高寒地区RCC重力坝固结灌浆工艺性试验

摘要：某RCC重力坝地处高寒地区 ,冬季寒冷且历时较长,曾观测到的极端最低气温为-49.8℃,多年平均气温为2.7℃。通过固结灌浆生产性试验，对设计灌浆施工参数及工艺流程进行试验，掌握更为合理的固结灌浆施工工艺，为后期的坝基固结灌浆做好充分的技术准备工作。

关键词：高寒地区；RCC重力坝；固结灌浆；工艺性试验

Abstract: a RCC gravity dam is located in high altitude, and took a long winter cold, have observed extreme minimum temperature is 49.8 ℃, the average temperature of 2.7 ℃ for many years. Through the consolidation grouting productive experiment, with grouting design construction parameters and process flow test, grasps the more reasonable consolidation grouting technology of construction, and the late for the dam foundation consolidation grouting make full preparation for technology work.

Keywords: alpine region; RCC gravity dam; Consolidation grouting; Technology test

中图分类号：TV543+.5文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

该水利枢纽工程大坝为RCC重力坝，最大坝高121.50m，全长1570.Om。水库总容24.19亿m3，调节库容19.18亿m3，水库正常蓄水位739m，死水位680m。该工程等别为Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型，大坝为1级建筑物，电站装机容量140MW。

全坝共分为83个坝段，均采用永久横缝，主河床及两岸岸坡坝段设置横缝间距为15m，两岸阶地坝段设置横缝间距为20m。主河床宽度138m，河床覆盖层厚为6～10.2m，岩性为第四系全新统冲积砂卵石层，下伏基岩为上石炭统变质砂岩。

二、试验目的

该试验的目的是验证设计提供的初步参数，从而达到确定最终施工参数的目的，通过工艺性灌浆试验论证坝基固结灌浆方法及在技术上的可能性，效果上和经济上的合理性；推荐合理的施工程序、良好的施工工艺、适宜的灌浆材料和浆液配合比；提供合理的孔距、排距、灌浆压力、灌浆机械设备等有关技术参数和优化意见。

三、试验区域及孔位划分布置

根据坝区实际地质情况并结合现场实际施工条件，试验区域选定在主河床坝段的32#、33#坝段，试验区段则选定在第25排、26排、27排，每排10个孔，总试验孔数30个，间排距同设计蓝图为3m×3m，梅花形布置，孔深按第III区的孔深15米实施。灌浆试验完成后布设两个检查孔。

四、固结灌浆试验

4.1 一般规定

固结灌浆采取分序加密的原则进行，设三排固结灌浆孔，先进行下游排，随后上游排，最后中间排的灌浆，固结灌浆分二序进行。两个坝段分别布设两个先导孔，先将先导孔自上而下分段钻孔压水，压水完成后进行岩体的声波测试，随后采用自下而上的方法进行灌浆，其它孔均按自上而下的方法灌浆。孔深15米的分三段压水，每段分别为3m、6m、6m，孔深为8米的每段分别为3m和5m，孔深为5米的采用一次性灌浆方法。

4.2灌浆浆液实验

根据监理人指示对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液进行试验，试验项目包含浆液配制程序及拌制时间、浆液密度、浆液流动性、浆液的沉淀稳定性、浆液的凝结时间（初凝和终凝时间）、浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性。

4.3．施工程序及技术要求

4.3.1工艺流程：放样 布孔I序孔钻孔I序孔灌浆I序孔封孔II序孔钻孔II序孔灌浆II序孔封孔检查孔。

灌浆时射浆管最末端应布置在距孔底0.5m处，在混凝土盖重区域进行灌浆时，在灌第一段时栓塞应下至混凝土距基岩面50cm处。当吸浆量较少时，一般不进行待凝，继续分段循环钻灌，当吸浆量较大时，需待凝至少24小时以上再进行下一段施工。

4.3.2造孔：采用液压钻机，灌浆孔孔径为Ф76mm，检查孔采用XY-II型回转钻机钻孔。孔径为Ф91mm。

4.3.3 钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验

（1）钻孔结束后，灌前对所灌孔段间的岩石裂隙进行单孔冲洗。冲洗时采取压力脉动冲洗方式，对串通孔则采用风、水轮换冲洗方式。冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa，冲洗结束标准为孔口回清水为止。裂隙冲洗至回水清净后10min结束，总时间单孔不少于30min，串通孔不少于2h。

（2）冲洗结束后，选择有代表性的孔段采用单点法进行压水试验。试验孔段不少于灌浆孔段总数的5%。压水试验的压力取值为灌浆压力的80%，且不大于1MPa，以流量达到稳定为标准。压水试验主要在灌浆孔施灌前和检查孔施灌后进行。先导孔和检查孔为常规压水，其数量为灌浆孔的5%，压力为0.3MPa（单点法），采用自上而下逐段压水，其压入流量的稳定标准为：在稳定的压力下每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，本阶段试验即可结束，取最终值为计算值，其余灌浆孔均作简易压水试验，压水时间20分钟，每5分钟测读一次压入流量，取最后的流量值做为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕容（Lu）。

4.3.4灌浆

压水试验或洗孔结束后及时对该孔进行灌浆。灌浆时采用孔内循环灌浆法，固结灌浆采用一泵一孔的形式，当出现邻近孔相互串浆时，则可采取群孔并联灌浆的方式，并联的孔数不多于3个。孔深为5.0m或8.0m的灌浆孔，采用自上而下灌浆法，先对混凝土和基岩接触段进行灌浆，接触端深入基岩深度不大于2.0m，再进行下一段（3.0m或6.0m）的灌浆；对于孔深15.0m的灌浆孔，先对混凝土和基岩接触段进行灌浆，接触段进入基岩深度不大于2.0m，以后部分采用自下而上分段灌浆，射浆管距孔底不大于0.5m。

制浆设备采用自制的高速搅拌机（1200转/min），浆液搅拌完成后通过滤网进入量筒后仍需低速搅拌，灌浆泵采用SGB6-10型三缸往复式注浆泵，输浆管路用Φ25mm高压皮管，灌浆泵和进浆管均须安装压力表，用以指导升压和随时验证压力传感器的可靠性，灌浆栓塞一部分采用直径65~70mm气囊式栓塞，使用高压空气压缩瓶提供压力，对气囊充填卡塞进行分段隔离，另一部分采用直径为68mm水囊式栓塞，采用手动试压泵对栓塞进行充填卡塞，经验证后发现水囊式比气囊式具有更好的适宜性和可靠性。

灌浆压力应尽快达到设计压力，但对于注入率较大的部位应分级升压。灌浆的浆液由稀至浓逐级变换。水灰比采用 2:1、 1:1、0.8:1、0.6:1和 0.5:1（重量比）五个比级，开灌水灰比采用2：1，其浆液配比见表一。

表一每罐（400L）浆液配比表

水灰比（重量比） 水：水泥 材料用量（kg） 浆液密度

（g/3） 备 注

水 水泥

2：1 360 180 1.29

1：1 315 315 1.5

0.8：1 296 371 1.59

0.6：1 270 450 1.71

0.5：1 252 504 1.8

浆液配比的变换原则如下：

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

浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改换浓一级水灰比。

注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

4.3.5 灌浆结束和封孔

灌浆结束条件为：灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于0.4L/min后，继续注浆30min，可结束灌浆。

封孔时遇孔深小于或等于8m时，采用导管注浆封孔法：全孔灌浆结束后，沉淀待凝24小时后，将导管插入到孔底，用灌浆泵向导管内泵入水灰比为0.5:1的浓浆，水泥浆自孔底逐渐上升，将孔内积水顶出孔外结束；待再次沉淀后，孔口采用M15水泥砂浆封孔。当孔深较深（大于15m），采用全孔灌浆封孔法：灌浆完毕后，沉淀待凝24小时后，用0.5:1的浓浆将灌浆塞卡在孔口进行纯压式灌浆封孔，待凝时间为30分钟；封孔压力采用第一段的灌浆压力为准，经重复多次沉淀后，待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余部分采用M15水泥砂浆封孔，并人工封填捣实。

4.3.6抬动监测

在进行裂隙冲洗、压水试验和灌浆施工过程中均应进行抬动监测。主要用百分表以相对抬动观测的办法进行检验设计灌浆压力的适宜性，当在A坝段进行灌浆施工时，将支架安装在B坝段，当在B坝段进行灌浆施工时，将支架安装在A坝段。

4.3.7特殊情况处理

灌浆过程出现的主要特殊情况是个别孔灌浆过程回浆变浓和串孔，均采取换用相同水灰比的新浆和变浓浆进行灌注，延续30分钟，即停止灌注。

五、灌浆成果分析及检查

5.1.32号坝段灌浆资料成果说明

该坝段共布置3排孔，孔数15个，灌浆进尺228m，总注入水泥2645kg，最大单注180.7kg/m，最小单注0.06kg/m，平均单注11.6kg/m，灌前透水率最大7.3Lu，平均1.06Lu，其中透水率q＜1Lu占80%，透水率q＞3Lu占8.9%，说明岩石较完整，但局部仍存在较大构造裂隙，造成个别吸浆量较大。

5.2.33号坝段灌浆资料成果说明

该坝段共布置3排孔，孔数15个，每孔深度都大于15米，灌浆进尺227.65m，总注入水泥12732kg，33-25-I-4第三段最大单注1490kg/m，33-27-I-4第三段最大单注464.00kg/m，最小单注0.1kg/m，平均单注55.9kg/m，灌前透水率最大47.2Lu，平均3.38Lu，其中透水率q＜1Lu占67%，透水率q＞3Lu占22%；从整个试验区来看，说明岩石较完整，但局部存在较大构造裂隙，造成个别孔吸浆量较大，吸浆量较大的是33-25-I-4和33-27-I-4孔，其桩号为坝0+601.00纵0+065.5~0+071.5，吸浆量大也是在两孔的第三段，大约在基岩面以下10~15米处。

从检查孔分析：灌浆试验完成之后，在试验区选定两个试验检查孔J-1、J-2进行压水试验检查，其中J-1做三段压水试验，第一段透水率为0.11Lu，第二段透水率为1.09 Lu；第三段透水率为0.05Lu ，J-2试验检查孔进行压水检查，其中第一段透水率为0.23Lu，每二段透水率为0.07Lu，第三段透水率为0. 06Lu，这两个孔检查透水率均小于1Lu，满足设计要求。检查孔合格率100%。

从单位注入率和耗灰量分析：透水率普遍不大，33号坝试验区单耗最大孔为Ⅰ序的33-25-4孔,其平均单注量达588.29Kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为5.41Kg/m；32号坝试验区Ⅰ序孔平均单位注入量为16.49Kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为4.41Kg/m；单耗从Ⅰ序孔到Ⅱ序孔变化明显,说明灌浆效果明显，达到了灌浆目的。

从灌浆压力看分析:设计灌浆压力满足施工要求,在规定压力下施工中,通过实际试验观测显示，在有盖重的条件时设计压力灌浆所产生的抬动值是零,说明不抬动。

六、结论与建议

根据目前所做的固结灌浆生产性试验工作，得出以下初步结论和建议：

（1）使用的钻孔设备和灌浆机具以及自动记录仪有较好的适宜性，机械式栓塞和气（水）囊式栓塞均具有操作方便，性能可靠的特点，能满足施工要求。

（2）抬动观测结果反映，压水、灌浆时抬动值均为零，混凝土盖板均未发现抬动现象，说明在设计最大灌浆压力下没有造成盖板抬动。

（3）造孔、裂隙冲洗、压水试验和灌浆等工艺配套合理，均能满足施工要求。

（4）采用自上而下分段灌浆，当灌入浆液尚未凝固时，在下一段冲洗过程中可能会对已灌段的质量产生一定的影响，如果要求浆液充分凝固，则需较长的待凝时间，对整体工期影响较大，并存在多次重复造孔而造成水泥浪费。自下而上分段灌浆法，适宜岩石较完整的部位，即能保证灌浆质量又可避免重复钻孔、冲洗及水泥浪费等问题发生，另外，在32#和33#坝段先导孔中采用了自下而上分段灌浆方式，卡塞灌浆均能正常进行，没有出现绕塞返浆和卡塞困难等情况，说明该部位岩石较完整，采用自下而上分段灌浆法切实可行。为此，建议后续灌浆施工在右坝段岩石较破碎的部位仍采用自上而下分段灌浆法。

（5）灌前简易压水的主要作用一是大致了解灌前岩石透水率，二是进行裂隙冲洗，因此，建议后续灌浆施工裂隙冲洗可结合简易压水进行。

（6）试验区灌后压水试验和声波测试的结果表明，灌浆质量合格，达到设计要求。

参考文献：

[1]张景秀.坝基防渗与灌浆技术(第二版)[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]夏可风.水利水电工程施工手册第一卷地基与基础工程. 中国电力出版社，2004.

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