□馬敏□李偉亭□陳磊

（1河南省科達水利勘測設計有限公司；2河南省科達水利勘測設計有限公司；3黃河水利委員會機關(guān)服務局基建處）

固結(jié)灌漿在水工隧洞巖體裂隙中的應用

□馬敏1□李偉亭2□陳磊3

（1河南省科達水利勘測設計有限公司；2河南省科達水利勘測設計有限公司；3黃河水利委員會機關(guān)服務局基建處）

固結(jié)灌漿是針對巖石的節(jié)理裂隙發(fā)育，提高基巖抗壓強度，減少基巖變形的一種灌漿技術(shù)。該技術(shù)使用范圍廣泛，可針對不同的巖體形態(tài)特征，既能提高巖體強度又起到良好防滲的作用，因此，對水果隧洞的加固及防滲起雙重效果。文章以前坪水庫泄洪洞為例，對固結(jié)灌漿處理巖體裂隙的施工技術(shù)工藝流程進行介紹，為類似工程提供借鑒。

固結(jié)灌漿；抬動觀測；壓漿；封孔

1 前言

固結(jié)灌漿是為了改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的巖石的物理力學性能而進行的灌漿工程，常在襯砌后進行巖體固結(jié)灌漿。在破碎的巖層中開挖隧洞時，為避免巖體坍塌或集中滲漏，可在開挖前進行一定范圍內(nèi)的斜孔或水平孔超前固結(jié)灌漿。在防滲體底部設置混凝土墊層時，也常對墊層下部巖體進行固結(jié)灌漿。為保證灌漿質(zhì)量，需在巖基表面澆筑混凝土蓋板或有一定厚度的混凝土后才進行固結(jié)灌漿。

2 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游水庫是以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水，兼顧發(fā)電的大型水庫。泄洪洞布置在主壩左側(cè)，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分?？刂贫伍l室采用有壓短管型式，洞身段采用無壓城門洞型隧洞，出口消能方式采用挑流消能。洞身段巖體陡傾角裂隙發(fā)育，裂隙走向以北西向、北東向為主，巖體多呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，完整性較差，洞體受北東向裂隙構(gòu)造影響較大。洞身段末端巖體為強風化安山玢巖，圍巖類別為Ⅲ類，末端巖體強度較低，穩(wěn)定性差。為保證襯砌質(zhì)量，泄洪洞使用安全，需要在模板臺車襯砌后對巖體實行固結(jié)灌漿。

3 灌漿方案及工藝

3.1 灌漿材料設備及工藝流程

3.1.1 灌漿材料

主要是水泥，擬采用P.O.42.5水泥，出廠時帶有符合GB—175中的有關(guān)規(guī)定的合格證，運入現(xiàn)場后，按批號和規(guī)定噸位作復檢試驗，各項指標均達到要求時水泥方可投入使用，否則視為不合格，作退貨處理。

3.1.2 灌漿機械

灌漿造孔采用YT27氣腿式鉆機6臺，灌漿采用7臺 HBW50/1.5型灌漿機，漿液拌制采用7臺雙筒高速攪拌機，供風和風鉆采用石方開挖的機械。

3.1.3 參數(shù)設置

隧洞灌漿參數(shù)設置，固結(jié)灌漿參數(shù)表見表1。

表1 隧洞固結(jié)灌漿參數(shù)表

3.1.4 固結(jié)灌漿工藝流程

施工準備→測量放樣→鉆抬動觀測孔→安裝抬動觀測儀→鉆灌漿孔→洗孔→壓水→灌漿→封孔→鉆檢查孔和灌后測試→聲波檢查→封孔。

3.2 安裝抬動觀測裝置

采用GJY7型灌漿自動記錄在壓水、灌漿時可以自動記錄抬動觀測值。在抬動孔完成對觀測范圍內(nèi)所有孔段的觀測后，取出孔內(nèi)裝置進行封孔處理，采用機械壓漿法進行封孔。抬動觀測裝置安裝示意圖1。

3.3 鉆孔

采用氣腿式風鉆造孔，先鉆灌Ⅰ序孔，待Ⅰ序孔灌完后再鉆Ⅱ序孔?？咨? m，鉆孔為鉛直孔，孔徑為42 mm。鉆孔孔位偏差應＜0.10 m。鉆孔記錄要求完整、及時、準確，對地層特殊情況要描述準確。每個鉆孔結(jié)束后，應對鉆孔進行驗收工作，合格后方可進行下道工序的施工。

3.4 洗孔

圖1 抬動觀測裝置安裝示意圖

成孔后采用高壓水進行單孔裂隙沖洗，沖出孔內(nèi)巖粉等雜物，直至回水清凈為止，保證孔內(nèi)沉積厚度≤20 cm，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，即0.40 MPa。

3.5 壓水試驗

固結(jié)灌漿孔灌漿前的壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，試驗孔數(shù)不小于總孔數(shù)的5%。灌漿前壓水試驗采用單點法，壓力可為灌漿壓力的80%，壓水時間20 min，每5 min測讀一次流量，取最后的流量作為計算流量，根據(jù)水壓力和試驗段長計算透水率。壓水試驗結(jié)果按公式計算。

式中：q——滲透率，Lu；Q——壓漿量，L/min；P——該試驗段壓力，MPa；L——試驗段長度，m。

簡易壓水試驗采用自動記錄儀，該儀器記錄相比人工更加清晰、準確，并可不間斷監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)。在在進行上述試驗時，要時刻檢查是否存在漏水現(xiàn)象，如果漏水嚴重，壓力不足的時候，取得資料一般會存在一定的誤差，該種情況下，可忽略該試驗，考慮直接進行灌漿的方法。

3.6 制漿

灌漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細度通過80μm方孔篩的篩余量≤5%；水泥漿采用北汝河河水拌制。制漿時水泥和水必須量測準確，以kg為單位，稱量誤差＜5%。水泥以袋為模數(shù)，水量由桶內(nèi)的水位高度來換算。

使用灰漿攪拌機攪拌水泥漿的時間≥3 min，漿液自制備至用完的時間＜4 h。漿液由攪拌筒放入貯漿筒時應過篩。寒冷季節(jié)施工前做好機械和灌漿的防寒保暖工作，保持漿液溫度在50℃以上。

3.7 灌漿

固結(jié)灌漿采用純壓式灌漿法，按分序加密的原則進行。先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔。灌漿時灌漿塞止塞在孔口巖層內(nèi)，灌漿段長為5 m，此時按照設計壓力0.50 MPa作為灌漿壓力，水灰比采用1∶0.50、0.50∶0.50、0.25∶0.50三個比級，以1∶0.50水灰比開灌。

在灌漿管道的進孔口位置可以安裝自動記錄儀，該處的壓力隨著回漿管開始回漿后，此時可以提升灌漿的壓力。應按試驗規(guī)定的數(shù)值提升灌漿壓力，使該壓力短時間內(nèi)達到規(guī)定值，當注入漿液超過每分鐘30升時，此時應進行分階段提升灌漿壓力。

灌漿漿液變換：當達到規(guī)定的壓力后，如提升灌漿壓力，或者漿液注入量減少時，水灰比按原配合比；當注入的漿液達到300 L以上時，或者持續(xù)時間達到30 min以上時，如果不改變壓力和注入漿液數(shù)量，此時水灰比可以比原漿液提高一級水灰比；當注入率＞30 L/s或者更大的注入量，此時水灰比可以跳級提高。

灌漿過程中，應加強監(jiān)測，當觀測儀器顯示灌漿壓力值突然增大等特殊變化的情況時，應立即進行專業(yè)技術(shù)分析，找出問題，針對問題制定專項解決方案：如果管路發(fā)生堵塞應立即疏通或更換管路；如果機械發(fā)生故障應立即修理并盡快投入使用；如果壓力表突然損壞不能指示正確壓力時，應立即更換壓力表。

灌漿結(jié)束標準：在規(guī)定壓力下，當單孔注入率≤0.40 L/ min、群孔≤0.80 L/min時，延續(xù)灌注30 min后即可結(jié)束灌漿。灌漿過程中，如發(fā)現(xiàn)回漿變濃，改用回濃前水灰比的新漿進行灌注。若繼續(xù)回濃，亦可延續(xù)灌注30 min后結(jié)束灌漿作業(yè)。

3.8 特殊情況處理

3.8.1 灌漿中斷處理：

灌漿過程中，一旦發(fā)現(xiàn)中斷現(xiàn)象，應盡快予以恢復，中斷時間＞30 min應重新掃空進行灌漿。此時水灰比應選用初始注漿的水灰比的漿液進行注漿，當注漿率和中斷前接近或者保持一致，此時可以不用改變注漿的水灰比，繼續(xù)使用原水灰比及注漿率。

3.8.2 大耗漿段處理：

如果某注漿區(qū)段存在特情況等，注漿量達到設計注漿量，但是仍未完成注漿工作時，消耗漿液超出設計值過多時，應暫緩灌漿作業(yè)，進行現(xiàn)場徹底勘查，找到影響注漿的對灌漿的原因，進行專項方案分析，按照專項方案措施處理后再恢復灌漿，可以考慮降低壓力、選用抽稠漿、限制流量、間歇灌漿法進行灌注，該段經(jīng)處理未能達到設計標準的，待凝后，重新掃孔、補灌，直至達到要求為止。

3.9 封孔

封孔采用“壓力灌漿封孔法”漿液水灰比為0.50∶1；孔口段采用人工封口。每個鉆孔均應有灌漿記錄和封孔記錄。記錄應清晰、準確。

編輯：趙鑫

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2017-01-16