水利工程坝基灌浆施工技术

摘 要：文章介绍了某水利枢纽工程概况、钻孔方法对帷幕灌浆施工效率的影响。并对该工程坝基灌浆施工技术进行了探讨。

关键词：水利枢纽工程；坝基灌浆；钻孔

1工程概况

某水利枢纽工程主要任务为农牧业灌溉和生态用水，并兼顾发电。工程为沥青混凝土心墙坝，属Ⅱ等大（2）型，总库容1.76亿m3，正常蓄水位650.00m，坝顶高程657m,最大坝高64m，坝长355m，主要建筑物由大坝、溢洪道、放空兼导流洞、发电引水系统和厂房等组成。大坝基础灌浆为本工程防渗系统的重要组成部分，分为基础固结灌浆和基础防渗帷幕灌浆。总灌浆工程量8976.78m，灌后透水率设计要求≤3Lu。

2 钻孔方法对帷幕灌浆施工效率的影响分析

由于基础防渗分部工程是制约枢纽工程沥青混凝土心墙施工的瓶颈，鉴于回转冲击钻造孔速率是地质钻机4倍～6倍的生产经验，针对回转冲击钻与地质钻造孔做压水试验，验证回转冲击钻造孔是否能够满足灌浆质量要求。地质钻钻孔1个，进尺16m，回转冲击钻钻孔2个，进尺32m。单点法压水试验9段，灌浆9段。钻孔孔距2.0m，孔径为91mm。钻孔孔位中心线与坝轴线平行，距坝轴线3.5m，孔间距2m，孔口高程为622m。

（1）施工流程

对各孔使用相应钻机分别钻进，第1段0～6m、第2段6～11m、第3段11～16m，逐段采用单点压水试验，试验之后自底部向上逐段灌浆及封填（采用砂浆）。整个试验过程严格依据灌浆施工规范进行，各个必检项目均进行了严格监控。

（2）压水试验情况及数据对比分析

通过对整个试验过程的压水试验进行分析，3个孔在第1、2段都不起压，注水率很大，属于完全透水。在A3压水后，A1孔内有明显的水位，证明岩层内的裂隙是贯通的，没有被岩粉堵住。地质造孔和回转冲击造孔在第3段都达到了设计压力，且压水流量都相差不大，更进一步证明岩粉没有堵住裂隙。各孔段的压水试验值如表1所列。

表1 各孔段压水注入率对比

（3）灌浆情况及数据对比分析

通过对灌浆资料的分析，在相同的灌浆压力下，灌浆注入率没有大的差别，说明回转冲击钻的岩粉对灌浆的影响不大，灌浆注入率如表2所列。

表2 各孔段灌浆注入率对比

（4）对比试验结论

通过对地质钻孔和回转冲击钻孔进行压水试验、灌浆试验注入率及造孔效率的对比分析，在保证冲击钻孔和裂隙冲洗的前提下，钻孔方法对压水、灌浆施工的影响程度不显著；冲击钻钻孔速度比回转式钻进效率提高4倍～6倍，因此，可以用回转冲击代替地质钻机完成本工程灌浆的造孔施工。

3施工工艺

3.1生产性试验

按照设计技术及施工规范要求，在坝0+124～0+136进行坝基灌浆生产性试验。试验目的是论证灌浆设计各种技术参数的可行性，效果上的可靠性和经济上的合理性，具体用以选择适宜的钻孔工艺；选定合适的浆液配比以及材料配方；选定施工工艺及技术参数。经过灌浆试验，单位透水率应不大于3Lu，渗透系数K≤3×10-5cm/s。

3.2 施工工艺

（1）钻孔布置

固结灌浆设计为4排，其中中间2排为帷幕兼固结孔。7m宽心墙混凝土基座轴线上下游3.25m各布置1排固结灌浆孔，孔距3.0m，孔位矩形对称布设，深入基岩5m。帷幕灌浆设计为2排，分别沿心墙轴线上下游0.75m各布置1排，孔距2.0m，孔位梅花形布设，深入基岩12～28m。

检查孔采用地质钻机，检查孔孔径不小于φ76；孔向均为铅直孔，灌浆孔、检查孔终孔验收时采用KXP-1S型测斜仪逐孔分段进行测斜；检查孔均进行取芯，并进行地质编录，提交岩芯及其照片。

（2）机具及配合比

制浆采用集中制浆的方式，采用300L高速搅拌机（n≥1200r/min）制浆。要求搅拌时间不少于20min，配料误差不大于5%。

灌浆泵采用3SNS型灌浆泵，该泵的排量和压力稳定，满足灌浆要求。采用灌浆自动记录仪（NW-2005灌浆压水监测系统）对灌浆过程的各项参数进行连续自动记录。使用压力表最大压力标值的1/4～3/4之间。

灌浆采用高抗硫酸盐水泥P.O.42.5，水泥性能应符合国家标准；采用克兰河河水，必须清洁无污染。灌浆浆液的浓度应由稀到浓逐级变换，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。坝基各段次的灌浆压力如表3所列。

表3 固结及帷幕逐段灌浆压力统计

每块基座混凝土上设1个变形监测孔，安装千分表观测抬动变化，抬动变形量大于100μm时应立即降压，及时做出有效应对措施。

（3）灌浆方法及工艺

灌浆方法采用孔口封闭自上而下分段灌浆法。孔内循环式灌注，射浆管距灌浆段底不得大于50cm。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不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或注入时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级。当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。遇大渗漏段处理措施：采用低压、浓浆、限流、限量、间歇等措施。

灌浆过程中经常测试回浆密度，发现回浆返浓，立即处理。灌注浆液从制备至用完时间应小于4h，否则应废弃。灌浆结束标准：在设计压力下，灌浆注入率小于1L/min，持续灌注30min；灌后一般不待凝。终孔段灌浆结束后，对全孔采用“压力灌浆封孔法”进行封孔。

（4）灌浆工程质量检查

灌浆质量检查以检查孔压水试验为主，结合竣工资料、岩芯实物和测试成果的分析进行综合评定。检查孔压水试验应在灌浆结束14d后进行，采用自上而下分段做灌后压水，计算灌后地层的透水率（采用常规压水试验）。其合格标准：接触段及下一段的合格率应为100%，应不集中，其灌浆质量可认为合格。检查孔的数量为灌浆孔数的10%，一个单元工程内，至少布置一个检查孔。

（5）施工工艺流程

采用孔口封闭孔内循环灌浆法，施工工艺流程如下：定孔位固定钻机开孔钻进钻孔冲洗裂隙冲洗和压水试验灌浆施工封孔迁移钻机。灌浆遵循分序加密。

4 灌浆质量成果分析

4.1 灌浆效果分析

从灌浆资料整理分析看，灌浆效果比较明显：各序次平均单位耗灰量递减规律清晰，灌浆前后基岩透水率明显减小。

（1）单位耗灰量分序递减分析单位耗灰量分序递减是衡量灌浆效果的一个重要指标，试验区单位耗灰量分序递减率情况如表4。

表4 试验区帷幕灌浆单位耗灰量分序递减统计

（2）透水分序递减分析

根据灌浆资料整理出的岩层透水率递减情况如表5。

表5 试验区帷幕灌浆岩层透水率分序递减统计

4.2 灌浆质量检查

（1） 固结灌浆质量检查

固结灌浆质量检查采用声波测试与检查孔单点压水试验相结合的方法进行综合评定。通过检查，固结灌浆后的岩层声波较灌前在各个深度均有明显提高，灌浆前平均波速为3636m/s，灌浆后纵波平均波速均超过4405m/s，局部达到5800m/s。比灌浆前提高了21%，达到了设计要求。检查孔压水透水率为0.12Lu，达到设计要求，详细声波测试结果如表6所列。

表6 试验区声波测试结果汇总

（2）帷幕灌浆质量检查

本次试验按照设计灌浆孔排距进行施工，检查合格，透水率最大为1.93Lu，最小0.03Lu，平均0.83Lu，小于设计规定值。检查孔各孔段压水透水率如表7 所列。

表7 试验区检查孔压水透水率汇总Lu

生产性试验按钻孔施工次序分段钻进和灌浆施工。钻孔采用回转冲击钻钻进，共完成孔20个，灌浆段总长225.9m，压水57段，总注水泥28829.3kg，平均单位注灰量127.6kg/m：固结灌浆145.1kg/m，帷幕灌浆111.31kg/m。

试验成果结论：灌后声波测试检查孔平均波速4405m/s，较灌前提高21%，固结灌浆检查孔平均透水率0.12Lu，帷幕灌浆检查孔平均透水率0.83Lu，证明使用回转冲击钻造孔及常规水泥灌浆法可以使坝基的所有孔孔底透水率满足设计防渗要求。在检查孔取芯过程中多次发现有“结石”现象，说明了微小缝隙已灌入水泥浆，灌浆效果显著。

5 结语

根据施工前地质与回转冲击钻造孔压水试验及试验段生产性试验，论证了坝基采用灌浆方法处理在技术上的可能性、效果上的可靠性和经济上的合理性；推荐合理的施工程序、良好的施工工艺，提供有关的施工技术数据，选定灌浆压力，提供灌浆机械设备意见，特别是本次试验对回转冲击钻与地质钻进行灌浆造孔工艺的深入对比，经实践证明使用回转冲击钻是一种高效可行的办法，完全能够保证灌浆质量，值得在灌浆施工中推广应用，从而在保证质量的前提下大幅提高施工速度，为工程主体建设赢得了宝贵的施工时间；亦可依此作为今后编制大坝基岩灌浆设计和施工技术要求文件的依据，更好地规范及指导施工。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。