某拦河坝基础防渗工程中帷幕灌浆技术的应用

　　摘要：文章以一水利枢纽工程为例，阐述该水利工程拦河坝基础防渗工作中帷幕灌浆技术的应用，对其施工工艺进行了全面的分析。
　　关键词：拦河坝，帷幕灌浆，技术分析
　　一工程介绍
　　该工程是以防洪为主，结合发电，兼顾灌溉等综合利用的枢纽工程，坝顶高程164.2m，最大坝高84.2m，坝顶长256.0m，其中溢流坝段长78.0m，左岸非溢流坝段长96.0m，右岸非溢流坝段长82.0m。帷幕灌浆的目的是通过灌浆，提高坝基岩石的防渗能力，以最大限度减小坝基的渗漏及减小坝基扬压力，确保大坝的稳定性。该工程帷幕灌浆包括廊道内坝基帷幕、左右岸灌浆平洞帷幕以及廊道与灌浆平洞连接段帷幕。坝基帷幕灌浆设计为单排布置，孔距1.5m，分三序施工(I一Ⅲ一Ⅱ一Ⅲ一I)；帷幕灌浆孔共设计224孔，轴线总长约333m，钻孔总进尺约7333m，其中岩石灌浆长度约5751m，混凝土钻孔进尺约1582m；帷幕灌浆施工时，若有廊道，则在廊道内施工，无廊道则在顶上进行。坝基帷幕的设计防渗标准为透水率q≤3Lu。
　　二帷幕灌浆施工技术
　　1灌浆材料
　　（1）灌浆用水：符合JGJ63—2006的规定，拌浆水的温度不高于40％。
　　（2）灌浆水泥：①必须符台规定的质量标准，不使用受潮结块的水泥；②强度等级采用42.5R的普通硅酸盐水泥；③水泥不能存放过久，不使用出厂超过3个月的水泥。
　　（3）外加剂：在水泥浆液中掺入的速凝剂、减水剂、稳定剂等外加剂的质量符合SL62—94(水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的规定，其最优掺加量通过室内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。
　　（4）掺合料：在灌浆浆液中如果要掺人砂、黏性土、粉煤灰等掺台料，各种掺合科质量符合JCJ63—2006的规定。
　　2制浆
　　（1）材料必须称量，称量误差小于5％，水泥等固相材料采用重量称量法。
　　（2）水泥浆液搅拌时间：使用普通搅拌机时间不少于3min0，使用高速搅拌机时间不少于30s。浆液在使用前用筛过滤。从制备至用完的时间要少于4h。
　　（3）集中制浆站制备水灰比为0.5:l的纯水泥浆，输送浆液流速为1.44～2.0m/s。各灌浆点按来浆密度，根据各灌浆点的不同需要进行浓改稀后使用。
　　（4）拌制细水泥浆液和稳定浆液，应加入减水剂和采用高速搅拌机，高速搅拌机搅拌转速大于1200r/min(r为转动一周)，搅拌时间通过试验确定。细水泥浆液的搅拌，从制备至用完的时间少于2h。
　　（5）灌浆浆液浓度按由稀到浓、逐级变换的原则进行。浆液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级。开灌水灰比采用5:1。
　　（6）废浆废水的处理方法是：设置污水处理池，污水池内的沉淀物采用机械或人工清除。
　　3帷幕灌浆施工程序
　　坝基帷幕灌浆施工在混凝土达到设计要求的强度，同时在相同部位固结灌浆施工完成且经检查合格后进行。同一单元内先施工先导孔，然后各次序孔按分序加密的原则进行钻灌，帷幕灌浆采用循环式施工。
　　（1）布孔
　　根据设计图纸要求布置。布孔采用全站仪进行钻孔控制点整体放样，然后根据控制点，逐孔定好孔位，孔位偏差不超过4-10cm。施工时，用钢卷尺重新校测，逐孔复核孔位。
　　（2）钻孔
　　①坝基帷幕灌浆孔采用SGZ—m型地质钻机进行造孔，金刚石钻头钻进。
　　②廊道内斜坡段受场地限制，采用12cm×12cm方木搭设钻孔施工作业平台。搭设平台后，造成支撑钻塔的高度不够，为方便作业，利用在洞顶相应位置通过风动钻孔后，埋设预先加工好的顶钩升降钻具，顶钩采用d=32mm的II级螺纹钢制作。
　　③坝基帷幕灌浆孔开孔孔径110mm，钻至1.5～2.0m后，用水泥砂浆埋设预先加工好的d=89mm孔口管(长1.5~2.0m)，待凝后，常规灌浆孔采用孔径56mm(先导孔及检查孔采用孔径76mm，保留岩芯)进行自上而下分段施工，除第一段段长(坝体混凝土与基岩接触段)为2.0m外，其余各灌浆段为5.0～6.0m，终孔段段长不超过8.0m。钻孔的终孔深度应满足设计要求，孔内沉渣不得超过20cm。
　　④钻机安装必须平正稳固，保证孔向准确，钻进时采用较长的钻具并适当控制钻进压力等可靠的防斜措施。钻孔施工过程中采用KXP—I型测斜仪进行分段测斜，发现偏斜值超过要求应及时纠正或采取补救措施。
　　⑤钻孔应按设计图纸统一编号，并按规定的施工次序分段进行施工。孔位偏差不得大于10cm。
　　⑥钻灌分三序施工，钻孔和灌浆必须按分序加密的原则进行，相邻两个次序孔之间，岩石中的钻灌间隔高差应不小于15m后，方可开始后次序孔的岩石钻灌施工。
　　⑦钻孔过程中，应对岩层以及孔内情况(混凝土厚度、涌水、漏水、断层、破碎带、塌孔、掉块、掉钻、岩层变化等部位的深度及有关地质现象)作详细记录，查明原因，经处理后再继续钻进。钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均加木塞妥善保护，以防其他杂物和污水人孔。
　　⑧钻孔终孔深度按设计计算的孔深进行控制，另外结合各单元设置的先导孔压水试验情况以及揭露的地质情况，对本单元灌浆孔终孔深度加以调整，先导孔孔深应低于帷幕底线5.0m。
　　(3)洗孔
　　帷幕灌浆孔各灌段在钻孔完成后先进行钻孔冲洗，孔内残存的沉积物厚度应小于20cm，再进行裂隙冲洗。裂隙冲洗采用压力水脉冲法进行冲洗，直至回水清净为止；若孔口无回水，则洗孔时间应不少于15min。对于破碎带、断层夹泥的灌段，采用脉冲法或气、水联合冲洗。
　　（4）压水试验
　　为便于了解相应部位的地质条件和岩层分布情况，在帷幕灌浆开始前，按灌浆孔数的10％选择先导孔，先导孔应为I序孔，每单元设置1个先导孔。先导孔和检查孔各孔段钻孔完成后，采用孔内栓塞法自上而下分段进行压水试验。各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前进行简易压水，简易压水结合裂隙冲洗进行。
　　压水试验在裂隙冲洗后，先导孔采用单点法进行压水试验，试验压力为灌浆压力的80％，并不大于1MPa。检查孔采用五点法进行压水试验，第一、二段次三级试验压力为0.2、0.4、0.6MPa；第三段次以下三级试验压力为0.3、0.6、1.0MPa。
　　先导孔和检查孔应测定稳定地下水位，地下水位的稳定标准：每5min测读1次孔内水位，当水位下降速度连续2次均小于5cm／min时，以最后的观测值作为稳定地下水位值。
　　压入流量的稳定标准：在达到设计的稳定压力下每4min测读1次压人流量，连续4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，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值，检查孔压水试验三级压力中的最大压力值(即第三阶段压力)及其相对应的压人流量计算的透水率作为该试段的透水率，其成果用透水率q表示。
　　（5）灌浆
　　①灌浆方法与方式：除先导孔采用栓塞法自上而下分段灌浆法外，常规孔采用孔口封闭自上而下分段灌浆法，孔内循环式灌注，即孔口封闭器安设在孔口，自上而下分段钻进，逐段灌浆的方法。射浆管管口距孔底不得大于0.5m。
　　②灌浆压力：灌浆压力根据帷幕灌浆试验情况，以及施工会议要求，补做了2个孔的抬动试验，第一段灌浆压力由原来的0.8MPa增大到1.0MPa，抬动值均小于150um，后续施工各灌段灌浆压力拟按表1执行。
　　
　　表1灌浆压力值
　　③接触段灌浆后需待凝24h后方可进行下一工序的施工。除遇断层、破碎带等不良地质情况，孔口出现涌水或灌入量超过100kg/m的灌段，灌后需待凝8h外，其余各灌段灌浆后不待凝。
　　④在灌浆施工过程中定时监测浆液比重，以判断配比的准确和浆液变浓的程度。
　　（6）浆液变换
　　①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，灌浆工作持续，不得改变水灰比。
　　②当某一比级的注入量已达到300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级灌注。
　　③当注人率大于30L／min时，可根据具体情况适当越级变浓。
　　④灌浆时，当改变浆液后，如灌浆压力突增或吸浆量突减，应立即查明原因，采取相应的处理措施。
　　（7）灌浆结束标准及封孔
　　在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60min；或注入率不大于1.0L/min时，继续灌注90min，灌浆即可结束。
　　封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”进行，即终孔段灌浆结束后，利用原灌浆管灌入水灰比为0.5:1的浓浆，置换孔内稀浆，直至孔口返出浓浆时止，之后提升灌浆工作管，待灌浆工作管全部提出后，向孔内补入0.5:1的浓浆，最后在终孔灌浆压力值下，进行纯压式封孔灌浆1h。待孔内水泥浆凝固后，灌浆孔上部空余部分，使用水泥砂浆人工封填密实。
　　4灌浆特殊情况的处理
　　①灌浆工作必须连续进行，若因故中断，按照下述原则进行处理：第一，应及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔，再恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，应进行扫孔，再恢复灌浆。第二，恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓继续灌注。第三，恢复灌浆后，如注入率较中断前少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。
　　②灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。
　　③灌浆过程中如遇回浆变浓，须换成相同水灰比的新浆进行灌注，若效果不明显，采用该孔段的灌浆压力延续灌注30min，即可停止灌注。
　　④孔口有涌水的灌浆孔段，在灌浆前应测量记录涌水压力和涌水流量，根据涌水情况选择缩短段长、提高灌浆压力、浓浆结束、屏浆、闭浆、纯压式灌注、待凝以及适时加入水玻璃等速凝剂、压力灌浆封孔等措施综合处理。
　　⑤遇灌浆段注入量大，灌浆难于结束的，可采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注，适时在浆液中掺入速凝剂等措施处理。该段经处理后需待凝后扫孔，重新依照技术要求进行复灌，直至结束。
　　⑥钻孔过程中注意地层变化，遇有断层、破碎带，地下涌水及其他异常现象，应慎重处理。

《某拦河坝基础防渗工程中帷幕灌浆技术的应用》

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