淺析水電站大壩壩基引管固結(jié)灌漿施工工藝

魏萬山

（中國水利水電第四工程局有限公司，云南昆明，650051）

1 概述

水工建筑物規(guī)模較大，不僅要承受垂直荷載，還要承受水壓力、土壓力的作用，并且有防滲和抗震要求，受力狀態(tài)比一般建筑物更復雜，要求更高。水工建筑物的地基一般為巖石地基，巖石地基處理的目的包括：從整體上改善巖基的物理、力學和防滲性能，以及對局部軟弱巖體進行加固，常用方法有水泥灌漿、化學灌漿、錨筋和預應(yīng)力錨固及對局部軟弱帶的開挖置換等。按照地基灌漿的作用，可分為固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿和接觸灌漿等[1]。

固結(jié)灌漿是指將漿液（水泥漿液、化學漿液或復合漿液）灌入巖體裂隙或破碎帶，以提高巖體的整體性和抗變形能力為主要目的的灌漿工程[2]。固結(jié)灌漿施工一般采用鉆孔灌漿法，對于特殊部位也可采用“鉆孔+引管”灌漿的方式。

2 引管固結(jié)灌漿布置方式

壩基固結(jié)灌漿通常分為有蓋重固結(jié)灌漿和無蓋重固結(jié)灌漿，蓋重采用混凝土蓋重和自身巖體蓋重兩種方式。以白鶴灘水電站壩基固結(jié)灌漿為例，介紹固結(jié)灌漿的布置方式。各壩段基面上部混凝土澆筑前，壩基一般采用預留保護層巖石蓋重或無蓋重進行固結(jié)灌漿。上部混凝土澆筑后，結(jié)合混凝土蓋重進行引管灌漿。

根據(jù)不同壩基巖體、部位、灌漿方式等，引管固結(jié)灌漿主要分為以下兩種方式。

2.1 無蓋重灌漿結(jié)合混凝土蓋重引管灌漿

適用于陡坡壩段非柱狀節(jié)理玄武巖壩基固結(jié)灌漿，主要施工程序為：

（1）采用無蓋重灌漿法對壩基全孔段進行分序分段固結(jié)灌漿。

（2）對灌后檢查不合格部位進行加密補灌，對補灌后仍檢查不合格部位進行鉆孔并埋設(shè)灌漿管，引管至壩體下游擴大基礎(chǔ)、貼角或其他便于施工的部位，待上部壩體混凝土澆筑高度大于30 m后，進行引管循環(huán)式固結(jié)灌漿。

（3）對坡度大于50°的壩基，在便于引管至壩體下游擴大基礎(chǔ)和貼角的壩基范圍內(nèi)，布設(shè)固結(jié)灌漿孔（兼接觸灌漿孔）和引管系統(tǒng)，接觸灌漿需結(jié)合淺層固結(jié)灌漿補灌孔布置。當混凝土蓋重大于30 m，且壩體混凝土冷卻至封拱溫度后，實施引管灌漿。

2.2 預留保護層巖石蓋重灌漿結(jié)合混凝土蓋重引管灌漿

適用于柱狀節(jié)理玄武巖、河床角礫熔巖壩基固結(jié)灌漿，主要施工程序為：

（1）先對0～5 m保護層采用低壓封閉灌漿，再對壩基孔段進行巖石蓋重分序分段灌漿。

（2）對灌后檢查不合格部位進行加密補灌，待灌漿質(zhì)量檢查合格后進行保護層開挖。

（3）保護層開挖后，對壩基淺層進行全面質(zhì)量檢查，對淺層質(zhì)量檢查不合格部位，按照要求進行鉆孔并埋設(shè)灌漿管，引管至壩體下游擴大基礎(chǔ)、貼角、壩內(nèi)廊道或其他便于施工的部位。

（4）待上部壩體混凝土澆筑高度大于30 m后，進行引管循環(huán)式固結(jié)灌漿。

3 引管固結(jié)灌漿施工工藝

3.1 一般要求

（1）當上部壩體蓋重混凝土澆筑高度大于30 m，且首層封拱灌漿完成后，方可進行混凝土蓋重引管固結(jié)灌漿施工。

（2）引管灌漿與已完成接縫灌漿間隔一個壩段施工，防止破壞接縫灌漿系統(tǒng)。

（3）引管灌漿管路布置以“五孔一引”為主，局部也可采用“三孔一引”。

（4）引管灌漿前應(yīng)準備充足的灌漿材料和灌漿設(shè)備，應(yīng)具備同時灌注多個孔的能力，必須保證灌漿設(shè)備處于良好狀態(tài)。

（5）引管灌漿時，相應(yīng)壩段接縫灌區(qū)應(yīng)進行通水平壓，以防漿液串入壩體橫縫中。

3.2 引管灌漿系統(tǒng)安裝

3.2.1 鉆孔

引管灌漿孔孔徑不小于56 mm，孔深一般為3～6 m，梅花形布置，滿足設(shè)計要求。鉆孔設(shè)備可采用YQ-100B型潛孔鉆機。

3.2.2 清孔

鉆孔完成后，采用高壓風將孔內(nèi)清洗干凈，風壓一般按不大于0.5 MPa控制。

3.2.3 灌漿管路安裝

引管灌漿管路安裝形式如圖1所示，安裝實例見圖2。圖1為“五孔一引”布置形式，“三孔一引”和單孔引管形式可參照執(zhí)行。

圖1 “五孔一引”管路布置示意Fig.1 Layout of a guiding pipe with five holes

圖2 現(xiàn)場安裝實例Fig.2 Field installation examples

管路安裝注意事項如下：

（1）進漿管和回漿管分別采用內(nèi)徑DN32×2和內(nèi)徑DN25×2鋼管（單組進、回漿主管間不連通，端頭各自封堵），引出混凝土部分采用鍍鋅管（進、回漿管管徑不同），孔內(nèi)引管采用內(nèi)徑DN20×2鋼管。

（2）進漿支管與孔底距離不大于50 cm，回漿支管深入基巖20 cm。

（3）管路連接采用“三通”連接，孔口預埋鋼蓋板用M10砂漿封堵密實。

（4）每組引管隨混凝土上升而上引，直至達到前期規(guī)劃的壩后引出位置。引管管路引出倉時，引出管口之間的間距為25 cm，并及時掛牌標示清楚，防止后期灌漿施工時出現(xiàn)錯亂。

（5）引管有蓋重灌漿完成后，引管沿預留坑底部切除，然后采用M40砂漿回填預留坑。

（6）引管過程中遵循“三不”原則：不損、不亂、不堵。

3.3 灌漿前主要準備工作

（1）完成相應(yīng)壩段接縫灌漿施工。

（2）灌前對灌漿管路進行通水檢查，通水壓力為0.5 MPa，檢查內(nèi)容如下：查明灌漿管路通暢情況，其通水流量應(yīng)大于30 L/min，針對灌漿管路出現(xiàn)的各種情況采取相應(yīng)措施；檢查管路是否串水，如果發(fā)現(xiàn)串水則需做好同時灌漿的準備工作。對于前期不通的灌漿管路，分別對進漿管和回漿管進行壓力通水，查明灌漿管路的通水流量，判斷該組管路是否具有可灌性。

（3）灌前應(yīng)按施工單元編制詳細的工藝設(shè)計資料，包括管路通水檢查結(jié)果、各組管路灌漿參數(shù)、特殊情況處理措施及施工資源配置情況等，為后續(xù)施工提供技術(shù)支持。

3.4 灌漿方法

3.4.1 總體要求

引管固結(jié)灌漿按照壩段劃分，每個壩段為一個灌漿單元。灌漿區(qū)域存在灌排洞時，必須先對灌排洞區(qū)域的引管管路先行灌漿。灌漿應(yīng)從低高程向高高程采用循環(huán)式灌漿法推進灌注，連續(xù)進行。

3.4.2 灌漿材料

引管固結(jié)灌漿采用42.5級普通濕磨細水泥漿液，灌漿水灰比為3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四級，開灌水灰比為3∶1。

3.4.3 灌漿壓力

引管固結(jié)灌漿壓力一般按3.0 MPa控制，對灌排洞附近2 m范圍，灌漿壓力降低至1.5 MPa。灌漿壓力以孔口壓力為準，灌漿時在引出槽位置的回漿管上安裝壓力表，計算引出槽與引管孔孔口的高差。壓力表讀數(shù)=孔口設(shè)計壓力±漿柱高差壓力（漿柱高差壓力以現(xiàn)場壓力試驗結(jié)果為準）。灌漿過程中應(yīng)逐級升壓，確保灌漿壓力和注入率相適應(yīng)，防止混凝土抬動變形。

表1 注入率與最大灌漿壓力關(guān)系Table 1 Relationship between injection rate and maximum grouting pressure

3.4.4 灌漿

（1）引管灌漿采用“一泵一管”方式灌注，不允許串聯(lián)灌漿。發(fā)生串漿時，采取并聯(lián)方式同時灌漿，出漿密度達到或接近進漿密度即關(guān)閉管口閥門，但最多不超過3管同時灌注。串漿管路超過3組時，采取通水措施對3組并聯(lián)灌漿以外的串漿引管進行通水，通水量以保持回漿管能帶出水泥漿即可，不宜過大。

（2）灌漿過程中，進漿管口與回漿管口均需安裝壓力表。首組引管灌漿時，本壩段其他所有未施灌的引管管口全部敞開，注意觀察串漿情況。同時還需打開相鄰壩段的引管堵頭，并做好通水準備，發(fā)現(xiàn)串漿則立即通水，防止?jié){液串入堵塞管路。

（3）灌漿結(jié)束條件為：在最大設(shè)計灌漿壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注20 min，灌漿即可結(jié)束。當長時間達不到結(jié)束條件時，共同研究處理措施。

（4）灌漿過程中，安排專人加強壩體變形監(jiān)測，如壩體發(fā)生變形，則立即暫停施工，研究處理措施。

（5）灌漿達到結(jié)束條件后，立即進行管路回填施工。采用0.5∶1水泥漿液置換管道內(nèi)稀漿，回漿管出漿密度達到進漿密度后立即關(guān)閉，采用小循環(huán)的連接方式進行純壓式封堵，壓力為1.0 MPa，持續(xù)10 min即可結(jié)束。引管回填結(jié)束后，需將管口球閥關(guān)閉，管內(nèi)漿液凝固后方可拆除。

3.4.5 其他要求

（1）灌漿施工需保持連續(xù)進行，因故中斷后應(yīng)盡快恢復灌漿，如短時間內(nèi)無法恢復灌漿，則立即用大量水沖洗管路，直至回漿管路回水澄清為止。

（2）因串漿導致長時間無法結(jié)束灌漿時，首先對被串孔（管）進行堵漏，再采取降壓、限流和延長灌漿時間的處理措施。

（3）灌漿至廊道周邊時，安排專人做好廊道巡視工作，如發(fā)現(xiàn)外漏則立即封堵并變漿，嚴格控制灌漿壓力，緩慢升壓，嚴格控制壓力和流量關(guān)系。

3.5 灌漿質(zhì)量檢查

引管灌漿完成后，根據(jù)灌漿資料結(jié)果，并結(jié)合灌漿過程控制情況，在壩后貼角平臺或壩體廊道內(nèi)適宜位置布置質(zhì)量檢查孔。質(zhì)量檢查以“單點法”壓水試驗檢查為主，結(jié)合檢查孔取芯情況判定。

檢查孔壓水透水率均小于3 Lu，滿足設(shè)計要求。檢查孔所取芯樣完整，獲得率90%以上，RQD值85%以上，混凝土與巖石結(jié)合處粘結(jié)牢固，灌漿效果良好。

4 結(jié)語

上述引管固結(jié)灌漿施工工藝和方法已全面應(yīng)用于白鶴灘水電站，根據(jù)灌漿資料結(jié)果分析及質(zhì)量檢查結(jié)果，施工質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求，可為同類工程提供經(jīng)驗。