問題,筆者根據(jù)實際工作經(jīng)驗,總結(jié)大量工程經(jīng)驗教訓,對這些問題進行歸納,并分析其原因,給出處理措施,供相關(guān)人員參考.

1 基礎(chǔ)灌漿常見問題及其處理

1.1 鉆孔時卡鉆

在鉆灌漿孔時,時有發(fā)生卡鉆現(xiàn)象,總結(jié)原因為:①地基條件不好,巖石破碎,孔壁不穩(wěn)固,在鉆孔施工中有很多碎渣落下,造成卡鉆;②豎向節(jié)理、裂隙發(fā)育以及滲漏情況嚴重;③鉆孔穿越有鋼筋的混凝土部位;④鉆孔孔徑過小或不均勻等.針對這些情況,應采取相應的措施,如自上而下分段鉆孔,分段灌漿;避免穿越有鋼筋的混凝土;加大鉆孔孔徑等.

1.2 鉆孔偏斜太大

鉆孔偏斜太大主要是由于鉆具固定和施工監(jiān)控不利所致,故應作好施工準備并應加強施工過程中各個環(huán)節(jié)的監(jiān)控.特別是帷幕灌漿的深孔尤應注意,如果鉆孔下部偏斜過大,漿液的有效擴散范圍未能相互搭接,則會形成漏水通道,造成嚴重后果,最好的處理辦法是對每個孔都能自上而下的分段測定孔斜,隨時發(fā)現(xiàn)問題,隨時糾正.

1.3 地表冒漿

地表冒漿主要是針對固結(jié)灌漿而言的,往往是由于巖石比較破碎,灌漿孔段與地表有垂直向的連通裂隙,在灌漿壓力較大且灌漿段位置較淺時發(fā)生.對冒漿的處理必須耐心、細致,有時可能要反復多次處理才能解決.主要的處理方法如下:

(1)表面堵蓋處理.①從裂隙冒漿處,可用舊棉花、麻刀 (碎麻)、棉線、水泥紙袋等物緊密地打嵌入縫隙內(nèi),必要時,在其上面再涂抹速凝水泥或水泥砂漿等,以堵塞縫隙.②在冒漿處,鑿挖巖石,將漏漿集中于一處,用鐵管引出,先前冒漿的地點用速凝水泥或水泥砂漿封閉,待一定時間后,將鐵管堵住,從而止住冒漿.③冒漿嚴重難以堵塞時,在冒漿部位,澆筑混凝土蓋板,而后再進行灌漿.

(2)施工工藝操作控制.①采用低壓灌漿的方法,降低灌漿壓力,甚至采用自流式灌漿 (即僅靠在孔內(nèi)漿液的自重壓力灌漿).同時使用濃漿,如0.6∶1、0.5∶1的濃漿,必要時可加入適量粗料或(與)促凝劑,待將漏漿出路堵塞處理后,再逐步提高灌漿壓力,將漿液變稀,按正常規(guī)定繼續(xù)進行灌漿.②采用限制進漿量法,除采用低壓、濃漿外,還可限制進漿量,控制單位吸漿量不超過30~40 L/min,或再小一些,待濃漿在裂隙中逐漸沉積,最終將其封堵后,再逐漸提高灌漿壓力.③采用間歇灌漿法.灌注一定量的濃漿后,或當發(fā)現(xiàn)冒漿處出現(xiàn)濃漿時,立即停灌,間歇至少10 min后再行灌漿,如此反復,直至冒漿停止,壓力達到規(guī)定值后,再依照原定規(guī)程正常進行灌漿.

1.4 串漿

在灌漿過程中,漿液從其他鉆孔內(nèi)流出,這種現(xiàn)象稱為串漿.串漿發(fā)生的主要原因是:灌漿孔間的巖石中,裂隙較多,相互串聯(lián),使灌漿孔直接或間接地連通,進而形成了串漿通路.當裂隙發(fā)育,裂縫寬大,灌漿壓力比較高而孔距又較小時,會促使串漿現(xiàn)象加重.

串漿處理時,盡可能不停機,只有當串漿孔很深,而串漿部位距孔口又很近時,為防止串漿孔整孔堵塞而會廢棄時,才考慮停灌該部分,而改灌串漿孔未灌部分.當灌至串漿部位后,即恢復該部分灌漿工作.串漿段與灌漿孔的串通段,也可同時灌漿或用灌漿塞塞住串漿孔串漿部位上方1~2 m處,然后對灌漿孔單獨灌漿 (以后再掃孔).此外,串漿孔與灌漿孔可同時進行灌漿,一臺灌漿泵灌注一個孔.

防止串漿的主要措施有:①加大第一次序孔的間距;②適當延長相鄰兩個次序孔先后施工的間隔時間,待前一次序孔灌注的漿液基本上已經(jīng)凝固后,再開始下一次序孔的鉆灌工作,防止新灌入的漿液將前期已灌入到裂隙中的漿液結(jié)石沖開一條通路,由已灌的或其他鉆孔中串出;③使用自上而下分段灌漿法,也有利于防止串漿.

1.5 繞塞返漿

漿液繞過灌漿塞流到塞子上部的孔內(nèi),即為繞塞返漿.如果在壓力作用下,漿液返至孔口外,就會形成孔口返漿.

(1)繞塞返漿的原因:①在灌漿段與橡膠塞以上的孔段之間有裂隙相通,灌漿時,一部分漿液沿著這類裂隙流到橡膠塞上部的孔段內(nèi).如果采用的是自上而下的灌漿施工法,發(fā)生這種現(xiàn)象則表明這類裂隙沒有灌好,或者是灌后待凝時間太短,裂隙中的水泥結(jié)石還沒有達到一定的強度,又被新灌入的漿液壓開了一條通路.②安設橡膠塞處的孔壁凹凸不均,堵塞不嚴密.③橡膠塞壓脹度不夠,壓塞的不緊密.

(2)繞塞返漿對灌漿的影響.繞塞返漿將給返漿處以上孔段的灌漿效果帶來不利影響,而且橡膠塞易被返漿凝結(jié)住,導致起拔困難.

(3)繞塞返漿的預防和處理:①鉆孔孔徑力求均勻.②橡膠塞應長一些,且組成橡膠塞的每一個橡膠球 (圈)的質(zhì)量要好,并且堅韌、有彈性,其直徑與鉆孔孔徑要相適應.③采用自上而下分段灌漿方法時,上一段灌完漿后,應有足夠的待凝時間.④灌漿前,先用壓力水試驗有無繞塞返水現(xiàn)象,如果發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返水,則可再度壓緊橡膠塞.如多次壓緊橡膠塞均無效時,則應移動橡膠塞的位置,至不再發(fā)生返水時為止.然后再開始灌漿工作.

當灌漿段位置較深時,應加強預防工作.因為有時雖然發(fā)生繞塞返漿現(xiàn)象,但漿液沒有流出孔口,難以發(fā)現(xiàn),造成漿液凝結(jié)住橡膠塞,以致難以起拔.

1.6 設備故障造成灌漿中斷

在灌漿過程中,由于灌漿泵、動力機或漿液攪拌機械等發(fā)生故障 (如球閥座被漿液沖磨出缺口、盤根不嚴漏漿等),常被迫中斷灌漿.此時如檢修簡單,則要盡快予以修理并恢復灌漿,否則更換設備.為了保證設備的良好運用,在購置灌漿泵等設備時,要特別注意其適用性能,看其在規(guī)定的最大壓力下能否長期的連續(xù)運轉(zhuǎn).此外,施工過程中,當每段灌漿完成后,要把泵缸洗干凈,并仔細檢查相關(guān)設備的零部件是否處于完好狀態(tài).

1.7 灌漿塞下不去

當孔內(nèi)有凝結(jié)的封閉物或漿液或掉落的石塊等時,灌漿塞往往會下不去,此時可用高壓水沖除,若沖不掉也可用人工或機械使用矛式鉆頭掃孔.當孔內(nèi)彎曲或有稍許錯動,可用小栓塞下去塞緊灌注.若小栓塞也下不去,或者鉆孔嚴重變形、彎曲或錯動,且事故位置在孔深10 m以上時,則可考慮采用擴孔辦法處理.

1.8 管路阻塞

管路阻塞主要是在灌漿中斷或結(jié)束時,由于灌漿管路沖洗不干凈所致,故應經(jīng)常檢查,定時放漿,特別是灌低壓濃漿時更要掌握好.

1.9 輸漿管破裂或接頭崩脫

由于輸漿管往往在高壓下 (有的30 kg/cm2或更高)長期工作,一般很容易發(fā)生破裂或管子接頭崩脫.這不但會造成停機,還容易傷人,特別是管路來回擺動的時候,灌漿管破裂而噴出的漿液可射入人的眼內(nèi),因此一定要引起注意.具體的處理措施是迅速換管,或割掉破裂部位再行連接.

通常情況下,灌漿施工前,要對灌漿管路進行耐壓試驗,試驗壓力要達到最大灌漿壓力的1.5倍左右.施工中,要經(jīng)常進行檢查,對老舊的管路及時予以更換.

1.10 基巖抬動

造成基巖抬動主要原因是灌漿壓力太大所致,故施工前,最好進行灌漿試驗,確定最大可灌壓力,同時在施工時,控制好灌漿壓力,使其不要失控,進而避免巖體的掀動或破壞.但做壓水試驗時,可允許蓋重有0.1~0.5 mm的抬動,可根據(jù)實際工程情況而定.

1.11 壓力表不靈

灌漿孔沖洗、灌漿時,其壓力大小都需通過安裝在該系統(tǒng)的壓力表反映出來,它對灌漿質(zhì)量有直接影響.壓力表不靈,主要是選用規(guī)格不當造成.壓力表規(guī)格選得太大,則讀數(shù)不精確;太小,則儀表易損壞.實踐證明,壓力表規(guī)格以相當于灌漿使用壓力的1.5倍為宜.此外,要加強檢查、維護,或設保護裝置,防止?jié){液進入壓力表口.

1.12 循環(huán)灌漿塞內(nèi)管伸長部分被堵塞

堵管的發(fā)生主要是由于灌漿時間過長,孔內(nèi)水泥漿流速減慢,產(chǎn)生沉淀凝結(jié)所致.新安江灌漿經(jīng)驗認為:灌漿時間延長10 h以上,即很容易發(fā)生堵管事故.因此縮短段長,減少灌漿時間,將有助于防止堵管事故.如果能對灌漿栓塞結(jié)構(gòu)加以改進,使該射管在灌漿過程中能經(jīng)常轉(zhuǎn)動,則也不易發(fā)生堵管事故.

1.13 在有承壓地下水區(qū)灌漿 (孔口涌水)

在有承壓地下水區(qū)的灌漿施工過程中,有時會有漿液泛出,故在這樣的地區(qū)灌漿應注意采取以下措施:

(1)自上而下分段,使用速凝漿液、濃漿待凝等.

(2)每段灌漿結(jié)束后,在孔內(nèi)注滿水,并用灌漿塞密封,防止?jié){液在凝結(jié)前被地下壓力水頂出,即屏漿、閉漿.

(3)灌漿壓力應比規(guī)定壓力大,其差值應等于承壓水的壓力.

(4)由兩排孔組成的帷幕,應先鉆灌下游排,后鉆灌上游排,對裂隙特別發(fā)育的局部灌區(qū),則可上、下排同時灌.若為3排孔時,先灌下游排,其次灌上游排,最后灌中間排.

1.14 灌漿孔吃漿量太大

灌漿施工過程中,灌漿孔吃漿量太大,這表明:

(1)巖層滲透性特別嚴重,造成吃漿量大,有的稱為巖層大量漏漿.處理的辦法有:①降低灌注壓力,用低壓甚至用自流式灌漿,待裂隙逐漸充滿漿液,降低流動性后,再逐漸升高壓力;②限制進漿量在30~40 L/min以內(nèi),并用濃漿灌注,待進漿量明顯減少后,將壓力升高,使進漿量再次達到30~40 L/min,繼續(xù)灌注,待進漿量又明顯減少時,再次提升壓力,直至達到灌漿結(jié)束標準時止;③使用濃漿或摻加砂料的濃漿低壓灌注;④若長時間內(nèi)巖層一直大量吃漿,且壓力也提升不上去,則可用間歇灌漿法.

(2)可能有地下溶洞或較大的滲漏通道,比如存在滲透流速超過600 m/24 h的大裂隙等.對這種情況應停機,由地質(zhì)工程技術(shù)人員重新進行地質(zhì)勘察判斷,并會同設計人員提出解決辦法.如先回填混凝土后灌漿等.

1.15 灌漿孔不吃漿

有時會發(fā)現(xiàn)灌漿孔不吃漿或吃漿量太小,這可能是漿液濃度不合適,也可能是裂隙甚是細小,如小于0.1 mm.對前者應采取充分洗孔、高壓水洗孔及調(diào)整漿液濃度等措施;對后者可考慮采取使用磨細水泥或改用化學灌漿.日本電力開發(fā)公司發(fā)明了一種磨細水泥攪拌工藝 (濕磨水泥灌漿),即漿體經(jīng)攪拌后送入長圓筒形磨機,磨機內(nèi)裝有高速旋轉(zhuǎn)的圓盤和鋼珠,濕磨后的水泥漿體再送入第二次攪拌機待用.根據(jù)試驗,濕磨2 min,小于5 μm的粒徑占70%;10 min后,則可達95%,靜置3 h,析水量僅5%(W/C=4:1),這種工藝與使用工廠生產(chǎn)的磨細水泥相比,不但穩(wěn)定性好,而且成本也低.對砂層或沖擊層灌漿也適用.

1.16 回漿變濃

當遇到回漿變濃情況時,宜換用相同水灰比的新漿進行灌注,若效果不明顯,延續(xù)灌注30 min,即可停止灌注.采用加水 "改稀"的辦法,實踐證明往往效果不好.

2 關(guān)于恢復灌漿問題

一般來講,不管什么原因造成了灌漿中斷,都會對灌漿質(zhì)量帶來或大或小的影響.如果中斷時間短 (如30 min以內(nèi)),而且復灌后的吸漿量與中斷前相近似,那么灌漿質(zhì)量不會受大的影響.如果中斷時間較長 (如30 min以上),而且復灌后的吸漿量與中斷前相比大幅下降,甚至不再吸漿,那么灌漿質(zhì)量就會受到較嚴重的影響.對應的復灌處理措施是:

(1)中斷時間短.中斷后,估計極短時間內(nèi)能夠復灌,中斷前灌的又是稀漿,中斷時單位吸漿量也很大,視施工具體情況,可以不進行凈孔沖洗,排除故障后即可復灌,且可采用中斷前的水灰比.

(2)中斷時間長.中斷后,根據(jù)中斷原因和具體情況,估計短時內(nèi)難以復灌時,應 立即沖洗鉆孔.如果不能立即沖洗鉆孔,而中斷前灌的又是濃漿,則應上提射漿管,以免因為漿液沉淀被埋住.待具備沖洗條件時,再進行強力沖洗,而且越早越好.復灌時,可從最大的水灰比開始.

3 結(jié) 語

筆者對實際工作中遇到關(guān)于的基礎(chǔ)灌漿的問題進行了闡述,介紹了實際處理經(jīng)驗.隨著灌漿技術(shù)的不斷發(fā)展 (如由瑞典灌漿專家G.Lombardi等人提出的GIN-Grouting Intensity Number技術(shù))以及灌漿機械的不斷更新,大壩基礎(chǔ)灌漿施工過程中出現(xiàn)的問題也會有變化.在實際的工程實踐中,應首先確定現(xiàn)場的地質(zhì)條件,再根據(jù)實際情況選擇合適的基礎(chǔ)灌漿方法,只有正確的選擇基礎(chǔ)灌漿技術(shù),并且在遇到灌漿中出現(xiàn)的問題時采用正確的處理方法,才能保證水利工程建設的施工質(zhì)量.

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