竖井固结灌浆超前钻孔预埋灌浆管、灌浆与混凝土浇筑同步进行施工技术的运用

摘 要：固结灌浆是为了改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能而进行的灌浆工程，在水利水电工程中应用较为广泛。超前钻孔预埋灌浆管、灌浆与混凝土浇筑同步进行的施工方法在察汗乌苏水电站调压井竖井固结灌浆施工中的应用取得了良好的施工效果，节约了施工成本，提高了施工效率，确保了施工质量和安全。

关键词：察汗乌苏水电站；调压井竖井；固结灌浆；超前钻孔；预埋灌浆管；灌浆与混凝土浇筑同步进行

1.工程概述

察汗乌苏水电站工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭勒蒙古自治州和静县内的开都河上，是开都河中游河段水电规划九个梯级中的第七个电站。调压井布置在引水隧洞末端和压力钢管洞首端间，采用阻抗、地埋式布置，竖井为圆形断面，开挖直径30m，井顶高程1672.30m，井底高程（隧洞段底板高程）1593.20m，垂直高差达79.1m，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度从顶至底分别为1.5m、2.0m、2.5m，2006年至2007年间施工完毕。

竖井围岩主要为微风化～新鲜岩体，仅上部有少量弱风化岩体，岩体中断裂构造不发育，主要为小断层及裂隙，岩体完整性较好，多呈中厚层状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，断裂带或裂隙密集带为Ⅳ类，稳定性较差～基本稳定。其中Ⅱ类约占15%，Ⅲ类约占65%，Ⅳ类约占20%。

2.灌浆设计

竖井固结灌浆为有盖重固结灌浆，设计孔垂直于基岩面布置在整个井壁上，竖直方向排距3m，排内间距3.14m（按圆心角12°布设），梅花型布置，孔深入基岩5m，钻孔孔径为38mm。按环（排）间不分序、环（排）内加密不分序、自下而上分层的原则全孔一次性施灌。

3.施工方案选择

竖井常规的有盖重固结灌浆的施工方法主要有：

⑴混凝土全部浇筑完成后采用搭设满堂红排架集中进行造孔、灌浆施工。该施工方法施工周期长、排架搭设难度大、工作量大。

⑵混凝土全部浇筑完成后采用吊篮集中进行造孔、灌浆施工。该施工方法施工周期长、吊篮数量多或移动次数多、吊篮固定难度大、安全隐患突出。

⑶混凝土浇筑过程中按照上部进行混凝土浇筑，下部进行灌浆造孔、灌注施工。该施工方法一是因钢筋制安、混凝土浇筑、灌浆造孔、浆液灌注等工序同步进行会造成井内交叉作业频繁、危险源多、安全隐患突出，若在各工序部位增设防护措施，则因竖井断面大、垂直高差大而辅助工作量大，实施困难。二是制浆站、供风站布置难度大，若布置在竖井顶部，则会因经过钢筋制安和混凝土施工区域而致使管路损坏几率大，况且风管穿过施工区域安全隐患大；若布置在竖井底部，首先是由于施工场地狭窄而无法布置，其次是高差大，施工管路布设长造成设备负荷大，设备维护保养成本高。

因此，受该竖井断面尺寸大、垂直高差大的特点影响，若采用常规的有盖重固结灌浆施工方法进行施工，则存在施工周期长、施工成本高、安全隐患突出等缺点。

鉴于以上原因，为了克服竖井施工作业交叉频繁、安全隐患突出等缺点，本着“降低工程施工成本、加快工程施工进度、确保工程施工安全”的原则，将竖井固结灌浆采用超前钻孔预埋灌浆管、灌浆与混凝土浇筑同步进行的施工方法进行施工，具体如下：

⑴为确保灌浆孔不因锚杆注浆时浆液串浆堵孔，竖井开挖分成两个半幅进行，高度按3m一层控制，在一个半幅的一层开挖和锚杆支护全部完成后进行钢筋网挂设时就开始进行固结灌浆孔造孔（混凝土喷护前将孔口堵塞即可）。造孔时操作人员直接站在地面上或利用锚杆支护搭设的移动式平台进行操作，取消了满堂红排架的搭设或吊篮的布置。为给预埋灌浆管提供嵌入支点，钻孔时孔口20cm深度钻孔直径为45mm。

⑵混凝土浇筑按固结灌浆孔上1m处进行分层。在钢筋制安完成后立即进行验孔工作，孔位验收合格后立即预埋灌浆管，预埋管为φ45mmPVC软管，一端嵌入孔内20cm，用锚固剂将孔壁周围封堵密实，防止浇筑的混凝土浆液堵塞预埋管，另一端延内侧钢筋在混凝土结构内向上伸出混凝土分层的施工缝表面并做好标记以便后期灌浆。预埋灌浆管采用绑扎方式牢固固定在结构钢筋上。若验收时发现有塌孔、堵孔现象，则先扫孔验收后进行管路预埋。

⑶根据混凝土配合比试验结果，混凝土强度达到设计强度的50%需要3～4天，而该竖井每层混凝土施工时间基本在7天，每层混凝土内有一排固结灌浆孔，所以，待混凝土强度满足要求且在上层混凝土浇筑前在混凝土分层的施工缝表面平台上进行固结灌浆灌注施工，取消了施工排架的搭设或施工平台的布置。

4.施工技术创新点

⑴开挖支护施工过程中超前钻孔预埋灌浆管。

⑵预埋灌浆管上引最大限度地减少混凝土永久外露面孔洞。

⑶预埋灌浆管上引在混凝土分层施工缝平台上灌浆，规避了侧壁灌浆施工操作平台的搭设以及模板拆除后侧壁无法找出灌浆管管口现象的发生。

5.创新施工方法取得的成效

该竖井通过超前钻孔预埋灌浆管、灌浆与混凝土浇筑同步进行的施工技术的成功运用，不仅取消了施工排架的搭设、减少了辅助工作，而且规避了交叉作业带来的安全风险，降低了施工成本，加快了施工进度，同时确保了工程的施工质量和安全，取得了良好的效果。

⑴施工工期方面。经过施工技术的实施表明，每层固结灌浆造孔进尺为150m，锚杆插杆注浆完成后在钢筋网挂设时就开始进行固结灌浆孔造孔，安排3台YT28气腿钻机造孔，在喷护混凝土完成前即可完成固结灌浆孔的造孔；灌浆在混凝土分层的施工缝平台上实施，在最后一层混凝土浇筑完成5天后即完成了固结灌浆施工。所以，该施工技术比常规的有盖重固结灌浆施工方法缩短了近1个月的工期。

⑵施工质量方面。采用预埋管上引在混凝土分层施工缝平台进行灌浆，灌浆后封孔在混凝土施工缝处，不在井壁永久混凝土外露面，确保了混凝土的外观质量。该竖井通过该技术的实施，整个井壁混凝土表面除检查孔外没有一处其它修饰，不管是在施工过程中的质量巡检还是工程完工后的各项评优检查中均得到了各级领导和专家的一致好评。

⑶施工成本方面。取消施工排架的搭设或吊篮的布置，大幅度减少了混凝土表面孔洞的封堵和修饰，以及工期的缩短均降低了工程的施工成本。

⑷施工安全方面。该施工技术的运用基本规避了灌浆施工和混凝土施工的交叉作业，减少了施工安全危险源，最大程度地降低了安全风险。

5.结语

在该竖井固结灌浆施工结束后，经过对所取得的效果进行评价和分析，证明该施工技术方案是科学合理的。通过在技术方案上的积极创新，与参建各方的积极沟通和交流，在施工技术、施工工艺及施工组织上总结了较为成功的施工经验，取得了较好的应用成果，同时为其它类似工程的设计和施工提供了较好的借鉴，特别是对水利水电工程中大型地埋式调压井、闸门井竖井、各类斜井等的固结灌浆施工提供了合理、有效的施工工艺，具有较大的借鉴价值和推广价值。

作者简介

杨小华（1980-），男，四川宜宾人，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作。