关于主坝坝基固结灌浆施工工艺的简述

关于主坝坝基固结灌浆施工工艺的简述

严明之

1、工程概况

海南抽水蓄能电站上水库工程地处黎母山林场原大丰水库位置，主要项目为上水库主坝、副坝1、副坝2、溢洪道、上水库进/出水口、3#公路、上水库导流工程、上水库初期蓄水、临时施工道路、弃(存)渣场及相应施工辅助设施等。主、副坝均采用沥青混凝土心墙土石坝，坝顶高程570.0m，最大坝高28.0m；坝体填筑料分区从上游至下游依次为干砌块石护坡、碎石垫层、上游全强风化料区、上游过渡区、沥青混凝土心墙、下游过渡区、下游全强风化料区和下游坝面草皮护坡，心墙上下游过渡层水平宽度均为2.0m。本次碾压试验为上、下游全强风化料区部分。

2、设计技术要求

坝基固结灌浆采用有混凝土盖重的方式进行，以控制灌浆产生的不利抬动；固结灌浆孔间排距为2.0m×2.0m，梅花型布置，孔深入岩5m，固结灌浆孔均为垂直孔。

3、施工工艺说明

3.1施工顺序

固结灌浆总体施工工序为:工作面清理→孔位测量定位→抬动孔→固结灌浆孔钻孔→灌浆孔冲洗、简易压水→灌浆→封孔→检查孔施工→场地清理。

3.2施工分序

固结灌浆分两序施工，每排先进行Ⅰ序孔灌浆，再进行Ⅱ序孔灌浆。

3.3灌浆材料

3.3.1水

灌浆用水符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的规定及DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》中的要求，制浆用水的温度不高于30℃，且高于5℃。

3.3.2水泥

(1)用于固结灌浆的水泥强度等级不小于P.O42.5普通硅酸盐水泥。

(2)灌浆用水泥符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定的质量标准，不使用受潮结块的水泥，袋装水泥储运时间不得超过3个月，灌浆所用的水泥细度宜为80μm方筛的筛余量不大于5%。

(3)灌浆水泥使用同一品种、同一强度等级的水泥。同一灌浆孔不得使用不同厂家、不同品种、不同等级的水泥。

3.3.3砂

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2012规定灌浆用砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于1.5mm。

3.3.4外加剂

在水泥浆液中掺入的粘性土、速凝剂、减水剂、稳定剂以及批准的其它外加剂的质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2012第3.1.8条规定，应根据工程情况和灌浆目的通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定。所有能溶于水的外加剂以水溶液状态加入。

3.4钻孔

(1)固结钻孔采用地质钻机金钢石钻进，孔深入岩5m，一次性成孔。孔底偏差值不得大于1/40孔深，孔径不小于38mm。

(2)质量检查采用地质钻机造孔，金刚石钻进，钻孔按取芯孔要求采集岩芯。

(3)抬动观测孔钻孔，孔深为本区域帷幕灌浆最深孔深，一次性成孔，钻孔完成后即按要求埋设抬动观测装置。

(4)按设计要求在基座浇筑前埋设灌浆孔口管，钢管直径与灌浆塞相匹配，孔位偏差不得大于10cm。

3.5抬动监测孔

采用地质钻机钻孔，钻孔孔径为Φ90，孔深为所在区域帷幕最深孔深，成孔后按要求安装抬动监测装置。

3.6钻孔冲洗及裂隙冲洗

灌浆孔钻孔结束后在灌浆前用大流量压力水进行全孔一次冲洗，直至回水清净为止，钻孔冲洗后要求孔底残留物厚度不大于20cm；裂隙冲洗压力为对应段次灌浆压力的80%，并不大于1MPa。

3.7单点法压水试验

在稳定压力下，每5min测读一次压入流量。连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，压水试验结束，取终值作为计算值。其成果以透水率q表示，单位为吕荣(Lu)。检查孔采用单点法压水。

3.8简易压水

除单点法压水孔以外所有灌浆孔均结合裂隙冲洗进行了简易压水。压水时间为20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量作为计算流量，计算方式和单点压水一致，其成果以透水率表示。

3.9固结灌浆

3.9.1灌前工序验收

固结灌浆应在基础盖重混凝土达70%设计强度后才能进行，灌前需完成相应的灌前声波测试、抬动观测孔及观测孔仪器的安装，监理工程师签署准灌证方可灌浆。

3.9.2灌浆方法与管路连接方式

(1)灌浆方法

采用阻塞式孔口封闭孔内循环灌浆法，一般作单孔灌浆，射浆管出口与孔底距离不大于50cm。固结灌浆孔相互串浆时，可采用多孔并联灌浆，孔数不宜多于3个,并应控制压力，防止岩石抬动。

(2)灌浆管路连接方式

灌浆机具有：①灌浆泵：三缸高压灌浆泵；②孔口封闭器：液压塞；③灌浆自动记录仪；④辅助机具：耐压钢编管，高压阀门等。

3.9.4灌浆段长及压力

固结灌浆段长为5.0m，固结灌浆压力为Ⅰ序孔0.4Mpa，Ⅱ序孔0.7Mpa；灌浆全过程中认真观测并记录抬动表的变化情况，当抬动表变化值超过100um时立刻停止升压。在灌浆时，尽快达到设计压力；但注入率较大时，为了防止浅层岩体产生过大的抬动破坏，在灌浆过程中要严格控制灌浆升压速度，使灌浆压力与注入率协调，灌浆压力与注入率关系严格按下表施工。

表3.9-1灌浆压力与注入率关系表

灌浆过程中，通过在回浆管路上安装高压阀门、压力传感器、压力表，用自动记录仪记录灌浆压力，用高压阀门和压力表来控制灌浆压力，确保灌浆压力的稳定和准确。同时严格要求现场灌浆监测员和灌浆压力控制员之间的沟通和配合，以使现场实际操作中的流量和压力与上表中所示的相匹配。

3.9.5灌浆水灰比

固结灌浆水灰比采用2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比采用2:1。

3.9.6浆液变换标准

参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2012)中浆液变换原则和结合现场生产实际，在施工过程中采用如下浆液变换原则。

①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，和注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；

②当某级浆液注入量大于30L/min或灌入量已达300L以上或灌浆时间已大于30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比；

③当注入率达到30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

④当采用最大浓度浆液施灌，注入率很大而不见减少时，采用间歇灌浆法。

⑤灌浆过程中，由于改变浆液水灰比而使灌浆压力突增或吸降量，应立即查明原因，随时调整。

3.10灌浆过程控制

3.10.1灌浆记录控制

在每段灌浆前，将钻孔、测斜及准灌证等记录准备齐全并签名，灌浆参数输入灌浆自动记录仪，包括孔深、段次、段长、灌浆压力等信息，灌浆结束后打印灌浆施工记录表。

3.10.2抬动变形观测控制

为了有效监测灌浆压力对混凝土衬砌的抬动影响及避免抬动过大造成混凝土衬砌结构破坏，施工中所有灌浆均进行全过程抬动监测，具体要求见下：

(1)抬动观测装置在灌浆施工前安装完成，并签署《抬动观测验收表》。

(2)在裂隙冲洗、压水试验、灌浆前、灌浆期间、以及灌浆施工全部结束后，均应监测被灌岩体的抬动情况。

(3)抬动变形采用千分表进行实时观测并派专人进行观测记录，每隔10min记录一次千分表读数；抬动变形观测使用的千分表，应经常检查，确保其灵敏性和准确性。

(4)在裂隙冲洗、压水试验及灌浆等作业过程中，当变形值接近100μm或变形值上升速度较快时，应及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。如施工中发现超过规定的允许值，应降低压力、注入率直至停止施工，报告监理工程师，并按监理工程师指示采取处理措施。

(5)在灌浆过程中安排专人严密监视抬动装置千分表的情况变化，在抬动值＜50μm时，灌浆压力的升降过程按规定执行；在50μm≤抬动值＜100μm时，灌浆升压过程严格控制注入率小于10L/min，如果抬动值不再上升，逐级升压，否则停止升压；在抬动值≥100μm时，停止灌浆，待凝8h后扫孔复灌。

3.11结束标准

灌浆结束标准:在设计压力下，灌浆孔吸浆量不大于1L/min,继续灌注30min结束灌浆。

3.12灌浆封孔

(1)灌浆和压水检查完成以后，需对灌浆孔和检查孔采用“全孔灌浆封孔法”封孔。即用0.5:1的浓浆置换出孔内稀浆，待浓浆浆液溢出孔口时，改用孔口阻塞纯压方式封孔，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力，持续灌浆时间达30min以上可结束灌浆封孔。

(2)压力灌浆封孔的灌浆孔，待孔内水泥浆液凝固后，孔口空缺部分用M20水泥砂浆回填密实。

3.13特殊情况处理

(1)灌浆过程中如地表发生冒(漏)浆现象时，根据冒(漏)浆量大小，可采用下述方法处理：

A、如冒浆量较小，可不作专门处理，按正常灌浆方式灌注至达到灌浆结束标准；

B、如冒浆量较大，一般可采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理，必要时应采取同，嵌缝、地表封堵方法处理。

(2)灌浆过程中，如发现回浆变浓，应改用回浓前的水灰比的新浆进行灌注，若继续回浓，延续灌注30min后可结束灌浆作业。其回浓情况应反映在灌浆综合成果表中，并告知设计、监理人。

(3)钻孔穿过断裂构造发育带，发生塌孔、掉块或集中渗漏时，应立即停钻，查明原因，一般情况下，可采取压缩段长进行灌浆处理后再进行下一段的钻灌作业。

(4)灌浆过程中发生串浆时，平面上采用间孔施工法，适当的增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，使前一次序孔灌注的浆液基本上凝固后，再开始后一次序孔的钻灌工作，防止新灌入的浆液将前期已灌好裂隙冲开，由已灌孔或其他钻孔中串出。(5)对孔口有涌水的孔段，灌前应测计涌水压力和涌水量，根据涌水情况，可按下述措施综合处理：

A、缩短灌浆段长，对涌水段单独进行灌浆处理；

B、相应提高灌浆压力，具体可按设计灌浆压力+涌水压力控制；

C、灌浆结束后进行屏浆处理，屏浆时间不少于1h；

D、闭浆；

E、闭浆结束后待凝48h；

F、必要时可在浆液中掺加适量的速凝剂。

(6)灌浆工作应连续进行，因故中断应尽快恢复灌浆，恢复灌浆时使用开灌水灰比的浆液灌注，如注入率与中断前相近可改用中断前水灰比的浆液灌注，如恢复灌浆后，注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应报告监理等有关单位研究相应的处理措施。

(7)对于中断情况采用下述方法进行处理：

A、属于机械设备故障者，迅速排除故障，缩短中断时间，及时恢复灌浆。

B、中断时间超过30min时，立即以压力水冲洗钻孔和管路，而后恢复灌浆；中断时间过长或无法冲洗或冲洗无效的孔段，则进行扫复灌。

C、恢复灌浆时，先采用最稀一级的浆液进行灌注，如注入率与中断前相近，改为中断前的水灰比；注入率较中断前减少较多的孔段，则逐级变浓。

(8)如遇注入率大、灌浆难以正常结束的孔段时，应暂停灌浆作业，对灌浆影响范围内的地下井洞、陡直立坡、结构分缝、冷却水管等进行彻底检查，如有串通，应采取措施处理后再恢复灌浆，灌浆时可采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆法灌注，必要时亦可掺加适量速凝剂灌注，该段经处理后应待凝24h，再进行重新扫孔、补灌；其灌浆资料应及早报送监理人、设计，以便根据灌浆情况及该部位的地质条件，分析、研究是否需进行补充钻灌处理。

(9)在大耗浆孔段，首先采用低压、浓浆、限流、定量限量、间歇的处理措施，灌浆压力与注入率必须相适应，短时间内压力升幅不得过大，变浆达到最大浓浆0.5:1时，限流20～30L/min灌注。限量原则为每个灌浆段长在首次灌浆过程中，耗灰量达到2t/m后，应间隔时间为8h，再次起灌仍以水灰比0.5:1浓浆灌注，压力为停灌前压力，如此循环，直至灌浆正常结束。若多次循环，单孔单段灌浆量达到10t/m后，仍没有减少灌注量的迹象，则应停止灌浆工作，并报告监理工程师，分析地质情况，查明耗浆原因，确定相应的泵送砂浆、泵送混凝土等处理措施。

3.14灌浆质量检查

检查孔施工在该部位灌浆结束3d~7d后进行，检查孔数量为不少于灌浆孔总数的5%，由现场监理工程师根据灌浆成果资料布设。检查孔压水试验采用单点法，检查合格标准为灌后透水率q≤3Lu，压水试验压力为灌浆压力的80%，孔段合格率应在85%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定的150%，且分布不集中时为合格。对于压水试验透水率值达不到标准的孔，必须进行补灌，并应再进行压水试验检查，直至合格为止。检查孔结束后，按固结灌浆要求进行灌浆，并按封孔标准进行封孔。检查孔质量检查采用地质钻机金刚石钻头取芯钻进；所取岩芯应按顺序装箱、编号、填写岩芯牌。钻孔完成后应进行岩芯编录、照相，并绘制钻孔柱状图。