黎炎春

摘要：在水庫大壩基礎(chǔ)建設(shè)過程中，通過固結(jié)灌漿補強加固施工技術(shù)，能在一定程度上提升水庫大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不僅能提升抗壓強度，還能提升其彈性模量，降低水庫大壩發(fā)生滲水的概率，且整個施工過程成本較低、過程比較便捷。本文在分析固結(jié)灌漿補強加固施工技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例詳細(xì)介紹了相關(guān)技術(shù)的施工工藝過程，對提升水庫大壩基礎(chǔ)的可靠性，促進固結(jié)灌漿補強加固施工技術(shù)的應(yīng)用范圍具有重要的實踐意義。

關(guān)鍵詞：水庫大壩固結(jié)灌漿補強加固基礎(chǔ)施工

本文對某水庫除險加固工程進行詳細(xì)分析，水庫中安裝有混流式水輪發(fā)電機組，每個機組的容量為260 MW，共安裝了4臺發(fā)電機組。根據(jù)設(shè)計要求，水庫正常的蓄水位需達到745 m。水庫大壩采用碾壓混凝土重力壩形式，整個壩體高度和壩頂高程分別為200.5 m和750.5 m，對大壩基礎(chǔ)實施固結(jié)灌漿施工時的最低高程設(shè)置為550 m。經(jīng)過前期對水庫大壩基礎(chǔ)的地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)所在區(qū)域范圍內(nèi)的地層主要包括T1yn1-1、T1yn1-2、T1yn1-3等，屬于中等堅硬的巖體和堅硬的巖體，巖體整體上比較完整，并且力學(xué)性能比較好。但是存在一個F1斷層，存在裂隙發(fā)育、泥化夾層等問題，會在很大程度上影響水庫大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，威脅大壩長時間地安全可靠運行。

1 固結(jié)灌漿補強基本原理與優(yōu)勢

1.1 固結(jié)灌漿補強原理

在對水庫大壩進行修建過程中，可能會使用爆破技術(shù)對土方進行處理，會對水庫大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響[1]，此外，在修建大壩時如果遇到地質(zhì)比較松軟的區(qū)域，也會對水庫大壩的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，對以上問題需要采用一定的技術(shù)手段對基礎(chǔ)進行加固處理[1]，以保障水庫大壩的抗變形能力和抗?jié)B水性能。目前固結(jié)灌漿補強技術(shù)的應(yīng)用比較多，所謂固結(jié)灌漿指的是將特殊配置的具有一定膠凝性和流動性的漿液，通過鉆孔并施加壓力的方式將其注入巖體內(nèi)部，通過漿液凝結(jié)以提升巖體的強度和彈性模量的技術(shù)方式。通過上述技術(shù)措施，不僅能提升巖體強度，還能改善巖體致密度，從而提升巖體的抗?jié)B性和整體性。其中，在實踐工程中應(yīng)用的漿液主要就是指水泥漿液。

本水庫除險加固工程在開展固結(jié)灌漿補強加固施工技術(shù)時，需要在F1斷層附近加大鉆孔密度，以提升斷層區(qū)域巖體的整體性和穩(wěn)定性。本水庫整體上呈現(xiàn)出梅花形布置，鉆孔之間的排距和間距均設(shè)置為300 cm，鉆孔時確保垂直巖體向下推進，鉆入的深度控制在25 m左右。

1.2 固結(jié)灌漿補強技術(shù)優(yōu)點

目前固結(jié)灌漿補強技術(shù)中使用較多的是水泥漿液，通過將水泥漿液注入到巖體內(nèi)部然后凝結(jié)，能提升整個巖體的整體性，進而保障巖體的均勻性和強度。水庫大壩由于長時間受到水的浸潤，特別容易出現(xiàn)不均勻沉降、大壩滲水，甚至巖石變形等問題，通過對大壩基礎(chǔ)進行補強，則可以顯著改善上述問題。

為了在最大限度上發(fā)揮固結(jié)灌漿補強技術(shù)的優(yōu)勢，針對不同類型的水庫大壩基礎(chǔ)，需要采取不同類型的施工技術(shù)方案。比如混凝土重力壩，通常需要對整個水壩基礎(chǔ)實施固結(jié)灌漿技術(shù)。對混凝土拱壩或者重力拱壩，需要重點對承受較大作用力的壩肩拱座巖體部位實施固結(jié)灌漿技術(shù)[2]。當(dāng)需要在土石壩防滲體底部位置進行混凝土墊層施工時，對墊層下部區(qū)域的巖體同樣需要開展固結(jié)灌漿施工技術(shù)，以提升巖體的穩(wěn)定性。工程應(yīng)用中為了確保固結(jié)灌漿技術(shù)的施工質(zhì)量，通常需要在待加固的巖體表面澆注一定厚度的混凝土或者蓋板，再開始注漿。

如果水庫大壩基礎(chǔ)的巖石地質(zhì)條件非常復(fù)雜，通常需要在現(xiàn)場開展相關(guān)試驗工作。通過現(xiàn)場試驗確定最優(yōu)的注漿工藝參數(shù)，包括鉆孔的布置形式、孔的深度、孔之間的排距和間距、灌漿順序和壓力等。常見的鉆孔布置形式有六角形、方格形、梅花形等，鉆孔之間的排距和間距通?？刂圃? ～ 6 m，鉆孔注漿時應(yīng)逐漸增加鉆孔密度[2]。

2固結(jié)灌漿技術(shù)施工措施

2.1 分段施工

分段灌漿的施工方法是一種由上到下的灌漿技術(shù)，這種技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在水電工程的施工中。分段灌漿施工的主要特點就是可以很好地達到想要的深度，并且也能達到合適的條件，一般在灌漿即將結(jié)束的時候就可以進行下個施工階段。

2.2 止?jié){塞灌漿

利用這種方式來開展從下到上的灌漿操作，可以在開始之前進行一次性的成型工作，同時還要將設(shè)計深度作為主要的依據(jù)來施工，根據(jù)水壓試驗的結(jié)構(gòu)來從頂?shù)牡撞块_始向上灌漿，采用止?jié){塞來實現(xiàn)對灌漿的控制和分段。

2.3 分期灌漿

灌漿的位置是從巖石的頂部開始，采用低壓灌漿的方式一直到最上面的灌漿可以達到預(yù)計好的強度才結(jié)束。當(dāng)固結(jié)灌漿進入到第二階段的鉆孔工作之后，需要從巖層的頂部出發(fā)來利用高壓的技術(shù)進行灌漿。最后是依據(jù)鉆孔的深度再進行第三次的鉆孔與灌漿，一直到達到要求為止。

3 固結(jié)灌漿補強加固施工技術(shù)應(yīng)用

以下主要結(jié)合某水庫除險加固工程，從機械設(shè)備準(zhǔn)備、施工工藝過程控制方面進行詳細(xì)介紹。

3.1 機械設(shè)備準(zhǔn)備

進行鉆孔灌漿時需要用到的重要設(shè)備主要是灌漿機，還需要配套使用壓力表、灌漿塞、輸漿管以及拌漿筒等設(shè)備或工具。灌漿機根據(jù)其工作原理可以劃分成為液壓式、活塞式和氣壓式3種類型。由于灌漿機的運行狀態(tài)和穩(wěn)定性會對灌漿質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響，因此在正式使用灌漿機前，需要對其運行狀態(tài)進行仔細(xì)檢測，對各個零部件進行維護保養(yǎng)，以提升其運行的穩(wěn)定性，確保設(shè)備在良好的狀態(tài)下進行灌漿工作[3]。

3.2 施工工藝過程

本工程案例中基于預(yù)埋管法開展固結(jié)灌漿施工工藝技術(shù)，整體上可以劃分成為兩大步驟，分別為鉆孔和灌漿。以下對施工中涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行詳細(xì)介紹。

（1）鉆孔。利用專業(yè)鉆孔設(shè)備配合使用直徑為40 mm的合金鉆頭開展鉆孔工作。鉆孔過程中需要利用風(fēng)管將孔底的巖屑、土屑等及時吹出，確?？變?nèi)沒有碎屑、保持干凈，直到鉆進到設(shè)計深度為止。完成鉆孔工作后還需對其進行保護，防止出現(xiàn)孔壁坍塌、異物落入等問題[4]。

（2）注漿管預(yù)埋。將直徑和長度分別為1 in和5 m的鐵質(zhì)耐壓管預(yù)埋在注漿孔上部區(qū)域，高出孔口20 cm左右。在距離基面4 m左右的位置通過橡膠封隔片對孔進行封堵，并在孔與管壁中間的間隙填充高標(biāo)號砂漿進行封堵，使孔口附近形成密閉的空間結(jié)構(gòu)。此舉的作用是防止灌漿過程中出現(xiàn)冒漿的問題。

（3）洗孔。利用高壓清水對孔進行徹底清洗，可以將孔內(nèi)存在的碎屑以及縫隙中存在的風(fēng)化泥質(zhì)充填物等都沖出孔外，為水泥漿液更好地充填到各個巖體縫隙中提供更好的便利，從而強化固結(jié)灌漿補強技術(shù)的效果。通常情況下，洗孔時的水壓控制在灌漿壓力的80%為宜，以回水較為干凈為宜。

（4）壓力灌漿。灌漿過程中應(yīng)遵循逐漸加密的基本原則，先在水壩基礎(chǔ)的四周進行灌漿，逐漸向中間孔位靠近[3]。本工程案例中基于一次全孔灌漿法進行壓力灌漿，過程中需將注漿管深入到距離孔低20 cm左右的位置。啟動注漿泵向孔內(nèi)輸入水泥漿液，隨著注漿過程的進行，注漿管逐漸向上移動。灌漿時會設(shè)置有一定的壓力，確保漿液能夠深入地滲入到孔壁裂隙中，并將縫隙中存在的水分?jǐn)D走。待水泥漿液固結(jié)后可以確?？妆谥車膸r體形成一個整體，提升其強度和防滲性能。

（5）封孔和孔位處理。灌漿完成后，水泥漿液凝固時會有收縮現(xiàn)象，導(dǎo)致孔頂部位置形成孔洞，需要將孔洞內(nèi)的積水進行處理，并用高標(biāo)號砂漿對孔洞進行封填，將孔口管鑿平后使用高標(biāo)號砂漿進行抹平處理。

（6）灌漿記錄。固結(jié)灌漿補強施工工藝過程中，需安排專門人員對整個工藝過程，特別是鉆孔、清孔和灌漿過程進行準(zhǔn)確記錄，尤其是出現(xiàn)異常情況時更應(yīng)該如實、及時記錄。壓水和灌漿時使用的儀器設(shè)備會對相關(guān)數(shù)據(jù)進行自動記錄監(jiān)控，此外還要通過人工方式進行記錄，并將兩者進行對比。如果數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)了明顯的偏差，需要及時找到原因。本工程案例中使用的灌漿儀器設(shè)備為JLY-Ⅳ，可以自動對水泥漿液的注入率、水灰比以及灌漿壓力等參數(shù)進行記錄。

（7）抬動觀測。灌漿時為了避免混凝土被抬裂，需要沿著灌漿方向均勻設(shè)置觀測孔，并且通過千分表對抬動情況進行觀測。利用φ15 mm的鋼筋將千分表測桿固定在套管上，并對外管和錨固頭進行密封處理，防止水泥漿液滲入到內(nèi)部對千分表造成損壞。本工程案例中，在對鉆孔進行沖洗并灌漿時，均對抬動情況進行觀測記錄。根據(jù)工程設(shè)計規(guī)范要求，最大抬動值不得超過200 μm。具體實施過程中，抬動值都達到了設(shè)計規(guī)范要求。

4 常見問題處理及施工質(zhì)量檢測

4.1 常見問題處理

水泥漿液灌注過程中，如果出現(xiàn)了外漏或者冒漿等問題，可以采用表面封堵、降低灌漿壓力以及嵌縫等方式實施處理。如果出現(xiàn)了串漿現(xiàn)象，即兩個孔的漿液串通到一起時，如果兩孔均具備灌漿條件，則可以采用“一泵一孔”的方式對兩孔同時進行灌注。如果串通孔無法開展灌漿工作，可以利用栓塞對串通孔進行堵塞，待正常灌漿的孔完成灌漿工作以后，重新對串通孔進行清孔、灌漿工作。灌漿過程中盡量保持連續(xù)性，如果確實因不可抗力因素需要中斷灌漿時，盡量將灌漿中段時間壓縮到半小時以內(nèi)，如果時間超過半小時，則需要進行清孔后重新鉆孔灌漿。因灌漿中斷再次進行灌漿時，如果出現(xiàn)吸漿量減小甚至不吸漿時，則需要重新鉆孔灌漿。如果遇到涌水孔時，首先要對涌水量及其壓力進行準(zhǔn)確檢測，針對涌水段進行單獨灌漿，根據(jù)實際情況適當(dāng)增加灌漿壓力，完成灌漿工作后還需要繼續(xù)施加壓力1 h，特殊情況下還可以在水泥漿液中添加一定的速凝劑[5]。

4.2 施工質(zhì)量檢測

固結(jié)灌漿工作完成后的3～7 d左右，可以對固結(jié)灌漿施工質(zhì)量進行檢查，檢查時主要基于孔壓水試驗結(jié)果，并配合灌漿過程中的記錄數(shù)據(jù)進行綜合分析。質(zhì)量檢查時需要對3種類型的灌漿情況進行檢查：第一，水泥漿液注入量相對較大的部位;第二，灌漿過程中數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)了異常情況的部位;第三，大孔隙、斷層、巖石破碎等地質(zhì)情況相對較為復(fù)雜的部位。開展質(zhì)量檢查工作時，試水壓力設(shè)置在1 MPa，要求基巖的透水率Q ≤ 3 Lu。本工程案例中對5%的鉆孔灌漿情況進行質(zhì)量檢查，經(jīng)過檢查合格率超過了85%。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，檢查不合格的部位基巖的透水率Q未超過4.5 Lu，并且不合格的灌漿孔位比較分散，并沒有集中?；诖?，通過施工質(zhì)量檢查，認(rèn)為本次固結(jié)灌漿補強加固施工質(zhì)量是否達標(biāo)的，能夠滿足基本工作需要。

5 固結(jié)灌漿施工技術(shù)的質(zhì)量保障措施

5.1 灌漿施工準(zhǔn)備

固結(jié)灌漿施工首先需要對施工現(xiàn)場的狀況進行仔細(xì)的勘察，根據(jù)地質(zhì)特點選擇合適的技術(shù)手段，這樣才能夠保證后續(xù)施工的順利進行。其次，還應(yīng)該根據(jù)工程項目的實際狀況，設(shè)置合理的施工方案，確保工作人員都能夠嚴(yán)格按照施工方案的內(nèi)容完成灌漿作業(yè)，根據(jù)具體的狀況，一旦發(fā)現(xiàn)施工方案不完善的情況，一定要及時糾正，充分發(fā)揮施工方案的指導(dǎo)價值，提高水利工程建設(shè)質(zhì)量[6]。

5.2 漿液水灰比控制

進行固結(jié)灌漿時，水灰比例會對整個灌漿質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響，需要保證注入量超過300L，而且時間超過1h，如果注入率和灌漿壓力仍然沒有明顯的變化，就需要適當(dāng)增加水灰比的濃度，如果注入率過快，而且每分鐘超過30L，那么就需要根據(jù)施工的具體要求，來適當(dāng)調(diào)整灌漿的比例。在灌漿過程中一旦出現(xiàn)停止的現(xiàn)象，必須及時找到出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，并且選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，在最短的時間內(nèi)恢復(fù)灌漿，如果停止的時間過長，必須對鉆孔進行徹底的清理以后，才能夠開展后續(xù)的灌漿工作[7]。

5.3 優(yōu)先使用長鉆具

針對地質(zhì)較厚而且?guī)r土層比較松軟的地區(qū)，一旦出現(xiàn)鉆孔傾斜的狀況，工作人員需要立即更換鉆具，減少鉆具的直徑，而且適當(dāng)增加鉆具的長度。如果鉆具的直徑小較大，使用這樣的鉆具很有可能會導(dǎo)致鉆孔過程中出現(xiàn)鉆孔方向傾斜的現(xiàn)象，工作人員需要將巖心管控制在1.5m左右，當(dāng)鉆進的長度到達3m時，立即檢查是否出現(xiàn)傾斜的狀況，一旦檢查結(jié)果表明傾斜有所緩解，那么可以考慮換回原來的鉆具，如果傾斜問題仍然比較嚴(yán)重，那么就需要再次更換鉆具，使用長鉆具對修正區(qū)域進行掃孔處理，然后再根據(jù)具體的傾斜狀況進行相應(yīng)的調(diào)整，防止出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響到施工的順利進行。

6 結(jié)語

水庫大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性會對水庫運行的安全性產(chǎn)生決定性的影響，因此必須確保水壩基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。利用固結(jié)灌漿補強施工技術(shù)對水壩基礎(chǔ)進行強化處理，可以在很大程度上提升基礎(chǔ)的強度及其防滲水性能。開展固結(jié)灌漿補強工藝技術(shù)時，需要充分分析施工現(xiàn)場的實際情況，必要情況下開展現(xiàn)場試驗工作，對工藝參數(shù)進行嚴(yán)格控制，包括鉆孔深度、灌漿壓力等，只有這樣，才能夠在最大限度上發(fā)揮過節(jié)灌漿補強施工技術(shù)的優(yōu)勢，提升水庫大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。本文結(jié)合具體案例總結(jié)固結(jié)灌漿補強施工技術(shù)經(jīng)驗，對提升施工質(zhì)量具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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