岩基固结灌浆技术

岩基固结灌浆技术（精选4篇）

岩基固结灌浆技术 篇1

1 工程简介

金平水电站位于四川省甘孜藏族自治州的康定县境内、大渡河左岸支流金汤河干流中游, 为金汤河干流梯级开发的第一级水电站, 混合式开发。坝址位于子龙沟口下游2.9 km处的园岩窝, 至金汤河河口公路里程约50 km, 距康定县城107 km。

金平水电站以发电为主, 兼顾生态环境用水。水库正常蓄水位为3 090.00 m, 死水位为3 037.00 m, 总库容2 380万m3, 调节库容2 030万m3, 具有季调节能力。电站装机2台, 总装机容量10万kW。

枢纽建筑物主要由碾压沥青混凝土心墙堆石坝、左岸竖井溢洪道、右岸放空及生态输水建筑物、右岸引水建筑物及右岸地下厂房等组成。首部枢纽由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸取水口及左岸竖井溢洪道等建筑物组成, 碾压沥青混凝土心墙堆石坝坝顶高程为E.L.3 093.50 m, 坝轴线长268.00 m, 最大坝高91.50 m。大坝基础河床段覆盖层固结灌浆工程量见表1。

2 膜袋式固结灌浆施工技术

2.1 施工程序及灌浆施工工艺流程

膨胀膜袋式固结灌浆施工工艺流程见图1。

固结灌浆施工遵循逐渐加密的原则进行, 在分组及排序上遵循先外后内的原则, 先灌上、下游最外边的I序孔, 而后向内逐渐加密。同一排上灌浆孔的施工, 应依照设计规定的次序进行。同一次序的孔可以同时施工。不同次序的孔, 后一次序的灌浆孔段应在前一次序的灌浆孔灌浆结束后进行。

2.2 灌浆孔分序

大坝固结灌浆分为I序和II序孔, 孔排距为1.5 m, 孔距为1.5 m。

一个坝段或一个单元工程内, 同一排上相邻的两个次序孔之间, 灌浆的间隔高差不小于15 m。

2.3 钻孔

2.3.1 钻孔孔径

(1) 普通灌浆孔采用冲击器跟管钻进, 孔径均为Φ146;

(2) 检查孔为方便取芯, 采用金刚石回旋钻进跟管至设计孔深后进行膨胀膜袋式“孔内阻塞、自下而上分段”法灌浆, 孔径为Φ127;

(3) 其余膜袋堵塞灌注法孔径均为Φ146。

2.3.2 钻孔段长

固结灌浆钻孔分段长度采用自上而下分段。第一段 (接触段) 为5 m, 第2段为5 m, 第3段为5 m。

2.3.3 钻孔方法

根据不同钻孔要求, 采用硬质合金钻头冲击回转跟管钻进和金刚石钻头回转钻跟管钻进两种方法。

(1) 设备。选用XY-2回转钻机和锚固钻机LK70, TTB200/12高压灌浆泵。

(2) 机具。CIR90、CIR70冲击器、Ф127金刚石钻具。

(3) 钻进参数。硬质合金钻头冲击回转钻进的钻进参数见表2。

2.3.4 钻孔保护

各灌浆孔和灌后检查孔钻孔结束后, 孔口应妥善保护, 严防污水、污物流入孔内。

2.4 钻孔冲洗及压水试验

2.4.1 钻孔冲洗

灌浆孔全孔钻孔结束后, 用风水联动进行全孔一次性冲洗, 冲洗压力:风压采用10%～20%灌浆压力, 并不大于0.5 MPa。

2.4.2 压水试验

(1) 固结灌浆孔灌浆前的压水试验应在钻孔冲洗后进行, 试验孔数不少于灌浆总孔数的5%。单点法压水试验按DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》附录A执行。

(2) 灌前的压水试验I序孔按单点法压水方式进行, II序孔按简易压水方式进行, 压水压力为灌浆压力的80%, 但若该值大于1 MPa时, 采用1 MPa;, 压水20 min, 每5 min测读一次压入流量, 取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值;

(3) 质量检查孔使用单点法进行稳定压水试验;

(4) 吸水量的稳定标准:在设计压力下, 每5 min测读一次压入流量, 当试验成果符合下列标准之一时, 试验工作即可结束, 以最终流量读数作为计算流量:1) 连续四次读数, 其最大值与最小值之差小于最终值的10%;2) 其最大值与最小值之差小于1 L/min。

(5) 压水过程使用灌浆自动记录仪记录。

(6) 压水试验成果以透水率q表示, 单位为吕容 (Lu) , 其计算公式为:0

式中:q—试段 (基岩) 透水率 (Lu) ;

Q—压入流量 (L/min) ;

P—作用在试段内的全压力 (MPa) ;

L—试段长度 (m) 。

2.5 灌浆配置

2.5.1 灌浆设备机具性能要求

(1) 灌浆施工配备高速搅拌机、低速搅拌机、灌浆泵、自动记录仪、压力表、灌浆管路、耐蚀阀门、孔内阻塞器、比重计、温度计等灌浆所需设备与器材;

(2) 浆液搅拌机的搅拌能力与灌浆泵的排浆量相适当, 并能保证均匀、连续地拌制浆液;

(3) 灌浆泵采用三缸以上活塞式高压灌浆泵, 容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5倍, 其压力摆动范围不大于设计灌浆压力的20%, 并应有足够的排浆量和稳定的工作性能。必要时, 安装随机配置的稳压装置;

(4) 灌浆管路采用钢丝编织胶管, 能承受1.5倍的最大灌浆压力, 并保证浆液流动畅通;

(5) 压力表量程与各工序作业使用的压力相适应, 使用压力宜在压力表最大标值的1/4～3/4之间。灌浆现场配备不同量程的压力表, 压力表应经常检查其灵敏度, 并定期进行率定, 不合格的和已损坏的压力表严禁使用。压力表与管路之间应设有隔浆装置, 以防止浆液进入压力表中, 使压力表损坏或失灵;

(6) 灌浆泵和进浆管宜安装压力表;

(7) 灌浆自动记录仪应经有关部门鉴定, 能测记灌浆压力、注入率和浆液比重。使用过程中应按厂家要求放置干燥剂, 并定期更换, 以防电子元件受潮。经率定的灌浆自动记录仪与传感器, 一仪一器不能互用, 必须换用时, 需重新率定;

(8) 所有灌浆设备应注意维护保养, 保证其正常的工作状态, 并有充足的备用量。

2.5.2 灌浆设备机具配置

灌浆施工设备及机具配置:TTB200/12高压注浆泵、JJS-2B双层储浆搅拌桶、中大华瑞灌浆自动监测系统、量程2.5 MPa～10 MPa压力表、高压钢丝编织灌浆管、高压耐蚀阀门、灌浆膨胀模袋、比重称、婆梅氏比重计、温度计等。

2.6 灌浆

2.6.1 灌浆方法和方式

(1) 灌浆方法。1) 固结灌浆孔采用膨胀膜袋式“孔内阻塞、自下而上分段”法灌注为主;2) 此时灌浆孔 (全孔段) 采用膨胀膜袋 (见图2) 式“孔内阻塞、自下而上分段”法灌注, 即先将灌浆孔跟管钻进至设计孔深, 全孔一次性洗孔后, 完整、精确的下入整孔各段次的灌浆膨胀膜袋及射浆管路 (各段次灌浆管路做好明显标志) 。最后按照“孔内阻塞、自下而上分段”法进行各段次的灌浆;3) 检查孔采用金刚石回旋钻进跟管至设计孔深后进行膨胀膜袋式“孔内阻塞、自下而上分段”法灌浆;4) 施工图有明确规定时, 应按施工图规定执行;5) 灌浆方式:采用纯压式的灌浆方式, 射浆管口距孔底距离不大于50 cm;

(1) —各段膨胀模袋阻塞; (2) —第一段灌浆管及模袋注浆管; (3) —第二段灌浆管及模袋注浆管; (4) —第三段灌浆管及模袋注浆管; (5) —孔底射浆管及支撑管。

2.6.2 灌浆段长划分

灌浆段长划分见表3。

2.6.3 灌浆压力

(1) 各灌浆孔段的灌浆压力

大坝基础覆盖层各灌浆孔段的灌浆压力按表4控制。

(2) 灌浆压力以进浆管压力表读数为准, 压力表读数以中值为准, 压力表指针摆动范围小于灌浆压力的20%, 摆动幅度应做记录。灌浆自动记录仪应记录间隔时段内灌浆压力的平均值和最大值;

(3) 特殊情况下不宜按规定灌浆压力灌浆时, 除非设计另有规定, 否则应事先报请监理工程师批准。

2.6.4 浆液比级及变换

(1) 灌浆浆液以普通纯水泥浆液为主;

(2) 浆液水灰比。1) 普通纯水泥浆液水灰比 (重量比) 采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等4个比级;2) 开灌水灰比采用2∶1;3) 灌前钻孔失水、不起压等孔段根据现场实际情况可采用0.5∶1的浓浆开灌。

(3) 浆液变换。1) 灌浆过程中, 灌浆压力保持不变, 注入率持续减少, 或当注入率不变而压力持续升高时, 不得改变浆液水灰比;2) 满足下述条件之一时, 应变浓一级水灰比灌注:条件一:注入量大于300 L, 且灌浆压力不变;条件二:灌注时间已达1 h, 且灌浆压力不变、注入率无显著改变。3) 当注入率大于30 L/min, 视具体情况可越级变浓水灰比。4) 灌浆过程中, 每隔10～15 min测记一次浆液密度, 浆液变换及灌浆结束时测记浆液比重。

2.7 灌浆结束标准

满足下述规定时, 灌浆段可结束灌浆:在设计规定的压力下, 当吸浆量不大于1 L/min后, 继续灌注30 min, 之后即可结束灌浆工作。

2.8 封孔

每段次灌浆结束后, 机械压入于当前段次孔内占浆相等 (不得小于孔内占浆) 的0.5∶1浓浆, 置换孔内稀浆并封闭进浆管里。待接触段灌浆结束后采用干缩砂浆封平孔口。

3 结语

四川甘孜州金平水电站大坝基础是覆盖层, 只能采用Φ146冲击器根管钻进才能成孔, 用膨胀膜袋进行孔内阻塞, 才能采用“自下而上分段”法灌浆。采用膨胀膜袋式固结灌浆比常规灌浆节约水泥20%～30%, 降低了成本, 经济效益可观。

摘要：大坝基础固结灌浆采用膜袋式灌浆, 经过近几年来的研究和工程应用, 此技术发挥了巨大的作用, 取得了良好的经济效益。文章通过固结灌浆采用膜袋式灌浆设计及其性能研究和施工实际应用, 介绍膜袋式灌浆的施工技术。

关键词：大坝基础,膜袋式,固结灌浆

岩基固结灌浆技术 篇2

固结灌浆是在岩石节理裂隙发育或有破碎带的基础上进行改善,以提高其物理力学性能,实现基础加固效果的施工技术。堤坝本身自重较大,且上游面有水压力及渗透水压力作用,因此堤坝对基础的要求很高。工程中,通过灌浆工程,采用含水泥的浆液将裂隙和破碎带进行黏结填充,使岩体均匀性和整体性提高,降低岩石透水性,进而使岩体获得较高物理力学性能的提升,如抗压强度和弹性模量提高、变形和不均匀沉降减少等,保证堤坝的基础安全。

在实际堤坝工程中,基础防渗灌浆帷幕上游先进行固结灌浆,对基础加固后,再进行防渗帷幕灌浆,固结灌浆和帷幕灌浆共同作用,保证堤坝基础的承载力、稳定性及防渗效果。本文讨论的就是基础防渗灌浆帷幕上游的固结灌浆的施工工艺及注意事项。

堤坝基础固结灌浆加固区域的确定,主要考虑基础的地质情况和基础岩体的物理性能,如岩体的完整情况、应力条件、大坝的形状等因素。本文讨论的是基础防渗灌浆帷幕上游基础灌浆,其一般在坝址上游趾板范围内进行固结灌浆。

1固结灌浆施工工艺

基础防渗灌浆帷幕上游固结灌浆孔上有趾板混凝土,该区域固结灌浆应该在帷幕灌浆施工前完成。固结灌浆按照分序加密原则进行,通过控制孔深、浆液水灰比、灌浆压力等因素,实现基础加固。

1.1固结灌浆试验

在堤坝基础地质情况比较复杂的地区,固结灌浆前一般需要进行固结灌浆试验,以了解地质情况,进而可以科学地确定固结灌浆的相关技术参数,如孔深、孔距、排距、灌浆次序及压力等,为固结灌浆施工方案的编写提供数据支撑,保障堤坝基础加固施工的合理性。

1.2灌浆孔布设

本文讨论在堤坝防渗灌浆帷幕前(上游)趾板混凝土上进行固结灌浆,固结灌浆后还进行防渗帷幕灌浆,灌浆区域相对小,因此工程上灌浆孔孔序一般采用1～2排两序布孔,孔位在帷幕孔外侧,孔间距离一般为2.5～5 m,灌浆孔排距可以选择和孔距一样,或略小于孔距,采用梅花形布设。如果堤坝基础地质条件复杂,工程质量要求高,则灌浆孔采用多排3序布孔。

1.3钻孔和冲洗

固结灌浆孔的孔深是一个重要参数,孔径大小和成孔方式的确定都和孔深相关。目前,灌浆孔的孔深没有统一的标准或者计算公式进行确定,实际工程往往通过固结灌浆试验,综合考虑各种情况来确定。有些工程,参考相类似工程经验对固结灌浆孔深进行确定。

根据经验,防渗灌浆帷幕上游固结灌浆,灌浆孔深多为6～15 m范围的中深孔,孔径常采用50～65 mm,使用钻孔机械一般为架钻或大型风钻。

本文讨论固结灌浆是在趾板混凝土范围内进行,因此,在混凝土趾板浇筑时需要先按照设计孔位进行导管预埋,以防止钻孔破坏混凝土内部钢筋、检测等相关结构。钻孔前,应该对灌浆孔进行统一编号和分序,按照先序孔到后序孔的逐序顺序进行施工,记录好现场资料并及时整理资料。

钻孔结束后,孔中会有岩屑、泥质,如果不清理,将对灌浆效果造成不良影响。因此,在灌浆前,应该进行裂隙冲洗。裂隙冲洗采用有压力水进行,冲洗压力一般控制为灌浆压力的80%,且最大值不大于1 MPa,冲洗直至回水清净。如果地质条件良好,则采用单孔冲洗;地质条件为岩石破碎、裂隙发育、空隙相通,则采用群孔冲洗,但注意不能采用群孔串联的方式进行冲洗。群孔冲洗效率高,但对设备需求量大,施工过程控制也要求较严。

1.4浆液配置使用

灌浆浆液的配置采用分2种情况:如果地质情况相对好,无较大裂缝发展或地下溶洞,则采用纯水泥浆液;否则先采用水泥砂浆进行灌注,等砂浆凝结后并满足灌注纯水泥浆液要求,再换成水泥浆液灌注。

一般来说,大坝选址偏向于选择地质条件较好的区域,因此坝前防渗灌浆帷幕上游固结灌浆一般采用纯水泥浆液,若遇局部大裂隙,则根据情况采用水泥砂浆灌入填充裂隙,再变换水泥浆液灌注。

纯水泥灌浆浆液遵循先稀后浓的原则,灌浆过程采用不同的水灰比,根据注浆量变换水灰比,目前工地采用的水灰比多为4个比级,即水灰比分别为2、1、0.8、0.6 (或0.5);如果裂隙较多,可采用1、0.8、0.6 (或0.5) 3个比级。使用过程一般按照先采用大水灰比灌注,有些工地甚至采用水灰比为5的水泥浆液开始灌注。当灌浆量达到换浆要求,再变换小水灰比的水泥浆液灌注,以提高灌注效果。

纯水泥浆灌注的施工过程控制,应该注意几点要求:①灌浆压力应尽快地达到变浆压力规定值。②注意确定灌浆变级的标准,分2种情况:如果灌浆注入量达到300 L以上,则可以进行浆液变级;如果灌浆持续时间20～30 min,则也应该进行浆液变级。③当岩石裂隙发育时,会导致水泥浆液注入率过大。工地—般认为当注入率大于30 L/min时,为提高灌浆效率,则考虑越级变浓。

1.5简易压水试验

固结灌浆不需要是岩石裂隙灌浆,目的是加固基础,形成的帷幕带只是辅助防渗,因此不需要所有孔全压水。为了解灌浆孔的裂隙发育情况,建议在灌浆前,先进行压水试验。压水试验孔数最低限制按照总孔数的5%进行,如果岩石渗水严重和吃浆量大,则压水试验孔应增加数量。简易压水试验严格控制压水压力、压水时间和压水注入量,并做好试验记录,为后续灌浆质量检查提供参考。

1.6灌浆压力控制

灌浆压力原则上是越大,则灌浆填充半径越大,裂隙填充越密实,灌浆效果越好。但过大的压力,当超过混凝土盖板重力,将可能导致盖板上台出现裂缝,或者产生串浆、冒浆等灌浆事故。因此,工程要限制灌浆压力。按照经验,灌浆压力的选择一般根据盖板厚度、灌浆方法,结合帷幕灌浆压力进行确定,以提高灌浆效果。

1.7灌浆施工方法

固结灌浆灌浆一般采用循环式灌浆方式,灌浆过程中,水泥浆液在搅拌机一注浆管一回浆管一搅拌机的回路中循环进行灌注,浆液的流动性将避免水泥沉淀,有利于保证灌浆质量,因此目前循环式固结灌浆在工地上大量使用。

基础防渗灌浆帷幕上游进行固结灌浆,该处的趾板混凝土混凝厚度一般设计为0.5～1 m,灌浆孔深—般为5～10 m的中深孔,因此采用分段式灌浆。

(1)采用自上而下分段灌浆法。当对灌浆质量要求较高,但工期要求较宽松,可以采用这种方法。此方法采用分段钻孔灌浆的方式进行灌浆,先钻灌上部灌浆段,再进行下部灌浆段的钻灌。灌浆结束后,应该采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔。这种施工方法容易控制灌浆压力,灌浆质量效果容易保障,但进度相对慢。

(2)采用自下而上分段灌浆法。大多数工地采用这种方法进行灌浆,其好处为有利于把控灌浆进度,但灌浆质量不如自上而下灌浆质量效果好。此方法按照设计深度要求一次性成孔,先进行下部段的灌注,下部段灌浆结束后,将灌浆塞上提灌注上部段,继续进行灌浆。灌浆结束后,应该采用置换和压力灌浆封孔法进行封孔。此方法施工工艺衔接顺畅,施工效率高。

1.8灌浆结束标准

固结灌浆结束标准指标主要是单位水泥浆注入率和时间。灌浆压力作用下,水泥浆液慢慢填充岩石裂隙,水泥注入率会慢慢减小,当孔段的水泥浆液注入率小于0.4 L/min,并且持续30 min,那么该孔段的灌浆达到结束标准。在灌浆过程中,由于灌浆孔段长度不等,岩石裂隙发育不均,注入率大于1 L/min的标准不太科学严谨,不能反映所有岩石裂隙是否已经灌满,将有可能影响灌浆质量,因此有的工程将规定的注入率调小,比如采用不大于0.1或0.2 L/（min·m)的注入率作为灌浆结束标准。

1.9灌浆质量效果检查

灌浆封孔结束后,应该对灌浆质量进行检查,检查的方法有很多种,工地主要采用钻检查孔进行单点法压水试验。如果工地有条件,可以采用测定围岩灌浆前后的弹性波波速或弹性(变形)模量的方式检查质量效果。此外,地质条件复杂且重要工程地段有的会采用声波、地震波或电磁波CT层析成像,但对设备技术要求较高。通过检查,如果发现不合格孔,则可以采用相应措施,如设置加密孔,对该不合格区域进行灌注,以保证灌浆质量。

本文总结工程常见灌浆质量检查经验,重点讲述操作相对简单、对仪器依赖比较小的常用检查方法。

(1)整理、分析灌浆资料,验证灌浆效果。如果灌浆质量良好,那么各次序孔的单位注入量和透水率整体上应该是Ⅰ序孔比Ⅱ序孔小。因此,工地有时候可以通过整理分析灌浆资料中的单位注入量和透水率等灌浆记录数据,按照类似工程经验,评定灌浆效果。

(2)钻设检查孔检查。通过分析灌浆资料,选择单位注入量大的地段或认为灌浆质量有疑问的地段布设检查孔,然后进行压水试验和灌浆,通过试验数据和灌浆数据判定灌浆质量。

检查孔的钻设灌浆,考虑到灌注的水泥浆液的强度增长有时间要求,应该在检查孔部位的灌浆孔灌浆结束后不少于3d后进行,检查孔压水试验采用的是简易压水试验方法,压力选择同部位同高程的灌浆压力的80%,压水试验过程注意如实记录试验数据。压水试验结束后,通过记录分析压水实验数据，判定灌浆质量是否合格。

目前,有些工地,除了进行检查空压水试验对灌浆质量检查外,还通过分析检查孔灌浆单位注入量,即要求和单位水泥浆液注入量均小于某一规定数值的双重标准判定灌浆质量。该检查方法对固结灌浆质量的检查更为科学严谨,但施工工期长。

2 灌浆特殊情况处理及其他注意事项

2.1特殊情况及处理

2.1.1基础岩石表面冒水

在有大量冒水的情况下,必须采取措施处理,否则将浪费水泥,且严重影响灌浆的质量。如果遇到基础冒水,应该及时处理冒水地点,常采用降压限流处理,待符合灌浆条件后,再恢复正常灌浆。

2.1.2冒浆或者串孔

由于基础地质情况一般难以完全估计,基础之上即使有混凝土趾板,但也经常发生串孔或者趾板边缘冒浆现象,这些现象的发生将会影响灌浆的质量,因此必须采取措施进行处理。冒浆和串孔的处理措施有很多,技术也很成熟,应根据工程条件选择。

(1)采用低压灌浆法。冒浆或串孔一般由于裂隙贯通,灌浆压力过大产生,因此可以通过降低灌浆压力、采用浓浆液的方法进行处理。冒浆严重的时候,应直接去除压力,依靠浆液自重进行灌浆,甚至加入砂或速凝剂等,加快冒浆封堵速度。冒浆封堵后,再逐步提高灌浆的压力,按正常规定继续进行灌浆。

(2)采用限制进浆量法。通过上述方法还不能封堵冒浆,那么应该限制进浆量,降低灌浆注入率,增加灌浆时间,让浓浆在裂隙中逐渐沉积凝结封堵住裂隙。之后,再逐渐提高灌浆压力,恢复正常灌浆。

(3)采用间歇灌浆法。采用浓浆、低压灌浆,发现冒浆处出现浓浆时,则暂停灌注。间歇十几分钟再行灌浆,反复停灌至冒浆停止,且压力可恢复达到规定值后,再进行常规灌浆。

2.1.3灌浆中断

固结灌浆过程中,为保证灌浆水泥浆液凝结的连续性,尽量防止灌浆中断。某些特殊情况导致灌浆中断,则应该尽快恢复灌浆。灌浆的浆液采用开始灌浆时的低浓度浆液,灌浆发现注入率达到中断前水平,直接更换中断前浓度的浆液进行灌注。

2.2其他施工注意事项

(1)固结灌浆施工采用一个孔一台灌浆机进行灌注,如果裂隙发育贯通,灌浆发生串孔,灌浆孔吸浆量小,则可以考虑采用并联灌浆,并联孔数最多3个。多孔灌注严禁串联,以防灌浆压力小于设计值，影响灌浆效果。

(2)固结灌浆容易造成趾板或者盖板出现抬动而出现裂缝,因此在灌浆施工区域内应设置观测抬动装置,实时检测控制灌浆压力。

(3)爆破的冲击力将影响灌浆的效果,在灌浆浆液强度稳定前,严格禁止爆破。根据规范和经验,爆破作业距离灌浆施工的地段不能小于30 m。如果必须爆破,则应该对爆破作业采取控制爆破质点振动速度等措施,尽量减少对灌浆的影响。

(4)灌浆施工过程中,要实时记录灌浆资料,对灌浆压力严格控制,按照要求变换浆液配级。

3结语

固结灌浆属于隐蔽关键工程,施工质量的好坏影响大坝的安全性能,一旦堤坝基础出现问题,则有可能造成不可估量的严重后果。因此,作为技术人员,应该通过对施工技术的全面掌握和严谨实施来保障堤坝基础施工质量。本文通过对堤坝防渗灌浆帷幕上游固结灌浆的施工技术进行阐述,明确指出施工的具体工艺及注意事项,旨在指导工程技术人员科学合理组织施工,全方位地保障堤坝基础工程质量,交出精品工程。

参考文献

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[7]李晓磊.观音岩水电站特殊地质条件下的固结灌浆方法分析[J].四川水利,2012(Z1):42-44.

岩基固结灌浆技术 篇3

二滩电站坝基建基面在1994年底已经全部出露。根据设计要求,部分进行有盖重灌浆,部分进行无盖重灌浆。考虑到混凝土施工工期紧,要保证按期蓄水发电,必须缩短灌浆工作的时间占经业主、设代和监理共同研究并进行多种方案的比较论证后,决定实施无盖重灌浆。由承包商提出具体的实施无盖重灌浆的施工方案,并将施工方法说明提交工程师审批。二滩大坝是一座高拱坝,实施无盖重灌浆,无疑将给国内水电工程中例行灌浆方法提供新的思路。无盖重灌浆的提出与大面积实施,将明显减少基础、处理与混凝土浇筑之间存在干扰的矛盾,同时可起缓和工期紧张的作用。无盖重灌浆是在岩基面上直接进行钻孔灌浆作业,其工作先于混凝土浇筑,不会对混凝土浇筑产生干扰。坝基面出露后就可进行灌浆作业,当某一坝段完成灌浆作业并经检查认可后,就可在该坝段连续进行混凝土浇筑作业,不会发生浇筑停顿过长的情况。无盖重灌浆有利于表面裂隙漏浆的堵漏和其他异常情况的判断及处理,并可根据实际暴露的地质条件和灌浆情况调整孔位及灌浆参数。但是,无盖重灌浆也有其自身的弱点,因没有混凝土盖重于所以对表层基岩进行灌浆时,只能采用低压进行。根据二滩电站实际的岩体状况,表面一般采用0.5 MPa～0.7MPa,以免基岩上抬破坏岩体完整性,由于灌浆压力较低,故表层0m～3m岩基灌浆效果往往不能令人满意。纯压式灌浆在灌浆施工中,按照浆液在孔中的流动方式,可区分为纯压式灌浆和循环式灌浆两种。根据合同规范要求,在二滩电站坝基基础处理中采用了自下而上的纯压式灌浆方法。

纯压式灌浆的浆液进入孔内后,即不能再返回灌浆泵来。除地基空隙吸收的以外,剩余的浆液便留在孔中。纯压式灌浆施工的操作简单,设备结构也不复杂,可方便地在坝面上移动。与循环式灌浆方法的比较各有利弊。

2 无盖重纯压式灌浆的应用

二滩拱坝坝基共分39个坝块。:位于河床中央的20#、21#、22#坝块长约59m,宽约20m;向两岸长度逐渐递减,左坝肩1#坝块和右坝肩39#坝块,长仅20m,宽20m。

2.1 灌浆孔布置

根据坝基基础处理固结灌浆设计要求,灌浆分A区:(孔深8m)、B区(孔深13m).C区(孔深18m)和特殊灌浆的D、E、F等区(孔深18m～25m),孔径为56mm。一序孔的孔、排距为6m;二序孔的孔距3m,排距为6m;三序孔后,A、B、C等区形成3m×3m的方格形布置:D、E、F等区加密形成3m×3m的梅花形布置。根据坝基应力分布特点;将坝基分为重点区和非重点区。廊道中心线上、下游各3m范围内和坝趾10m范围内为重点区;要求其灌后效果达到坝基岩石单位吸水量不大于1L;其他为非重点区,在高程1 130m以下;单位吸水量应不大于3L,高程1 130m以上,单位吸水量应不大于5L。重点区50%的孔将用管引至坝后,待混凝土达一定盖重后进行高压灌浆。

2.2 灌浆施工工艺流程

二滩坝基处理全部采用纯压式灌浆,并使用了配套的自动记录设备。从设备、工艺流程二施工状况之灌浆效果检查和资料分析可知;采用这种方式灌浆是比较成功的。固结灌浆钻孔施工所用的钻机设备主要为回旋式冲击钻。常用类型有Montabert CFL67潜孔钻、Atlas Roc409A和Atlas Roc742HC冲击回旋钻。CFL67钻机固定于脚手架上,一般实际施工进尺为20 m/(台·班)～25m/(台·班)。如果孔内有水时,5m以下就难以往下钻了,所以除非受地形条件限制外,一般不用。在地形较平坦或搭脚手架方便的地方,一般都采用Roc409A;或Roc742HC钻机,钻孔效率高,可钻孔深也大大增加。据二滩工程实际钻孔资料统计,因受地形和灌浆进度影响,钻孔速率前者为50 m/(台·班)～70m/(台·班),后者为100 m/(台·班)～130m/(台·班)。钻孔过程中,要求对出现的异常情况(如岩粉颜色、钻进速度的骤变、沉钻等)做好记录,以便在灌浆时作为参考。因是采用纯压式灌浆,不需太大的孔径,所采用的钻孔直径一般为5lmm。

灌浆工艺流程是由施工顺序、材料选择、浆液配制、设备配置、机组操作、钻孔冲洗以及压力选择等有机地结合在一起来完成的。

施工顺序:根据逐渐加密,由内至外的“围、挤、压”灌浆原则,逐序进行灌浆。以每一坝段为一灌浆单元,先钻一序孔,待一序孔完成,方可以进行后序孔的钻灌作业。在坝基开挖出露后,经过适当的清理,就可进行灌浆孔的钻孔作业。因峡谷地区岸坡较陡,钻机都在脚手架上作业,为减少钻机的大范围往返移动和脚手架的频繁搭拆,工程师同意承包商可以按一个坝段内的地质分区作为小的灌浆单元进行钻、灌作业,逐区完成整个坝段的灌浆作业,然后以整个坝段的检查作为一个验收单元。

钻孔冲洗:固结灌浆钻孔,采用冲击钻钻机,钻孔岩粉多,冲洗十分重要。按合同规定,要求采用气水联合冲洗,直至孔内返出的水清澈为止;在灌前要求采用压力水冲洗裂隙(即简易压水法),压力一般为1MPa,压水时间约10min～15min,以充分润湿裂隙,并尽可能冲走孔附近裂隙中的异物,发现可能的漏浆点应及时处理。

灌浆材料及浆液配比:根据合同文件规定,二滩坝基固结灌浆所用水泥标号为525号,由于灌浆目的是提高岩石的强度及其整体性,一般不用膨润土等黏土材料,要求只用新鲜合格的水泥造浆,浓浆中需加入适量的减水剂。灌浆所采用浆液浓度一般为2∶1.1∶1、0.7∶1、0.5∶1等几种浆液配比,最常用的为1∶1和0.7∶1的浆液。灌浆一般从稀浆开始,在遇有大吸浆量时,可根据吸浆量的多少或单位吸浆量的大小来决定是否改比。灌浆所用浆液不得超过1h,浆液温度不得超过40℃,否则视为废浆,不得使用。

灌浆孔分段及压力选择:灌浆孔分段一般根据孔深不同分为2段～3段,一般表层5m为一段,5m以下的孔段小于8m段长的则为一段,大于8m段长的按5m～10m一个段长的原则相对均分为两段。根据孔段数不同,从基岩表面开始,一序孔压强一般为0.5MPa、1 MPa、1.5 MPa;二序孔一般为0.7MPa、1.5MPa、2.0MPa;三序孔一般为:l.0MPa、2.0MPa、2.5MPa。灌浆压力是决定灌浆效果的重要因素,在可能的情况下,宜尽可能采用较高压强,并要求灌浆压强波动不超过规范规定的幅度。

抬动监测:在有混凝土压重处,特别是对有足够混凝土厚度的区域,一般不需要进行抬动监测,仅在无混凝土盖重、置换混凝土区域或混凝土厚度不足以弥补上抬压力的区域,才进行抬动监测。在二滩采用了两种方法控制:一是在灌浆区域布点,由在远离此区域的测量基准点上进行测量控制,这是一种非常精确的控制方法;二是在灌浆区域比较均匀地钻几个远深于灌.浆范围的孔,插入锚杆,并在底部一段灌浆,然后在表层安设仪表于锚杆上,在灌浆的同时测读仪表读数,并同时视仪表读数调整灌浆压强,这种方法不及前一种精确,但简便易行,能满足监控要求。

结束标准:在设计灌浆压力下,当吸浆率小于或等于0。4L/min时,持压30min,即可结束灌浆;在吸浆率为零时,持压时间不少于10min,即可结束灌浆。如果灌浆结束时,浆液初凝达不到标准而发生回浆,则必须重新处理,以达到要求。

2.3 右岸玄武岩灌浆及改进措施

由于右岸玄武岩的隐微裂隙发育,完整性和均一性都较差,且裂隙间充填有滑石、方解石、皂石和绿泥石等,致使灌浆效果不理想,往往出现吸水不吸浆的现象。右岸的38号坝段、34号坝段先于右岸玄武岩的其他坝段灌浆,在灌浆前后进行的压水试验结果显示都有一定的吸水量,但在灌浆时却大都吸浆微量。38号坝段平均耗灰量仅5kg/m～15kg/m,34号坝段平均耗灰量10kg/m～20kg/m。

根据合同要求,在帷幕中心线的上、下游各3m范围内以及坝趾周围10m范围内,压水试验检查的单位吸水量应不大于1L在其他范围内,高程1 130m以下的单位吸水量应不大于3L,高程1 130m以上的单位吸水量应不大于5L。据灌后进行的压水试验检查中所获得的数据分析,其值大多数都不满足上述要求。对声波孔原位扫孔后复测声波及对检查孔声波测试的波形曲线分析看出,有较多段数声测值偏低,不满足合同要求达到的4500m/s以上的波速值。从上述情况可见,右岸玄武岩地区灌浆是不令人满意的,未达到设计要求,必须采取其他措施。为了提高坝基固结灌浆效果以及解决基础处理和大坝混凝土浇筑之间的干扰,参考了二滩国际特别咨询团的咨询意见喜在不耽误工期的情况下采取了以下措施:

1)调整孔的角度。据岩体裂隙走向,由竖直孔改为倾斜孔,基本垂直于建基面。调整后原孔距不变,这有利于灌孔穿过更多的裂隙,以利灌浆充填裂隙,同时可起加密孔的作用,在保证原灌浆深度范围的情况下,减少孔深。

2)系统增加增补孔。右岸玄武岩地区岩石破碎,隐微裂隙发育,增补了孔的数量和密度,并对增补孔提高灌浆压力。从灌浆统计数据看,增补孔提高了灌浆效果。

3)使用超细水泥。考虑到细微裂隙发育,采用了比面达8 000cm2/g以上的超细水泥,用于右岸部分增补孔及引管孔的灌浆。通过对灌浆单位耗灰量分析,较普硅525#水泥的单位耗:灰量有所增加,声波测试结果也证明灌浆效果有改善。

4)引管有盖重灌浆。对于廊道中心线上、下游各3范围内和坝趾10m范围内50%的孔,引管至坝后,其他三序孔、增补孔及检查孔也引管至坝后。在棍凝土盖重达到一定程度后,通过引管进行有盖重高压灌浆。这种灌浆方法可使隐微裂隙在高压作用下部分张开,并对其他闭合裂隙起到压密作用,从而达到较好的灌浆效果。

5)从廊道、贴角弥补。从基础廊道及贴角范围内可对重点区进行检查,如果不合格,还可以钻孔进行有盖重灌浆来弥补,从而保证重点区的灌浆质量。另外,从某些坝段的横向廊道中也可打辐射孔对非重点区的灌浆质量情况进行检查和补强。

4)表层有盖重高压引管灌浆

由于无盖重灌浆对表层一般采用0.5MPa～0.7MPa的低压灌浆,据压水试验和声波检测结果分析,基岩表层0m～3m范围内大多不合格。另外,由于基础开挖后基岩暴露,表层岩石应力释放也是造成不合格的原因之一。

引管灌浆的目的,是为了尽量不影响混凝土工期和在大坝混凝土二期冷却未完成不能施钻的情况下采取的一种措施。这种方式可增大灌浆压力,特别是可通过这种方式对岩基表层进行高压灌浆。在二滩固结灌浆施工中,由于受地形、工期的影响,一、二序孔基本上采用了无盖重灌浆。从检查结果看,表层0m～3m的范围内不合格率较高,这主要是因没有盖重,灌浆压强低,灌不密实所致。在一些坝段采用了三序孔5m以下无盖重灌浆,5m以上引管至坝后,进行有盖重灌浆。因右岸坝段多数处在玄武岩蚀变带地区,将三序孔全部改为引管孔,并将增补孔也定为引管孔广并进行有盖重灌浆。在混凝土盖重达到一定厚度并有一定龄期后,对引管孔进行高压灌浆。三灌浆压强不低于3MPa;混凝土厚度一般不少于20m,龄期不低于28d。参考国内外一些工程的实践经验,采用1∶1浆液起灌,在达到一定吸浆量后,改为0.7∶1浆液。对于通过引管进行灌浆的孔,由于基岩已进行了先期灌浆,即使在高压情况下一般也不会出现特大吸浆量的情况。因此,一般不允许中断灌浆,在灌浆工作前必须做好充分准备。在灌浆前至少准备两个阀门开关,以便在灌浆结束后关闭开关,延长闭浆时间,保证高压灌浆后浆液不回流。在灌浆的同时应进行抬动监测,保证混凝土的整体性以及与基岩的黏结性不受到破坏,如果有抬动,则降低灌浆压力。

3 质量检查

在二滩坝基的固结灌浆质量检查中;主要依据压水试验和声波测试结果以及对灌浆资料进行分析对比。根据试验资料及成果分析对灌浆质量进行综合判断,决定是否增加灌浆孔或采取其他措施。

3.1 压水试验和声波溅试

在吸浆量大或认为灌浆质量有问题的区域,钻设检查孔进行压水试验,检查固结灌浆效果,钻孔数量一般为灌浆孔的5%。

在某坝段或工程师同意的某一区域为灌浆单元的灌浆作业完成3d后,方允许进行检查孔的钻孔作业。压水试验压力采用1MPa,压水试验完成后,对单位吸水量进行分析。对声波测试孔也进行压水检测。由于声波测试孔是按各坝段具有代表性的岩性条件布置的,因此都采用多阶段压水,一般分为灌前压水和灌后扫孔压水,采用自上而下的压水方法。压力一般是0m～5m采用0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa,5m以下采用0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa,有盖重的区域都采用0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa。据压水试验数据作出压力—单位吸水量曲线,据之判断岩层裂隙特点,进行灌浆前后结果的对比分析,为灌浆施工及效果检查提供参考。检查孔压水试验完毕后进行灌浆;其单位注入量的大小也作方检查面结灌浆的一个指标。

对于有盖重引管灌浆的灌浆质量检查,主要通过在贴角打辐射孔及基础廊道帷幕灌浆一序孔进行压水试验和声波测试。检测资料分析表明,不合格的概率已大为减小,基本可满足灌浆质量要求。引管高压灌浆在一定程度上能弥补无盖重灌浆的不足。在重点区孔段合格率按90%控制,其他区域按80%控制,其余不合格孔段指标值不能超过相应区域设计值的50%。

3.2 资料分析

通过对检查孔取出岩芯的采取率、裂隙情况、浆液结石密实度、强度、黏结度等进行观测及试验,从观测结论及试验数据来评判固结灌浆的质量。对灌浆耗灰量进行统计分析做出相关特性曲线及单耗柱状图,按序归类,对灌浆效果进行评价。在16#坝段,虽然有一条走向NE25°的绿泥石化玄武岩带,但从资料分析来看,灌浆效果还是令人满意的。34#坝段处于右岸玄武岩地区,隐微裂隙发育,单位吸浆量不太大,经检查,多数吸水不吸浆,声测资料也不理想。经综合比较后,采取了增补孔、增加引管孔等措施,取得了一定的效果。22#坝段则完全采用了无盖重灌浆,检测后对不合格区域增设灌浆孔,并立即进行灌浆作业,在混凝土浇筑前经再次检查合格。21#坝段,灌浆后经检查不合格,对局部不合格的区域和不满足要求的表层增加于比较多的增补孔,但因混凝土浇筑在即而没有对这些增补孔立即灌浆,而是引管至坝后,在混凝土达到一定高度后通过引管进行有盖重的高压灌浆。灌浆完成3d后,基岩钻孔检查、压水试验和声波测试的结果都比较满意,与灌浆耗灰量资料对比分析的结论基本一致。

4 结语

固结灌浆技术在水电站中的应用 篇4

1.1 固结灌浆技术原理

所谓的固结灌浆技术就是将一定比例的流动性胶质泥浆通过钻孔压入到岩层的裂缝中, 经过胶结和硬化后提高整个岩层的强度, 此种技术还可以改进岩石基础的整体性和抗渗性, 在水电工程得到了广泛的应用, 目前所使用的灌浆主要是水泥浆。

1.2 固结灌浆技术措施的方法

1.2.1 分段灌浆

此种方式是一种从上至下度分段钻孔灌浆的技术。目前在水电站工程中固结灌浆和帷幕灌浆多为此种技术措施。特点是:当达到设计深度的时候并达到一定条件时灌浆即告结束, 完成一段灌浆后方可进行下一段落施工。

1.2.2 止浆塞灌浆

此种方式是一种从下至上的分段灌浆的措施。灌浆前成孔是一次成型达到设计深度, 并进行压水试验, 然后从孔底开始向上灌浆, 利用止浆塞和膨胀塞对灌浆进行分段, 使得整个灌浆分为若干段, 直至孔底。

1.2.3 分期灌浆

此种方式虽然和分段法相似, 首先在施工范围内设计规则间距的孔, 先进行钻进至第一灌浆深度, 而后从岩石的顶部进行灌注, 采用的是低压以此加密灌浆孔, 直至最上面的灌浆段达到预计的强度;然后再将另一组孔钻进到第二阶段, 从岩层顶部利用高压进行灌注。根据钻孔的深度还可以再进行第三次钻进和灌注, 直至最深的灌浆段才达到最大压力。

2 固结灌浆技术在水电站的应用

固结灌浆的技术施工简单, 施工的成果可以满足大部分水电站工程的基础加固需求, 因此在水电站工程中应用广泛。下面就以某工程时间为例进行说明:

2.1 固结灌浆的工艺流程 (如图)

2.2 钻孔布置

施工中按照设计的孔径施工, 孔深进入岩层为电站基础固结灌浆措施按照前期的勘测结果决定采用的是分段灌浆的技术措施, 因此在灌浆孔布置时采用1、2两个排序, 孔间距为3×3m, 各个排在分为两序施工, 设置为梅花形。具体的施工中可根据实际的地质情况进行调整。

2.3 成孔施工

施工中按照设计的孔径施工, 孔深进入岩层为8m, 且成孔方向为设计图纸要求。质量控制要求其成孔的深度与设计深度的差距为20cm内。成孔的时候应按照孔位设计的图纸进行, 并对区域、排等做好标记, 放样中保证开孔的位置与设计差距在20cm内, 开孔角度偏差小于2°。施工中完成钻孔后应经过监理工程师的检验, 合格后对其进行保护。钻孔的次序应与设计的灌浆次序一致, 同一个灌浆区不相邻的方可同时施工, 下一次成孔必须在上次序施工完成后方可进行, 避免对岩层的过度破坏。成孔时, 如果遇到特殊情况应进行停工并上报待问题解决后方可继续施工。

2.4 灌浆工艺

在施工中安全设计要求对同排固结灌浆孔分为两个次序加密, 先对1序孔灌注然后是2序孔。2序孔应在周边的1序孔施工完成封口后方可进行施工。固结灌浆采用的是一孔一泵的原则, 而如果灌注孔与其他孔串通且串孔符合灌浆条件是可以同时灌注, 但最多不能超过三个, 并随时监控压力。

分段灌注的原则, 此次灌浆是分段施工, 设计分段, 基础下3m范围的岩体应进行接触段灌注, 即将8m的孔分为3、5m两段。在灌注方式上则采用的是自上而下的分段灌浆技术。

2.5 清孔和压水试验

实施灌浆前应对施工完成的钻孔进行清理, 采用自上而下的分段灌浆时, 每个灌浆段落完成后都需要对孔壁进行清理。利用导管通入大量的水对孔内进行彻底的清理。直至孔内返出的水变清为止。清孔后内部残余的沉积物应控制在20cm内。另外, 在分段灌浆中还应对裂隙进行清理, 裂隙清理的措施是脉动式清理, 必要是应采用风机与灌注清水相结合的方式完成, 对裂隙清理的时间不应小于30分钟, 同时配合简易的压水试验, 并做好试验记录。同时空隙较多的区域应适当的增加水压和风压, 以此保证其清理的质量。对与群孔裂隙进行清理的时候应控制其不能集中进行, 以防止对岩层产生次生破坏。

通常冲洗清孔的压力应控制在80%的灌浆压力范围, 如果需要压力超过1MPa的时候就应采用1MPa的风洗措施, 此时的压力应为灌注压力的50%。完成灌注段钻孔清理后, 此钻孔就应当立即进行灌浆作业。如果中间出现了中断的情况且超过了48小时, 则灌浆前应再次进行裂隙清理。

2.6 灌浆压力的控制

灌浆中压力的控制也是十分重要的技术指标, 接触段和注入率较大的孔段应采用逐级增压的措施逐步达到设计压力。具体的操作以压水试验的压力为参考, 按照0.05MPa为一个级别逐级增加, 分级升压的时候每一个级别也应保持15分钟。如果存在串通孔和多孔灌浆时, 分别控制灌浆压力, 同时加强基础的抬动检测, 防止原有的基础出现破坏。灌浆的时候为了防止前阶段施工的成果安全, 必须控制压浆压力和注入率。具体的参数可以按照试验结果进行。

2.7 灌浆的灰水比控制

灌浆前应对采用的灰水比进行测试, 即在相关人员的监督下进行试验性灌注, 并且对灰水比进行调整, 直至到达设计的标准。并记录当时采用的灰水比以备施工应用。制备站应按照试验所产生的灰水比进行水泥浆的配置, 并按照灌注的实际要求采用不同级别的混合灰水比配置水泥浆。

2.8 灌浆完成标准和后续处理

在施工中如果单孔灌浆段在规定的与压力下持续灌注, 注入率小于1L/分钟时, 持续灌注半小时, 就可以认定灌注工作完成。然后就进入到封孔阶段, 此时固结灌浆孔的封闭采用的是全孔封闭, 在灌注完成后, 利用浓度较高的水泥浆对孔内的泥浆进行置换, 直接在孔口进行封闭灌浆, 分开压力为最上段的灌浆压力。单元工程完成后应对抬动观测孔和物探孔等进行封孔处理, 其封孔的要求与固结灌注封孔工艺是相同的。

3 工艺控制要点分析

固结灌浆技术虽然工艺较为简单但是在施工中仍需对以下环节进行重点控制, 这样才能达到基础加固的目标。

3.1 成孔的工艺控制, 成孔是应对放样进行质量控制, 保证其位置与图纸相一致, 开孔的位置与设计的位置差异不等超过相应的标准。因为外界因素而改变孔位的应上报监理和相关部门备案, 征得同意后方可钻孔并记录位置;固结钻孔孔的斜度也应控制在设计允许的范围内, 以满足施工要求;钻孔的过程中如出现地质缺陷的时候应记录孔内的事故情况, 并上报进行分析;灌注后的取芯孔获得率应满足大多数成孔的质量要求, 并符合技术规范的要求。

3.2 灌浆的要点, 灌浆孔段在冲洗清理的过程中应保证按照技术标准进行, 而施工中的阻塞位置、分段长度、灌注管与底部距离、灌浆顺序、灌浆压力、灌浆灰水比等等都应当按照事先的设计图纸进行, 并保证符合技术要求。灌浆的检测和记录应保证完整。灌浆的质量检测应按照相应的规范执行, 如出现问题应及时进行处理, 保证整体合格率。

摘要：固结灌浆的技术施工工艺较为简单, 质量控制相对容易, 而其对基岩加固的效果较好, 尤其是可以通过水泥浆的配置来达到提高基础抗渗水的能力, 因此在水电站工程中的到了广泛的应用。在实际的应用中虽然其技术方法较多, 但是分段灌浆在工程中应用较多, 且技术措施成熟。本文以某工程为例对分段固结灌浆技术在水电站工程中的应用进行了简要的介绍。

关键词：固结灌浆,技术措施,钻孔清孔,灌浆施工,质量控制

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