簡(jiǎn)述混凝土面板堆石壩趾板段的固結(jié)灌漿試驗(yàn)

李國(guó)勝

(中科華圣(北京)巖土工程有限公司， 北京100070)

摘要：本文結(jié)合唐河水電站混凝土面板堆石壩段固結(jié)灌漿試驗(yàn)工程實(shí)例，介紹了固結(jié)灌漿試驗(yàn)的施工過(guò)程，對(duì)固結(jié)灌漿試驗(yàn)中出現(xiàn)的漏漿、孔距以及孔內(nèi)灌漿分段等特殊情況均提出了解決方案，并以固結(jié)灌漿試驗(yàn)及整體固結(jié)灌漿效果對(duì)提出的方案進(jìn)行了論證，旨在為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：固結(jié)灌漿試驗(yàn)；唐河水電站；趾板；壓水試驗(yàn)；波速測(cè)試

中圖分類號(hào)：TV543+.5

Brief Description of Consolidation Grouting Experiment of Concrete

Face Rockfill Dam Toe Board Section

LI Guo-sheng

(ZhongkeHuasheng(Beijing)GeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100070,China)

Abstract：In the paper, consolidation grouting experiment project example of concrete face rockfill dam section in Tanghe Hydropower Station is combined for introducing the construction process of consolidation grouting experiment. Solutions are proposed for special conditions in consolidation grouting experiment such as slurry leakage, hole pitch, grouting segmentation in holes, etc. The proposed solutions are demonstrated aiming at consolidation grouting experiment and overall consolidation grouting effect, thereby providing reference for similar projects.

Keywords：consolidation grouting experiment; Tanghe Hydropower Station; toe board; water pressure test; wave velocity test

1工程及地質(zhì)概況

唐河水電站位于山西省靈丘縣東河南鎮(zhèn)韓淤地村，采用混凝土溢洪道閘門(mén)和面板堆石壩結(jié)合擋水的形式，壩址以上控制流域面積457km2。

庫(kù)區(qū)屬于低山丘陵地區(qū)，壩基地層巖性主要為五臺(tái)群老潭溝組黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云角閃片巖、燕山期侵入變輝綠巖脈及變流紋巖。壩基巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性接觸關(guān)系復(fù)雜，風(fēng)化程度不均勻。強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3m，局部破碎帶或囊狀風(fēng)化深槽處厚5～12m，弱風(fēng)化層厚8～10m。

為了提高地基的承載力，提高巖體的抗壓強(qiáng)度與彈性模量，減少地基的變形與不均勻沉陷，滿足鋼筋混凝土面板的穩(wěn)定需求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行固結(jié)灌漿。在進(jìn)行固結(jié)灌漿之前，需要進(jìn)行試驗(yàn)，以確定灌漿方式、灌漿壓力等參數(shù)。

2灌漿試驗(yàn)方案

2.1試驗(yàn)孔布置

固結(jié)灌漿試驗(yàn)布置上下游兩排試驗(yàn)孔，共計(jì)10個(gè)，其中Ⅰ序孔6個(gè)、Ⅱ序孔4個(gè)。布置情況見(jiàn)圖1。

圖1　固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔位布置情況

2.2試驗(yàn)施工

a.工藝流程：測(cè)量放線→鉆機(jī)安裝→鉆機(jī)造孔→鉆孔沖洗→簡(jiǎn)易壓水→灌漿→封孔。

b.鉆孔：灌漿孔孔徑75mm，孔深為深入基巖8.5m，開(kāi)孔孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差小于10cm；鉆孔為垂直孔，鉆孔采用YGJ-100型潛孔鉆機(jī)；灌漿孔孔底偏差值不得大于1/40孔深。

c.裂隙沖洗：鉆孔結(jié)束后，用壓力水對(duì)裂隙進(jìn)行沖冼，沖洗時(shí)間可至回水清凈時(shí)或不大于20min時(shí)為止，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa。

d.壓水試驗(yàn)：簡(jiǎn)易壓水在裂隙沖洗后進(jìn)行，采用單點(diǎn)法；壓水試驗(yàn)的壓力為灌漿壓力的80%，每5min測(cè)讀一次壓水流量，其成果以透水率Lu表示。

2.3灌漿

a.灌漿設(shè)備：BW-250型灌漿泵、雙層攪拌桶、FEC-3000型三參數(shù)記錄儀，注漿管為鋼絲編織膠管，壓力表安裝在回漿管。

b.原材料：水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其品質(zhì)符合GB 175—2007的水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

c.制漿：水泥漿的攪拌時(shí)間必須大于3min，漿液自制備到用完的時(shí)間不宜大于4h。

2.4灌漿壓力

通過(guò)設(shè)計(jì)單位計(jì)算同時(shí)結(jié)合施工單位多年的經(jīng)驗(yàn)，固結(jié)灌漿試驗(yàn)壓力初步定為0.6MPa。

2.5灌漿方式

采用分段卡塞分段灌注的形式，先灌注下游排，再灌注上游排，排內(nèi)分二序施工；孔內(nèi)分2段灌注，段長(zhǎng)分別為3.5m和5m；水泥漿水灰比為3∶1、2∶1、1∶1和0.5∶1四個(gè)比級(jí)，采用3∶1開(kāi)灌，如遇裂隙大等特殊地層，則采用濃一級(jí)的水灰比起灌。

2.6漿液的變換原則及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

漿液的變換原則及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行控制。

2.7封孔

固結(jié)灌漿孔結(jié)束后，排除孔口的積水和污物，采用機(jī)械壓漿法封孔，孔口空余部分長(zhǎng)度如大于1m則采用壓漿法繼續(xù)封孔，如小于1m則采用砂漿人工封填密實(shí)，并抹平。

3試驗(yàn)遇到的問(wèn)題及解決方案

3.1灌漿壓力值

作為固結(jié)灌漿最重要的參數(shù)，壓力值的確定需要經(jīng)過(guò)“提出參數(shù)”和“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)”兩個(gè)階段。根據(jù)唐河水電站客觀地質(zhì)條件，既要將漿液很好地壓入地層的節(jié)理空隙中，使之充填緊密、凝結(jié)牢固，又不致使灌漿壓重抬動(dòng)或使巖石裂隙擴(kuò)寬，產(chǎn)生新的裂隙，使原有地質(zhì)條件惡化，發(fā)生新的問(wèn)題，在灌漿試驗(yàn)初期將壓力值定為0.6MPa。

在試驗(yàn)中采用SZ-001型抬動(dòng)觀測(cè)記錄儀配合灌漿試驗(yàn)確定灌漿壓力，灌漿過(guò)程中，按照初定壓力進(jìn)行灌漿，若發(fā)現(xiàn)趾板產(chǎn)生抬動(dòng)則降低灌漿壓力，尋找壓力臨界點(diǎn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)提出的壓力能滿足趾板不產(chǎn)生抬動(dòng)變形的要求，灌漿試驗(yàn)過(guò)程均以盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值為原則。

3.2漏漿措施

由于面板壩段固結(jié)灌漿孔距上游混凝土趾板邊緣僅1m，而上游排Ⅰ序孔之間的距離為8m，Ⅱ序孔加密后孔距也為4m，孔距趾板上游沒(méi)有任何蓋重，且基坑內(nèi)有水，在施工產(chǎn)生漏水和漏漿時(shí)無(wú)法進(jìn)行封堵，采用間歇、濃漿等措施達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，漿液不能有效擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)摸索，采取了以下措施：

在施工時(shí)首先對(duì)每個(gè)施工單元的全部固結(jié)灌漿孔及帷幕灌漿孔的混凝土與基巖的接觸面以下0.2m范圍內(nèi)進(jìn)行灌漿，在施工中采取限流、限壓及間歇灌漿的措施，并且灌漿時(shí)在水泥漿中摻入水泥重量3%的水玻璃，以便水泥漿盡快凝固以堵塞基巖與混凝土接觸面的縫隙，這樣可防止出現(xiàn)在正常灌漿時(shí)水泥漿流走導(dǎo)致的壓力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值或者壓力雖然達(dá)到設(shè)計(jì)值但是漿液不能有效擴(kuò)散的情況。

3.3孔內(nèi)分段

混凝土趾板對(duì)變形要求非常高。在完成基巖與混凝土趾板接觸部分的0.2m范圍內(nèi)的灌漿之后，防止了漏漿造成的壓力泄漏，而且相當(dāng)于增加了下部灌漿段的混凝土蓋重，可以使下部灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值。

因此關(guān)于孔內(nèi)分段，在完成上部0.2m的灌漿之后，剩余孔段的固結(jié)灌漿采用自上而下分段循環(huán)灌漿的灌漿方式，段長(zhǎng)變更為3.3m和5m，灌漿壓力均為0.6MPa，止?jié){塞在灌漿段頂高程之上0.5m。

3.4孔距的試驗(yàn)

固結(jié)灌漿試驗(yàn)在面板壩段布置了12個(gè)固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔，其中Ⅰ序孔5個(gè)、Ⅱ序孔5個(gè)，孔距為4m，排距為3m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)段透水率及水泥單耗分析

由表1數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)固結(jié)灌漿在按照預(yù)期試驗(yàn)方案和完成適當(dāng)調(diào)整后，在完成上序孔施工后，進(jìn)行下序孔的壓水試驗(yàn)和灌漿時(shí)，地層透水率和水泥單耗沒(méi)有明顯降低，而且從透水率與水泥單耗的關(guān)系來(lái)看，水泥單耗量相對(duì)偏低，因此可以推斷在該地層條件、設(shè)計(jì)孔距、設(shè)計(jì)壓力下采用分序加密沒(méi)有起到預(yù)期效果。

分析取芯孔的巖性，導(dǎo)致該結(jié)果的原因可能是由于趾板基礎(chǔ)以下3m為(全)強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，在進(jìn)行固結(jié)孔鉆進(jìn)時(shí)，(全)強(qiáng)風(fēng)化層在機(jī)械震動(dòng)時(shí)破碎成砂狀，灌漿時(shí)砂與水泥漿混合成砂漿導(dǎo)致地層的可灌性較差；另外，灌漿孔中間部位水泥漿液雖然有部分能擴(kuò)散到此部位，但是不能完全搭接成整體，對(duì)趾板基礎(chǔ)的固結(jié)作用和提高巖體強(qiáng)度作用不明顯。因此又在上下游19號(hào)與21號(hào)孔之間增加了2個(gè)Ⅲ序孔(見(jiàn)圖2)，在鉆孔時(shí)換用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。按照調(diào)整過(guò)的灌漿方式進(jìn)行灌注。

圖2　固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔位補(bǔ)充及檢查孔布置情況

4效果檢查及結(jié)論

4.1壓水檢查

完成試驗(yàn)段灌漿之后，在增加過(guò)Ⅲ序孔的部位布置一個(gè)檢查孔(JC-1)，在未布置Ⅲ序孔的部位也布置一個(gè)檢查孔(JC-2)(見(jiàn)圖2)。兩個(gè)檢查孔共進(jìn)行了6段壓水試驗(yàn)，壓水完成后進(jìn)行孔內(nèi)波速測(cè)試和水泥灌漿。由表2可知，加密孔距之后，透水率和水泥單耗有了明顯下降，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

表2　檢查孔JC-1、JC-2透水率與水泥單耗情況對(duì)比

4.2檢查孔取芯

在JC-1和JC-2鉆孔過(guò)程中采取取芯鉆進(jìn)，全孔取芯率92%，芯樣可見(jiàn)明顯的水泥夾層，完整性較好。

4.3灌漿前后彈性波測(cè)試分析

灌漿前對(duì)上游20號(hào)固結(jié)檢查孔進(jìn)行了單孔聲波測(cè)試，孔深9.4m，共測(cè)試了46個(gè)點(diǎn)，聲波范圍為1290~4081m/s，平均波速為2678m/s。灌漿完成后14d在對(duì)應(yīng)20號(hào)孔附近的JC-1檢查孔進(jìn)行了單孔彈性波測(cè)試，孔深9.1m，共測(cè)試了45個(gè)點(diǎn)，聲波范圍為1681~4878m/s，平均波速為3331m/s。巖體彈性波速較灌前提高了24%，效果明顯。

4.4試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)此次灌漿試驗(yàn)，在強(qiáng)風(fēng)化片麻巖地層中，在設(shè)計(jì)壓力0.6MPa條件下，考慮趾板的變形要求、灌漿對(duì)地層整體承載力提高程度后，固結(jié)灌漿孔距調(diào)整為2~3m是較為合適的。在與設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行溝通后，考慮到經(jīng)濟(jì)性，灌漿孔的孔距調(diào)整為3m，上下游各分兩序施工；灌漿壓力采用0.6MPa；孔內(nèi)分0.2m、3.3m、5.0m三段；其余按照試驗(yàn)方案提出的方法進(jìn)行施工。

在采用該試驗(yàn)所提出的灌漿方法及各個(gè)參數(shù)完成整體固結(jié)灌漿施工之后，質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的，說(shuō)明試驗(yàn)是成功的，是符合唐河水庫(kù)地層條件的。

5結(jié)論

a.在無(wú)蓋重或蓋重較薄的地段進(jìn)行固結(jié)灌漿可先采用灌漿手段制作蓋重，為蓋重之下的灌漿段提高灌漿壓力創(chuàng)造條件。

b.在進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)化片麻巖的固結(jié)灌漿鉆孔時(shí)，為了避免震動(dòng)造成巖石破碎成砂，盡量采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)成孔。

c.由于灌漿工程具有很強(qiáng)的隱蔽性，加上每個(gè)工程的地層巖性等條件不盡相同，因此每個(gè)工程的施工都不能照搬其他工程的設(shè)計(jì)參數(shù)，只能在灌漿試驗(yàn)階段依靠各工程參與方正確認(rèn)識(shí)每個(gè)工程的特殊性，共同面對(duì)灌漿中出現(xiàn)的特殊情況，才能使灌漿試驗(yàn)真正起到補(bǔ)充勘察、完善設(shè)計(jì)的作用。

參考文獻(xiàn)

DL/T 5148—2012. 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].