论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了呼和浩特抽水蓄能电站下水库拦河坝固结灌浆试验情况，通过固结灌浆生产性试验，对设计灌浆施工参数及工艺流程进行验证，并在保证工程质量的前提下进行合理优化，掌握固结灌浆合理的施工工艺措施，为全面展开坝基固结灌浆做好技术准备。
关键词：拦河坝固结灌浆生产性试验
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
下水库位于哈拉沁沟与大西沟交汇处上游，主要建筑物由拦河坝、拦沙坝及左岸泄洪排沙洞组成。拦沙坝和拦河坝均采用碾压混凝土重力坝，拦河坝设计最大坝高73.0m。
坝基岩性为斜长角闪岩和黑云母角闪斜长片麻岩以及第四系松散堆积物，地质构造表现为断层破碎带、裂隙密集带，发育有高陡倾角多微张裂隙；坝基面以微风化未卸荷岩体为主，岩体的透水性受裂隙发育程度控制，并随着埋深增大有所降低，局部小断层发育地带形成强透水凹槽。
固结灌浆的施工受混凝土施工影响，分坝段、分高程、分阶段进行，工期要求紧、施工强度高，为了验证固结灌浆设计参数及施工工艺进行生产性试验。
2 生产性试验
2.1试验布置及设备
选定拦河坝8#坝段上游侧六排孔，左右桩号0+114.000～0+132.000m，上下游桩号上0+005.00～下0+008.500m。该坝段最先浇筑、L117和L118大裂隙斜穿，具有一定的代表性。其中入岩8.0m孔四排，计24个孔，入岩5.0m孔两排，计12个孔，混凝土面高程1331.0m，盖重混凝土厚约3.0m，为防止混凝土底板发生抬动破坏，布置了1个抬动变形观测孔进行施工过程中的抬动变形监测。投入2台潜孔钻、1台地质钻机、1台套灌浆泵进行生产性试验施工，并采用业主指定的捷通（JT）型自动记录仪进行压水灌浆记录。
生产性灌浆试验自2012年5月30日开始，至2012年6月4日结束，并于2012年6月7日至6月10日实施灌后检查孔施工，共完成固结灌浆孔36个，钻孔进尺345.7m，灌浆进尺248.9m，注入水泥26926.4kg；固结灌浆检查孔2个，钻孔19.0m，压水试验3段。
2.2灌浆材料
灌浆用水泥采用42.5MPa普通硅酸盐水泥，其细度要求通过80µm方孔筛的筛余量小于5.0%；水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個比级。
2.3施工工艺
（1）试验孔布置：排间距2.5～3.0m，孔间距3.0m，梅花型布置，所有钻孔均为铅直孔。
（2）施工顺序：按分序加密的原则分二序施工，先施工周边孔，再施工中间孔。
（3）钻孔：上部碾压混凝土未达到设计50%强度时使用湖南产飞碟150型回转式地质钻机，配φ76mm金刚石钻头清水钻进，下部常态混凝土及基岩采用KY-100型露天潜孔钻配φ76mm冲击器中压风动钻进，碾压混凝土达到设计强度要求后采用潜孔钻直接钻进。
（4）灌浆分段：入岩8.0m孔：第一段段长3.0m（入基岩3.0m），第二段段长5.0m；入岩5.0m孔，段长为5.0m。
（5）孔壁冲洗：采用孔内下入导管大流量水冲洗法，冲洗结束后测量孔深，孔内沉积物厚度不得超过20cm。
（6）裂隙冲洗：采用压力水冲洗至回水清净时止或不大于20min。入岩8.0m孔：Ⅰ序孔第一段冲洗压力为0.20MPa，第二段冲洗压力为0.32MPa；Ⅱ序孔第一段冲洗压力为0.32MPa，第二段冲洗压力为0.40MPa；入岩5.0m孔：Ⅰ序孔冲洗压力为0.20MPa，Ⅱ序孔冲洗压力为0.32MPa。
（7）压水试验：选择5%固结灌浆孔作单点法压水试验，其余孔结合裂隙冲洗进行简易压水，压水压力为本段灌浆压力的80%。
（8）灌浆方法：自下而上分段、孔内循环、阻塞灌浆法。
（9）灌浆压力：入岩8.0m孔：Ⅰ序孔第一段采用0.25MPa，第二段采用0.40MPa；Ⅱ序孔第一段采用0.40MPa，第二段采用0.50MPa；入岩5.0m孔，Ⅰ序孔采用0.25MPa，Ⅱ序孔采用0.40MPa；在施工过程中严格控制灌浆压力，对于吸浆量大孔段，开始不给压力，待灌注到浓浆，吸浆量逐渐减小后再开始升压，灌至结束；对于开始就不太吸浆孔段，尽快升到设计压力，压力控制见表1。
表1灌浆压力及注入率控制关系表
（10）结束条件：在该灌浆段最大设计压力下，当注入率不大于1L/min时，再继续灌注30min即可结束。
（11）封孔：固结灌浆封孔采用“导管注浆封孔法”或“机械注浆封孔法”。无涌水孔采用“导管注浆封孔法”，全孔灌浆完毕后，将导管下入到孔底，用灌浆泵向孔内泵入水灰比为0.5∶1浓浆，水泥浆自孔底逐渐上升，可将导管徐徐上提，但导管底口始终保持在浆液面以下，将孔内余浆或积水顶出孔外。待孔内水泥浆凝固后，小于0.5m时用干硬性水泥砂浆人工封填捣实。
有涌水孔采用“机械注浆封孔法”。用灌浆泵向孔内灌注水灰比为0.5∶1的浓浆，灌注压力为该孔最大灌浆压力，持续时间不小于30min。
2.4特殊情况处理
（1）注入量大灌浆段
边排压水试验无压力无回水孔段，该段注入水泥量达到2T，进行待凝24h处理后，扫孔复灌；压水试验有压力有回水孔段，开始低压灌注，注入水泥量略超过2T，按正常结束标准灌至结束。
（2）串漏孔处理
Ⅰ-246与Ⅰ-286孔压水过程中，由于两孔离上游临空面很近，压水过程中上游水坑冒气泡，说明下部裂隙有通道，发生了渗漏，在灌浆时，采取了开始不给压力、灌注浓浆、待凝一次后，第二次扫孔灌浆才结束。
2.5质量检查
试验区灌浆结束3d后，监理指示布设了2个固结灌浆检查孔，占固结灌浆总孔数的5.56%，钻孔19.0m，单点法压水3段,均小于设计的防渗标准，详见表2，满足设计要求。
表2灌浆质量检查孔压水试验成果表
3试验灌浆效果分析
灌浆效果检测与试验同步，试验全过程跟踪检测。采取多种有效手段进行综合测试，包括钻取岩芯、压水试验、声波测试等。
3.1 灌浆成果分析
灌浆成果如表3所示。
表-3固结灌浆孔灌浆综合统计表
（1）透水率分析：Ⅰ序孔平均透水率为42.02lu，Ⅱ序孔平均透水率为28.65Lu，检查孔平均透水率1.87Lu，递减率分别为56.9%和85.6%，符说明经过先序孔的灌浆，后序孔的灌前透水率逐序减小，达到灌浆效果。
（2） 透水率各区间的频率统计分析：I序孔透水率小于10Lu的频率为10.5%，Ⅱ序孔则上升到26.3%，透水率在10～50Lu区间的频率统计，I序孔为63.2%，Ⅱ序孔也为63.2%，透水率在50～100Lu区间的频率统计，I序孔为21.1%，Ⅱ序孔则下降到10.5%，透水率大于100Lu的频率统计，Ⅰ序孔为5.3%，Ⅱ序孔下降到0%；说明通过分二序固结灌浆，透水率小的压水段数频率，逐序增加，透水率大的压水段数，逐序减少，符合灌浆规律。
（3）单位注入量分析：固结灌浆Ⅰ序孔平均单位注入量为129.0kg/m，Ⅱ序孔平均单位注入量为87.6kg/m，检查孔平均单耗4.6g/m，平均单位注入量随着灌浆孔序的递增而减少，递减率分别为32.1%和94.7%，符合灌浆一般规律。
（4）单位注入量区间段数分析：单位注入量＜10kg/m的段数由Ⅰ序孔的0段上升至Ⅱ序孔的4段，单位注入量在10～50kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的4段上升至Ⅱ序孔的11段，单位注入量在50～100kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的13段下降至Ⅱ序孔的9段，单位注入量在100～500kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的12段下降至Ⅱ序孔的6段，符合灌浆规律。
（5）单位注灰量各区间的频率统计分析：I序孔单耗小于10kg/m的频率为0%，Ⅱ序孔则上升到13.3%，单耗在10～50kg/m区间的频率统计，I序孔为13.8%，Ⅱ序孔则上升到36.7%，单耗在50～100kg/m区间的频率统计，Ⅰ序孔为44.8%，Ⅱ序孔下降到30.0%，单耗在100～500kg/m区间的频率统计，Ⅰ序孔为41.4%，Ⅱ序孔下降到20.0%。说明通过分二序固结灌浆，单耗低的灌浆段数，逐序增加，单耗大的灌浆段数频率，逐序减少，灌浆效果符合灌浆规律。
灌浆成果统计分析表明，各次序孔的单位注灰量随灌浆次序的增进而显著递减，前序孔的灌浆是有效的，随着灌浆次序的递增，各岩体结构（面）的平均单位注灰量亦呈明显递减变化。
3.2物探测试成果分析
采用单孔法和跨孔法进行岩体纵波速度VP检测，灌后波速值平均为4893m/s，高于设计要求的波速值3500m/s，较灌前平均波速4380m/s提高了10.5%。
3.3 抬动成果分析
在压水和灌浆过程中，同步进行盖重混凝土抬动变形观测。观测资料显示，固结灌浆32个孔第一段压水和灌浆发生抬动变形，说明第一段发生变形的危害性较大，由于控制了灌浆压力，变形值控制在设计允许范围200μm内，最大抬动值为190μm[（Ⅰ-256孔第1段压水时发生，当时压力0.24MPa，流量67.1L/min（该段最大流量69.1L/min）]，2个孔第二段压水灌浆过程中发生了抬动，抬动值都较小。故在施工过程中应加强对接触段的抬动观测，防止因抬动变形造成混凝土裂缝。
4 结束语
（1）通过试验区抬动观测数据表明，在混凝土盖重3.0m情况下，固结孔压水和灌浆过程中，多数孔接触段发生了抬动变形，故灌浆压力较设计压力作了调整，今后施工视盖重混凝土的厚度而定，尽量接近设计灌浆压力，保证灌浆质量。
（2）固结灌浆工期非常紧张，5%压水试验孔采取自上而下分段钻孔、孔口封闭、孔内循环、自下而上分段阻塞灌浆法，其余孔采取一钻到底、自下而上分段、孔口封闭、孔内循环、阻塞灌浆的工艺技术，技术可靠，快速高效，效果良好。坝基岩体通过灌浆后，其物理性状、力学性质明显改善，透水性大大降低，达到了设计要求，所采取的灌浆施工工艺技术用于呼蓄下水库工程坝基弱风化岩体加固处理是适宜的。
（3）在灌浆试验中，采用了单点法压水试验、声波测试、钻孔取芯等多种先进的、实用的检测手段对灌浆效果进行检查和测试，多种检测资料可以进行灌浆前与灌浆后的对比分析并相互印證。因此，试验成果具有较好的代表性，达到了预期的试验目的，试验是成功的，对指导今后的设计、施工具有指导意义。
（4）固结灌浆试验中，采取的分序加密分段钻灌，钻孔和压水试验方法、孔口封闭灌浆法灌注普通水泥浆液等施工工艺技术与帷幕灌浆施工工艺几乎相同，因此，试验所采取的工艺和试验成果针对帷幕灌浆也有一定的指导意义。
王长春，男，汉族，1978.2出生，高级工程师，从事水利水电工程
关键词：拦河坝固结灌浆生产性试验
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
下水库位于哈拉沁沟与大西沟交汇处上游，主要建筑物由拦河坝、拦沙坝及左岸泄洪排沙洞组成。拦沙坝和拦河坝均采用碾压混凝土重力坝，拦河坝设计最大坝高73.0m。
坝基岩性为斜长角闪岩和黑云母角闪斜长片麻岩以及第四系松散堆积物，地质构造表现为断层破碎带、裂隙密集带，发育有高陡倾角多微张裂隙；坝基面以微风化未卸荷岩体为主，岩体的透水性受裂隙发育程度控制，并随着埋深增大有所降低，局部小断层发育地带形成强透水凹槽。
固结灌浆的施工受混凝土施工影响，分坝段、分高程、分阶段进行，工期要求紧、施工强度高，为了验证固结灌浆设计参数及施工工艺进行生产性试验。
2 生产性试验
2.1试验布置及设备
选定拦河坝8#坝段上游侧六排孔，左右桩号0+114.000～0+132.000m，上下游桩号上0+005.00～下0+008.500m。该坝段最先浇筑、L117和L118大裂隙斜穿，具有一定的代表性。其中入岩8.0m孔四排，计24个孔，入岩5.0m孔两排，计12个孔，混凝土面高程1331.0m，盖重混凝土厚约3.0m，为防止混凝土底板发生抬动破坏，布置了1个抬动变形观测孔进行施工过程中的抬动变形监测。投入2台潜孔钻、1台地质钻机、1台套灌浆泵进行生产性试验施工，并采用业主指定的捷通（JT）型自动记录仪进行压水灌浆记录。
生产性灌浆试验自2012年5月30日开始，至2012年6月4日结束，并于2012年6月7日至6月10日实施灌后检查孔施工，共完成固结灌浆孔36个，钻孔进尺345.7m，灌浆进尺248.9m，注入水泥26926.4kg；固结灌浆检查孔2个，钻孔19.0m，压水试验3段。
2.2灌浆材料
灌浆用水泥采用42.5MPa普通硅酸盐水泥，其细度要求通过80µm方孔筛的筛余量小于5.0%；水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個比级。
2.3施工工艺
（1）试验孔布置：排间距2.5～3.0m，孔间距3.0m，梅花型布置，所有钻孔均为铅直孔。
（2）施工顺序：按分序加密的原则分二序施工，先施工周边孔，再施工中间孔。
（3）钻孔：上部碾压混凝土未达到设计50%强度时使用湖南产飞碟150型回转式地质钻机，配φ76mm金刚石钻头清水钻进，下部常态混凝土及基岩采用KY-100型露天潜孔钻配φ76mm冲击器中压风动钻进，碾压混凝土达到设计强度要求后采用潜孔钻直接钻进。
（4）灌浆分段：入岩8.0m孔：第一段段长3.0m（入基岩3.0m），第二段段长5.0m；入岩5.0m孔，段长为5.0m。
（5）孔壁冲洗：采用孔内下入导管大流量水冲洗法，冲洗结束后测量孔深，孔内沉积物厚度不得超过20cm。
（6）裂隙冲洗：采用压力水冲洗至回水清净时止或不大于20min。入岩8.0m孔：Ⅰ序孔第一段冲洗压力为0.20MPa，第二段冲洗压力为0.32MPa；Ⅱ序孔第一段冲洗压力为0.32MPa，第二段冲洗压力为0.40MPa；入岩5.0m孔：Ⅰ序孔冲洗压力为0.20MPa，Ⅱ序孔冲洗压力为0.32MPa。
（7）压水试验：选择5%固结灌浆孔作单点法压水试验，其余孔结合裂隙冲洗进行简易压水，压水压力为本段灌浆压力的80%。
（8）灌浆方法：自下而上分段、孔内循环、阻塞灌浆法。
（9）灌浆压力：入岩8.0m孔：Ⅰ序孔第一段采用0.25MPa，第二段采用0.40MPa；Ⅱ序孔第一段采用0.40MPa，第二段采用0.50MPa；入岩5.0m孔，Ⅰ序孔采用0.25MPa，Ⅱ序孔采用0.40MPa；在施工过程中严格控制灌浆压力，对于吸浆量大孔段，开始不给压力，待灌注到浓浆，吸浆量逐渐减小后再开始升压，灌至结束；对于开始就不太吸浆孔段，尽快升到设计压力，压力控制见表1。
表1灌浆压力及注入率控制关系表
（10）结束条件：在该灌浆段最大设计压力下，当注入率不大于1L/min时，再继续灌注30min即可结束。
（11）封孔：固结灌浆封孔采用“导管注浆封孔法”或“机械注浆封孔法”。无涌水孔采用“导管注浆封孔法”，全孔灌浆完毕后，将导管下入到孔底，用灌浆泵向孔内泵入水灰比为0.5∶1浓浆，水泥浆自孔底逐渐上升，可将导管徐徐上提，但导管底口始终保持在浆液面以下，将孔内余浆或积水顶出孔外。待孔内水泥浆凝固后，小于0.5m时用干硬性水泥砂浆人工封填捣实。
有涌水孔采用“机械注浆封孔法”。用灌浆泵向孔内灌注水灰比为0.5∶1的浓浆，灌注压力为该孔最大灌浆压力，持续时间不小于30min。
2.4特殊情况处理
（1）注入量大灌浆段
边排压水试验无压力无回水孔段，该段注入水泥量达到2T，进行待凝24h处理后，扫孔复灌；压水试验有压力有回水孔段，开始低压灌注，注入水泥量略超过2T，按正常结束标准灌至结束。
（2）串漏孔处理
Ⅰ-246与Ⅰ-286孔压水过程中，由于两孔离上游临空面很近，压水过程中上游水坑冒气泡，说明下部裂隙有通道，发生了渗漏，在灌浆时，采取了开始不给压力、灌注浓浆、待凝一次后，第二次扫孔灌浆才结束。
2.5质量检查
试验区灌浆结束3d后，监理指示布设了2个固结灌浆检查孔，占固结灌浆总孔数的5.56%，钻孔19.0m，单点法压水3段,均小于设计的防渗标准，详见表2，满足设计要求。
表2灌浆质量检查孔压水试验成果表
3试验灌浆效果分析
灌浆效果检测与试验同步，试验全过程跟踪检测。采取多种有效手段进行综合测试，包括钻取岩芯、压水试验、声波测试等。
3.1 灌浆成果分析
灌浆成果如表3所示。
表-3固结灌浆孔灌浆综合统计表
（1）透水率分析：Ⅰ序孔平均透水率为42.02lu，Ⅱ序孔平均透水率为28.65Lu，检查孔平均透水率1.87Lu，递减率分别为56.9%和85.6%，符说明经过先序孔的灌浆，后序孔的灌前透水率逐序减小，达到灌浆效果。
（2） 透水率各区间的频率统计分析：I序孔透水率小于10Lu的频率为10.5%，Ⅱ序孔则上升到26.3%，透水率在10～50Lu区间的频率统计，I序孔为63.2%，Ⅱ序孔也为63.2%，透水率在50～100Lu区间的频率统计，I序孔为21.1%，Ⅱ序孔则下降到10.5%，透水率大于100Lu的频率统计，Ⅰ序孔为5.3%，Ⅱ序孔下降到0%；说明通过分二序固结灌浆，透水率小的压水段数频率，逐序增加，透水率大的压水段数，逐序减少，符合灌浆规律。
（3）单位注入量分析：固结灌浆Ⅰ序孔平均单位注入量为129.0kg/m，Ⅱ序孔平均单位注入量为87.6kg/m，检查孔平均单耗4.6g/m，平均单位注入量随着灌浆孔序的递增而减少，递减率分别为32.1%和94.7%，符合灌浆一般规律。
（4）单位注入量区间段数分析：单位注入量＜10kg/m的段数由Ⅰ序孔的0段上升至Ⅱ序孔的4段，单位注入量在10～50kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的4段上升至Ⅱ序孔的11段，单位注入量在50～100kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的13段下降至Ⅱ序孔的9段，单位注入量在100～500kg/m之间的段数由Ⅰ序孔的12段下降至Ⅱ序孔的6段，符合灌浆规律。
（5）单位注灰量各区间的频率统计分析：I序孔单耗小于10kg/m的频率为0%，Ⅱ序孔则上升到13.3%，单耗在10～50kg/m区间的频率统计，I序孔为13.8%，Ⅱ序孔则上升到36.7%，单耗在50～100kg/m区间的频率统计，Ⅰ序孔为44.8%，Ⅱ序孔下降到30.0%，单耗在100～500kg/m区间的频率统计，Ⅰ序孔为41.4%，Ⅱ序孔下降到20.0%。说明通过分二序固结灌浆，单耗低的灌浆段数，逐序增加，单耗大的灌浆段数频率，逐序减少，灌浆效果符合灌浆规律。
灌浆成果统计分析表明，各次序孔的单位注灰量随灌浆次序的增进而显著递减，前序孔的灌浆是有效的，随着灌浆次序的递增，各岩体结构（面）的平均单位注灰量亦呈明显递减变化。
3.2物探测试成果分析
采用单孔法和跨孔法进行岩体纵波速度VP检测，灌后波速值平均为4893m/s，高于设计要求的波速值3500m/s，较灌前平均波速4380m/s提高了10.5%。
3.3 抬动成果分析
在压水和灌浆过程中，同步进行盖重混凝土抬动变形观测。观测资料显示，固结灌浆32个孔第一段压水和灌浆发生抬动变形，说明第一段发生变形的危害性较大，由于控制了灌浆压力，变形值控制在设计允许范围200μm内，最大抬动值为190μm[（Ⅰ-256孔第1段压水时发生，当时压力0.24MPa，流量67.1L/min（该段最大流量69.1L/min）]，2个孔第二段压水灌浆过程中发生了抬动，抬动值都较小。故在施工过程中应加强对接触段的抬动观测，防止因抬动变形造成混凝土裂缝。
4 结束语
（1）通过试验区抬动观测数据表明，在混凝土盖重3.0m情况下，固结孔压水和灌浆过程中，多数孔接触段发生了抬动变形，故灌浆压力较设计压力作了调整，今后施工视盖重混凝土的厚度而定，尽量接近设计灌浆压力，保证灌浆质量。
（2）固结灌浆工期非常紧张，5%压水试验孔采取自上而下分段钻孔、孔口封闭、孔内循环、自下而上分段阻塞灌浆法，其余孔采取一钻到底、自下而上分段、孔口封闭、孔内循环、阻塞灌浆的工艺技术，技术可靠，快速高效，效果良好。坝基岩体通过灌浆后，其物理性状、力学性质明显改善，透水性大大降低，达到了设计要求，所采取的灌浆施工工艺技术用于呼蓄下水库工程坝基弱风化岩体加固处理是适宜的。
（3）在灌浆试验中，采用了单点法压水试验、声波测试、钻孔取芯等多种先进的、实用的检测手段对灌浆效果进行检查和测试，多种检测资料可以进行灌浆前与灌浆后的对比分析并相互印證。因此，试验成果具有较好的代表性，达到了预期的试验目的，试验是成功的，对指导今后的设计、施工具有指导意义。
（4）固结灌浆试验中，采取的分序加密分段钻灌，钻孔和压水试验方法、孔口封闭灌浆法灌注普通水泥浆液等施工工艺技术与帷幕灌浆施工工艺几乎相同，因此，试验所采取的工艺和试验成果针对帷幕灌浆也有一定的指导意义。
王长春，男，汉族，1978.2出生，高级工程师，从事水利水电工程