向家壩水電站厚蓋重固結(jié)灌漿施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量保證措施的探討

王占先劉永昶丁時(shí)偉

（中國水利水電第四工程局有限公司　青?！∥鲗帯?10007）

向家壩水電站厚蓋重固結(jié)灌漿施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量保證措施的探討

王占先劉永昶丁時(shí)偉

（中國水利水電第四工程局有限公司青海西寧810007）

向家壩二期Ⅱ標(biāo)段厚蓋重固結(jié)灌漿，主要集中在齒槽部位及升船機(jī)壩段固結(jié)灌漿，共分為九個(gè)壩段，即左廠①～左廠⑧以及升船機(jī)壩段。在高程EL.240m進(jìn)行施工，平均混凝土深度為33.4m，最深混凝土深度為：37.6m，固結(jié)灌漿最深孔深為67.6m。為了加強(qiáng)厚蓋重固結(jié)灌漿施工中的質(zhì)量控制，在認(rèn)真分析了一期固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上，從測(cè)量放點(diǎn)、鉆孔、段長(zhǎng)、開灌水灰比、漿比、壓力、抬動(dòng)等重要環(huán)節(jié)制定了詳細(xì)的控制措施。通過以下施工質(zhì)量控制措施的實(shí)行，自檢及第三方檢測(cè)均合格，優(yōu)良率達(dá)到100%。證明了向家壩二期Ⅱ標(biāo)段厚蓋重固結(jié)灌漿的質(zhì)量控制措施行之有效。

厚蓋重；固結(jié)灌漿；質(zhì)量控制；向家壩工程

1　概述

向家壩二期Ⅱ標(biāo)段厚蓋重固結(jié)灌漿，共分為九個(gè)壩段，左廠①～左廠⑧以及升船機(jī)壩段。左廠①～左廠⑧壩段分布的地層是T32-4～T32-6-2，主要為中厚至巨厚層砂巖，巖石微風(fēng)化或新鮮。區(qū)內(nèi)斷層少，巖體較完整至完整。孔壁波速多在3000～4000m/s之間，RQD值50～70%。除斷層、夾層及影響帶外，一般巖體質(zhì)量為Ⅲ1～Ⅲ2類；升船機(jī)壩段地層為T32-6-1和T32-6-2，主要為中厚至巨厚層砂巖，巖石一般呈微風(fēng)化，局部存在中至強(qiáng)風(fēng)化巖體。由于區(qū)內(nèi)小斷層比較發(fā)育，斷層交匯帶部位巖體完整性差，大部分巖體較完整。巖體質(zhì)量以Ⅲ1類為主，存在Ⅲ2類和斷層交匯帶的Ⅳ類巖體。

2　厚蓋重固結(jié)灌漿施工環(huán)節(jié)質(zhì)量保證措施

2.1測(cè)量放點(diǎn)控制

為保證本標(biāo)段所有固結(jié)灌漿孔位測(cè)放的精準(zhǔn)度，所有的灌漿孔位由測(cè)量隊(duì)統(tǒng)一測(cè)放。對(duì)所需的標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)正確測(cè)設(shè)，在同一平面上引測(cè)高程點(diǎn)不得小于3個(gè)，并作相互校核，校核后3點(diǎn)的誤差不得大于3mm。取平均值作為該平面的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)不得小于施工孔位的10%且分布均勻，放至主要控制區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)上。

2.2鉆孔控制

2.2.1鉆孔器具選用

鉆孔中，規(guī)定必須采用金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭，嚴(yán)禁使用碾砂鉆頭。其目的就是盡量防止鉆孔巖粉或鉆孔碾磨料、碎屑堵塞裂隙通道！鉆孔巖粉堵塞通道的負(fù)面作用是相當(dāng)大的。例如，有的地層在剛開鉆時(shí)鉆孔是不返水的，但隨著鉆孔的逐步進(jìn)行，原來不返水的孔出現(xiàn)了返水。因此，就巖粉到底有多大的堵塞作用，進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，結(jié)果耗水量為0。這個(gè)例子，能證明我們選用了自上而下分段灌漿工藝的合理性。

鉆頭直徑與鉆桿應(yīng)相互匹配。鉆桿剛度大，鉆桿與孔壁的間隙小，鉆桿不容易彎曲，鉆孔時(shí)振動(dòng)小，這樣，不僅能提高鉆孔精度，而且還可延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命（如表1）。

2.2.2鉆孔孔徑

表1　鉆頭直徑與鉆桿的匹配

鉆孔孔徑越大，切割裂隙的環(huán)狀通道越大，越利于灌漿；但孔徑大時(shí)鉆孔工效低，鉆頭成本也高。經(jīng)多次試驗(yàn)證明φ56mm的鉆頭最優(yōu)越，因此，向家壩厚蓋重固結(jié)灌漿孔孔徑為56mm。

2.2.3鉆孔沖洗的控制

金剛石鉆進(jìn)過程中需控制沖洗液的沖洗量。沖洗量太大，孔內(nèi)無巖粉磨蝕胎體，金剛石顆粒露不出來，鉆進(jìn)效率低；沖洗量太小，嚴(yán)重的造成鉆頭燒毀，輕者造成重復(fù)破碎巖粉，所以必須選擇合適的沖洗量。因此，對(duì)于φ56～φ76mm的鉆孔，其沖洗量宜控制在70～100L/min之間。

2.2.4鉆孔孔深控制

孔深不得小于設(shè)計(jì)規(guī)定深度，段長(zhǎng)誤差不大于20cm，上段的誤差在下段消除，不得累積。

2.2.5鉆孔孔深檢測(cè)方法

（1）校定鉆桿、鉆具長(zhǎng)度：用鋼尺測(cè)量每根鉆桿及鉆具長(zhǎng)度，計(jì)算出總長(zhǎng)再減去地上余尺。

（2）測(cè)繩量測(cè)：測(cè)繩系掛重物宜在500～1000g間，不宜過輕，否則難以判斷孔底位置，太重又會(huì)因測(cè)繩伸長(zhǎng)而失真。

2.3灌漿壓力控制

灌漿壓力應(yīng)盡快達(dá)到灌漿壓力，使用比較高的灌漿壓力，達(dá)到裂隙張開的臨界值（啟縫壓力），使?jié){液具有較高的能量擠入或穿入一些較軟的破碎巖體或較容易張開的縫隙中去，形成結(jié)石，從而提高巖體的承載強(qiáng)度、抗變形能力及抗?jié)B能力。但是向家壩壩基巖石屬于緩傾角的以砂巖為主夾少量泥質(zhì)砂巖的硬軟相間的巖相特征，在褶皺構(gòu)造作用下沿巖性軟弱的夾層形成層間剪切帶——軟弱夾層，巖性巖相又復(fù)雜多變，壩址又處于糖房灣背斜的傾伏段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

在這種不具備使用較高壓力進(jìn)行灌漿的巖體或部位，為了防止灌漿過程中產(chǎn)生抬動(dòng)并提高灌漿效果，向家壩厚蓋重固結(jié)灌漿在控制灌漿壓力環(huán)節(jié)采用了如下措施：

（1）先進(jìn)行低壓封閉灌漿，逐漸提高壓力。待巖體承載能力改善后，再升到所需要的壓力。

（2）進(jìn)行分層灌漿，即按序?qū)⒖卓?～3段先灌漿結(jié)束，然后再按序施工第4段及其他各段。

（3）一次升壓

當(dāng)注入率比較小且不發(fā)生有害抬動(dòng)變形時(shí)，就盡快升到設(shè)計(jì)壓力，然后按規(guī)定進(jìn)行變漿（逐級(jí)加濃漿液），在設(shè)計(jì)壓力下灌至結(jié)束。

（4）分階段升壓

當(dāng)注入率大（大于50L/min）且壓力又很低，就采用分階段升壓法。隨著灌注漿液的逐級(jí)變濃，注入率逐漸減小，就逐漸升壓，最后達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，在設(shè)計(jì)壓力下灌至結(jié)束。根據(jù)特點(diǎn)，具體操作是以壓水試驗(yàn)壓力為基礎(chǔ)，按照每0.05MPa為一級(jí)，逐級(jí)升壓至設(shè)計(jì)壓力，分級(jí)升壓，每級(jí)壓力的純灌時(shí)間不應(yīng)小于15min。其具體做法是，可將壓力與注入率的乘積作為常數(shù)C，設(shè)某一時(shí)段的壓力為P（i或注入率Q）i，該時(shí)段對(duì)應(yīng)單位時(shí)間注入率：

根據(jù)這個(gè)道理，編制出向家壩厚蓋重固結(jié)灌漿施工注入率與最大壓力的關(guān)系表，如表2。

表2　注入率與最大灌漿壓力關(guān)系表

2.4抬動(dòng)變形控制

觀測(cè)孔抬動(dòng)變形值的大小與距灌漿孔的遠(yuǎn)近成反比，距灌漿孔越近，對(duì)灌漿壓力的敏感性就越大，其變形值亦越大。灌漿孔產(chǎn)生抬動(dòng)變形的影響半徑隨地層結(jié)構(gòu)的不同而不同，一般不會(huì)大于10m。因此，根據(jù)向家壩地質(zhì)條件的特點(diǎn)厚蓋重固結(jié)灌漿抬動(dòng)孔變形控制原則為如下：

2.4.1抬動(dòng)孔距離分布控制

各抬動(dòng)孔按照分布基本均勻、控制面積大致相等的原進(jìn)行布置，單個(gè)抬動(dòng)孔控制面積按80～90m2控制。

2.4.2各種檢測(cè)手段控制

應(yīng)用了預(yù)埋抬動(dòng)變形觀測(cè)儀、“鐵板凳”測(cè)量觀測(cè)、自動(dòng)報(bào)警裝置觀測(cè)、人工抬動(dòng)表觀測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行抬動(dòng)變形控制。

2.4.3通過限制壓力控制

注入率來控制灌漿壓力從而限制抬動(dòng)變形。隆巴迪指出：灌漿的上抬力F與灌漿壓力P、裂縫寬度τ的平方成正比，與漿液屈服點(diǎn)凝聚力C的平方成反比，如下式所示：

式中：F——上抬力；

P——灌漿壓力；

τ——裂縫寬度的一半；

C——漿液凝聚力（屈服點(diǎn)）。

所以，防止抬動(dòng)要根據(jù)裂縫大?。ɑ驇r體破碎情況）來限制灌漿壓力，并使用濃漿，避免漿液流失及對(duì)破碎地層進(jìn)行灌漿是非常有效的。

2.4.4群孔灌漿防抬動(dòng)控制

一序排Ⅰ序孔兩孔同灌的距離按照8～10m，控制，垂直方向?qū)φ盏刭|(zhì)剖面圖，不能在同一結(jié)構(gòu)面上同時(shí)灌漿，形成面壓引起抬動(dòng)，一般不應(yīng)小于10m。其它排序孔在垂直間距錯(cuò)開10m，后吸漿量小于20L/min時(shí)，在無抬動(dòng)情況下，可按正常排序施工。

2.4.5發(fā)生抬動(dòng)時(shí)抬動(dòng)值控制

當(dāng)抬動(dòng)值大于50μm時(shí)，及時(shí)采取降壓處理，對(duì)抬動(dòng)值進(jìn)行加密觀測(cè)，并進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)；當(dāng)抬動(dòng)大于80μm時(shí)，需進(jìn)行降壓、限流、濃漿進(jìn)行低壓慢灌，視情況可進(jìn)行間歇灌漿；一次性抬動(dòng)大于100μm或累計(jì)抬動(dòng)達(dá)到200μm時(shí)，按照結(jié)束該段灌漿，繼續(xù)下一段施工。該孔施工完后暫不封孔，待該序排施工完后，后序排灌漿時(shí)適時(shí)復(fù)灌該段未正常結(jié)束的孔段。

2.5開灌水灰比及變漿標(biāo)準(zhǔn)控制

（1）漿液開灌水灰比（重量比）為2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四個(gè)比級(jí)，一般采用2：1開灌，當(dāng)壓水流量大于30L/min時(shí)，采用1：1開灌。

（2）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不能改變水灰比。

（3）當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300L以上、或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時(shí)，換濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

（4）當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，可視具體情況越級(jí)變濃水灰比。

2.6大涌水段的控制措施

產(chǎn)生涌水的原因有：與庫水相通；兩岸地下水位高；有承壓水等。根據(jù)向家壩壩基的地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)于大涌水段的控制措施如下：

（1）在不發(fā)生抬動(dòng)的前提下，加大灌漿壓力，把涌水?dāng)D走（使灌漿壓力=設(shè)計(jì)壓力+涌水壓力）。

（2）在增加壓力的條件下，延長(zhǎng)灌漿時(shí)間，并以濃漿結(jié)束。在達(dá)到結(jié)束條件時(shí)改用水灰比為0.5：1的濃漿進(jìn)行灌注。

（3）屏漿后，再加閉漿待凝措施。

（4）閉漿、待凝，待凝時(shí)間根據(jù)涌水壓力和注入量決定：

①涌水壓力為0.05～0.1MPa或單耗為3～20kg/m時(shí)，待凝24h；

②涌水壓力大于0.1MPa或單耗大于20kg/m時(shí)，待凝48h；

③涌水孔段經(jīng)閉漿待凝處理后，重新掃孔到該段孔底觀測(cè)涌水情況，若無涌水，可進(jìn)行下段鉆灌，若仍有涌水，應(yīng)再次測(cè)記涌水量與涌水壓力并進(jìn)行復(fù)灌，直至無涌水為止。

（5）縮短灌漿段長(zhǎng)，對(duì)涌水段單獨(dú)進(jìn)行灌漿處理。

（6）進(jìn)行純壓式灌漿。

（7）必要時(shí)，在漿液中摻加適量的速凝劑。

2.7大耗漿量孔段的控制措施

（1）限流：灌漿流量按照不大于30L/min控制。

（2）限量：當(dāng)單位注入量達(dá)800kg/m時(shí)，采用限流灌注；達(dá)到1000kg/m，時(shí)，采取間歇灌漿；達(dá)到1500kg/m時(shí)，待凝24h候，掃孔復(fù)灌。該段灌漿正常結(jié)束后方可進(jìn)行下一段鉆灌施工。

3　效果評(píng)價(jià)

向家壩二期Ⅱ標(biāo)段厚蓋重固結(jié)灌，共施涉及9個(gè)壩段，混凝土鉆孔23815m，基巖灌漿22460m，根據(jù)設(shè)計(jì)提出的《金沙江向家壩水電站二期工程固結(jié)灌漿和接觸灌漿施工技術(shù)說明書》，規(guī)定向家壩二期Ⅱ標(biāo)段厚蓋重固結(jié)灌檢查結(jié)果以聲波檢測(cè)為主，壓水結(jié)果為輔。

3.1壓水檢查

檢查孔的數(shù)量應(yīng)不小于灌漿孔總數(shù)的5%，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查孔布置及施工。現(xiàn)場(chǎng)共布置檢查孔51個(gè)，壓水總段數(shù)214段，其中最大透水率為2.13Lu，最小透水率為0Lu，小于等于1Lu的116段，占總段數(shù)的54.2%，大于1Lu，的98段，占總段數(shù)的45.8%，全部滿足設(shè)計(jì)要求。在單元評(píng)定中優(yōu)良率為100%。

3.2聲波檢測(cè)

根據(jù)三峽集團(tuán)公司向家壩工程建設(shè)部要求，向家壩二期工程固結(jié)灌漿全面實(shí)行第三方檢查，第三方檢查孔的比例為灌漿孔總數(shù)的1.0～1.5%。固結(jié)灌漿聲波檢測(cè)分為灌前檢測(cè)和灌后檢測(cè)兩部分，灌前利用抬動(dòng)觀測(cè)孔、同位聲波孔進(jìn)行聲波檢測(cè)，灌后利用檢查孔、同位聲波孔進(jìn)行聲波檢測(cè)，以全面了解灌前、灌后巖體波速的分布情況及灌后巖體波速的提高幅度，為灌漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)和驗(yàn)收提供依據(jù)。壩基齒槽波速合格標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）灌前平均波速＜3000m/s時(shí)，灌后聲波提高幅度≥10%，灌后聲波平均值≥3250m/s，且小于3000m/s的測(cè)點(diǎn)＜20%。

（2）灌前平均波速在3000～3500m/s時(shí)，灌后聲波提高幅度≥7%。

（3）灌前平均波速在3500～4000m/s時(shí)，灌后聲波提高幅度≥5%。

中國水電顧問集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院向家壩水電站檢測(cè)項(xiàng)目部作為第三方對(duì)固結(jié)灌漿進(jìn)行聲波檢測(cè)。共布置灌前灌后同孔同位聲波測(cè)試孔6個(gè)，灌前平均波速3681.17m/s，灌后平均波速為3979.34m/s，平均波速提高率為8.10%；灌前抬動(dòng)共布置73個(gè)，灌前平均波速3655.78m/s，灌后平均波速為3891.44m/s，平均波速提高率為6.27%；同孔及非同孔綜合波速提高率為6.30%。聲波檢測(cè)全部合格。

4　結(jié)語

為了加強(qiáng)厚蓋重固結(jié)灌漿施工中的質(zhì)量控制，在認(rèn)真分析了一期固結(jié)灌漿以及前期施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從鉆機(jī)選型、測(cè)量放點(diǎn)、鉆孔、開灌水灰比、漿比、壓力、抬動(dòng)等重要環(huán)節(jié)制定了詳細(xì)的控制措施，保證了固結(jié)灌漿的質(zhì)量，為今后施工類似蓋重及地質(zhì)條件的工程，提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

TV543.5

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1673-0038（2015）30-0322-03

2015-5-6

王占先（1983-），男，助工，本科，主要從事水利水電建筑施工及基礎(chǔ)處理工作。