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(jiān)理咨詢有限公司，南昌 330000)

灌漿施工期間因灌漿壓力、地質(zhì)條件、漿液水灰比、注漿孔深及孔距、注漿次序等原因經(jīng)常引發(fā)蓋板混凝土結(jié)構(gòu)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(fā)生抬動破壞，必須加強施工過程中抬動變形監(jiān)測，保證灌漿施工質(zhì)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(xiàn)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(qū)主要為低山丘陵剝蝕地形地貌，且山體陡峻雄厚，河道內(nèi)存在厚度0-3m的砂礫石、圓礫石沉積層，局部地區(qū)基巖裸露，河岸處也不存在大面積滑坡和泥石流等地質(zhì)問題。庫區(qū)地處贛中南-華南褶皺系構(gòu)造單元，且東西向和北東向帶狀斷裂、褶皺發(fā)育，但對庫區(qū)地殼穩(wěn)定性無較大影響。庫區(qū)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(qū)域內(nèi)地表徑流發(fā)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(jiān)測

按照30m深度在混凝土襯砌及圍巖內(nèi)鉆孔，并埋設(shè)傳感器支架及鋼管，并使保護管嵌入圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)，將細砂充填于鉆孔與保護管間縫隙內(nèi)；內(nèi)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(nèi)管間，通過厚度10cm的砂漿固定孔口段。通過設(shè)置于混凝土襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)的支架固定位移傳感器并使其連接監(jiān)測儀器，而壓力傳感器則與監(jiān)測儀器和注漿泵壓力接口相連。具體結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 抬動變形監(jiān)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(shù)據(jù)，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(yīng)結(jié)合工程實際適當降低施工壓力；設(shè)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(yīng)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(fù)施工。灌漿施工時必須安排技術(shù)人員實時監(jiān)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(shè)計灌漿壓力和注漿量協(xié)調(diào)控制壓力升高過程；而當抬動值超出100μm但不足200μm時，應(yīng)將注漿率嚴格控制在10L/min以內(nèi)，此時若蓋板混凝土抬動已趨于穩(wěn)定，則應(yīng)按設(shè)計要求逐級升壓；否則應(yīng)停止灌漿[1]。

該水庫大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿施工期間蓋板混凝土抬動變形監(jiān)測采用黃河勘測規(guī)劃設(shè)計院所研制的24h持續(xù)采集、記錄及預(yù)警功能的TDS-A型變形觀測儀，其數(shù)據(jù)采集時間可自行設(shè)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(shù)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(jié)灌漿抬動統(tǒng)計

該水庫大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿所設(shè)置的施工單元中有16個單元表現(xiàn)出蓋板混凝土局部抬動變形趨勢，其中8處出現(xiàn)在河床蓋板、5處和3處分別出現(xiàn)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(tǒng)計詳見表1。

表1 固結(jié)灌漿抬動形變頻率統(tǒng)計

由表中統(tǒng)計結(jié)果可以看出，在該水庫大壩固結(jié)灌漿施工過程中共有74段表現(xiàn)出抬動形變，其中42段出現(xiàn)在洗孔和壓水期間，19段出現(xiàn)在灌漿施工期間，剩余段則出現(xiàn)在封孔過程中。根據(jù)以上分析得知，大部分蓋板混凝土抬動變形均出現(xiàn)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(shè)計允許值，進一步分析發(fā)現(xiàn)，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(shè)置一定數(shù)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(tǒng)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(fā)生蓋板抬動，最大形變量達到240μm且呈現(xiàn)持續(xù)增大態(tài)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(shè)于蓋板周圍與施工縫相距50cm的區(qū)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(tǒng)計詳見表2。由表可知，帷幕灌漿施工過程中蓋板混凝土結(jié)構(gòu)抬動發(fā)生的工序與固結(jié)灌漿基本一致，大多出現(xiàn)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(tǒng)計

考慮到該水庫大壩帷幕關(guān)鍵施工過程中1#-5#注漿孔第一孔段發(fā)生較為嚴重抬動變形，為確保灌漿施工質(zhì)量，必須在注漿結(jié)束后檢查蓋板混凝土和基巖面結(jié)合程度，為此，在相應(yīng)區(qū)域接觸面孔內(nèi)設(shè)置電視檢查孔。根據(jù)檢查結(jié)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(zhì)量符合設(shè)計要求。

4 蓋板混凝土抬動原因

4.1 固結(jié)灌漿蓋板抬動原因

該水庫大壩壩基固結(jié)灌漿施工過程中發(fā)生蓋板混凝土抬動變形，主要與基巖裂隙發(fā)育、斷層破碎帶發(fā)育、現(xiàn)場交叉施工等有關(guān)。①結(jié)合該大壩壩址區(qū)地質(zhì)條件，其巖層順坡向卸荷裂隙及陡傾角裂隙發(fā)育，固結(jié)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(qū)，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(jié)灌漿施工過程中部分抬動與斷層破碎帶等地質(zhì)缺陷緊鄰，在受到灌漿壓力的作用下必然引發(fā)抬動變形[3]。③該水庫大壩河床部分蓋板固結(jié)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(nèi)漿液因難以及時返回、管道內(nèi)吸力增大而引發(fā)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(fā)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(guān)。①根據(jù)相關(guān)規(guī)范，開挖岸坡圍巖卸荷深度一般控制在2.0-5.0m，而全部區(qū)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(jīng)過孔口管底端后向淺層卸荷區(qū)傳遞，進而引發(fā)區(qū)域內(nèi)蓋板抬動。②該水庫大壩壩基淺表段0-2m深度固結(jié)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(jié)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(jié)灌漿壓力?？卓诙蝿t在進行卡塞灌漿時因基巖與蓋板間結(jié)合面被擊穿而發(fā)生抬動變形。

5 結(jié) 論

對于水庫大壩壩基灌漿施工中所出現(xiàn)的蓋板抬動大多具有瞬發(fā)性特征，發(fā)生變形值超出規(guī)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(wěn)定；抬動發(fā)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(fā)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(fā)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(jié)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(fā)的蓋板混凝土抬動。