浅谈固结灌浆与帷幕灌浆在坝基处理中的应用

摘 要：本文结合某水电站建设实例，浅谈了在坝基处理中固结灌浆与帷幕灌浆的施工布置和施工方法，并介绍了固结灌浆与帷幕灌浆的施工质量检验方法，对同类工程施工有一定借鉴意义。

关键词：固结灌浆 帷幕灌浆 坝基处理

中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0082-02

固结灌浆是为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，其主要作用是提高岩石的整体性与均质性，提高岩石的抗压强度与弹性模量，减少岩石的变形与不均匀沉陷。帷幕灌浆是在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕，以阻止或减少地基中地下水的渗透，保证水工建筑物的安全运行。

1 工程概况

某水电站枢纽由拦河大坝、进水口、引水隧洞、压力管道及地面厂房等建筑物组成。拦河大坝为碾压砼重力坝，坝顶高程433.50 m，坝顶轴线长172.00 m，最大坝高72.50 m（不含齿槽深度8.000 m），坝身设置5个溢流表孔，溢流堰顶高程413.00 m，孔口净宽12.00 m。坝址区河道呈“U”型河弯地形，枯水期河水面高程378.00 m，河水面宽 40～60 m，水深7～8 m。河谷断面呈“V”形河谷，坝址两岸地形陡峭。坝基及两岸坝肩主要层状砂岩，其间夹泥岩、泥质粉砂岩。坝基发育数条与层面平行的层内挤压带，发育于大坝主要持力层中，对大坝抗滑稳定起控制作用。

2 坝基处理中的固结灌浆与帷幕灌浆施工

2.1 灌浆工程量

本工程涉及隧洞及大坝相关灌浆工程，工程量包括坝基础固结灌浆6400 m，洞内帷幕灌浆3050 m，洞外帷幕灌浆15770 m。

2.2 施工布置

灌浆工程根据施工特点进行施工布置。利用坝基开挖及隧洞开挖的供风系统供风，安设3台水泵供水，从工地变压开关站接线至各机组安设配电盘供电。施工废水、废浆通过排水沟引至集水坑沉淀后再通过排污泵抽排至施工区外，岩芯及施工废碴采用人工清理集中后，装自卸汽车运至指定弃碴场。全部灌浆所用水泥浆液采用设置集中制浆站，配以管道输送，输浆管最大距离不超过200 m。制浆站布置20 m2的水泥库、1台200 L普通砂浆搅拌机和1台200 L高速砂浆搅拌机；在制浆站安设φ100 mm输浆干管至灌浆工作面，干管上接φ25 mm短管，以便将浆液输送到各灌浆机组。

大坝灌浆施工，先固结灌浆，后帷幕灌浆。固结灌浆在形成了两米左右的砼压重体后开始施工，先钻灌周边孔，再中间孔。帷幕灌浆在该段砼浇筑或固结灌浆完成后再进行钻孔灌浆施工。帷幕灌浆和固结灌浆均按分序加密的原则进行。帷幕灌浆孔分三序加密，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序施工。固结灌浆按二次序孔加密进行。固结灌浆和帷幕灌浆应在基础砼层强度达到50%以上时进行，帷幕灌浆孔应先进行坝体砼与基岩接触段的灌浆，再进行以下段次的灌浆。

2.3 施工方法

（1）钻孔：全部钻孔采用机钻，使用轻型回转钻机，金刚石或硬质合金钻进工艺。浅孔而不需采取岩芯的钻孔，可以采用冲击回转钻机进行钻进。

（2）灌浆：帷幕灌浆采用自下而上或自上而下的灌浆方法。灌浆接触段长2 m，其余段长5 m，特殊情况下可适当增减，但不得大于10 m。固结灌浆孔的基岩段长小于6 m时，采用全孔一次灌浆法，大于6 m时，按监理人指示或采用帷幕灌浆的相同方法。帷幕灌浆采用孔内循环的分级升压灌浆方式，灌浆塞应塞在已灌段段底以上0.5 m处，以防漏浆。固结灌浆采用孔内循环或纯压方式。

自上而下分段灌浆的工艺流程为：第一段钻孔钻孔与裂隙冲洗简易压水试验第一段灌浆第二段钻孔……全孔灌浆结束封孔。

自下而上分段灌浆的工艺流程为：钻孔至终孔自上而下分段钻孔与裂隙冲洗、简易压水试验自下而上分段灌浆封孔。

（3）冲洗：灌浆孔在灌浆前必须进行孔壁冲洗和裂隙冲洗，直至回水澄清，并持续10 min结束，冲洗方法采用压水冲洗或风水联合冲洗。裂隙冲洗应冲至回水澄清后10 min结束，单孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行灌浆作业。在风水联合冲洗时，将具有一定压力的风、水两管同时下入或将上部分别与风水管相接的单管下入到孔底，孔口敞开，通过阀门控制，轮换向孔内送水、风，使孔内及裂隙充填物顺着风水混合体携带出来，直至回水澄清并持续10min结束。

（4）压水试验：灌浆孔压水试验应在裂隙冲洗结束后进行，采用“简易压水”、“单点法”及“五点法”进行压水试验。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa；压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。五点法和单点法压水试验按SL62-94附录A执行。

1）对帷幕灌浆，先导孔应自上而下分段卡塞进行压水试验，并按施工图纸要求采用五点法或单点法。其它各次序孔的各灌浆段，可进行简易压水试验。检查孔应采用五点法压水试验。

2）固结灌浆孔灌浆前，按帷幕灌浆要求，作简易压水试验，以计算该钻孔耗浆情况和便于成果资料分析。基岩固结灌浆的检查孔数量应不少于总孔数的5%。

3）压水试验前，应同时观测孔内的稳定水位，有漏水的孔还应测漏水量。

4）压水试验成果计算公式。

①单点法试验成果计算与表示方法。

q=Q/PL

式中：q为透水率Lu；

Q为压入流量L/min；

P为作用于试段内的全压MPa；

L为试段长度m。

②五点法试验成果计算与表示方法。

压水试验的成果用透水率和P～Q曲线的类型表示。以压水试验三级压力中的最大压力值P及相应的压入流量Q代入公式q=Q/PL，求出透水率Lu。根据五个阶段的压水试验资料绘制P～Q曲线，确定出P～Q曲线类型。

（5）灌浆材料及设备。

①灌浆材料。

灌浆用水泥为普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥，水泥标号为425#，坝体接触灌浆的水泥标号为525#，水泥质量符合规定的质量标准。灌浆用水温度不得高于40℃。水泥浆液中掺砂、粉煤灰等掺合料时，掺砂粒径应大于2 mm，细度模数小于2，粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰，掺入量应通过试验确定并经监理人认定。水泥浆液中掺入速凝剂选用氯化钙或红星1#，掺量通过试验确定。

②钻孔灌浆设备。

钻孔设备采用轻型回转钻机XY-2PC型。为了加快固结灌浆进度，浅孔而不取芯的钻孔可以采用冲击回转钻机XU150型。灌浆设备采用35/100、100/100型灌浆机，每台灌浆机配套有200L高速、普通搅拌机。

3 固结灌浆与帷幕灌浆质量检查

每个区段或每一单元帷幕灌浆、固结灌浆基本完成后，按规定布置检查孔、钻取岩芯，作压水试验，检查灌浆效果。

3.1 检查孔布置原则

（1）检查孔数量，帷幕孔不少于总孔数的10%，固结孔不少于总孔数的5%；每一个区段，每一个灌浆单元至少应布置一个检查孔。

（2）检查孔宜布置在帷幕中心线上，地质条件复杂的部位，注入量大的孔段附近，可能存在质量缺陷部位，钻孔偏斜过大的部位。具置由现场监理人指定。

3.2 检查孔岩样编录

（1）检查孔要求采取岩样，并进行岩芯编录、岩芯素描、拍照保存。

（2）芯样的最大长度应限制在3 m以内。对于1 0m的钻进循环，若芯样获得率小于80%，则下一次应减少循环深度50%，以后依次减少50%，直至500 cm为止。

3.3 检查孔压水试验

（1）区段固结灌浆结束7 d后，打检查孔作压水试验，采用单点压水试验方法进行。

（2）区段帷幕灌浆结束14 d后，打检查孔作压水试验，采用五点法压水试验方法进行。

（3）帷幕灌浆压水试验合格标准：坝体砼与基岩接触段及其下一段的合格率为100%；再以下各段的合格率为90%以上；不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%，且不集中，则灌浆质量可认为合格。

（4）固结灌浆压水试验合格标准：孔段合格率在80%以上；不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。

（5）检查孔压水试验合格后，按技术要求进行灌浆和封孔。

3.4 抬动变形观测

灌浆过程要重视抬动问题，不能因砼板抬动，造成裂缝，给砼带来危害，因此对灌浆过程要进行抬动变形观测控制。抬动变形观测孔的钻设于基础灌浆前完成，抬动变形观测点的布置及灌浆压力控制准则，待进场后根据现场情况制定，并报监理人批准实施。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，观测成果报送监理人，抬动变形值超过设计值时立即停止施工，并报请监理人共同研究处理措施。

4 结语

固结灌浆与帷幕灌浆是水工建筑物地基处理最主要，也是最常见的手段。掌握和充分理解固结灌浆和帷幕灌浆的工艺原理、施工步骤和质量检查方法，才能避免出现质量事故。相信在理解原理、掌握方法的基础上，固结灌浆与帷幕灌浆将更好地应用于坝基处理中。

参考文献

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