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1、論水平層狀巖體固結灌漿的施工工藝及應用楊 建 劉 毅（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司 成都溫江 611130）摘要：針對水平層狀巖體的固結灌漿，考慮重點解決基巖卸荷裂隙與爆破裂隙引起的巖體整體性降低問題。此項施工工藝在嘉陵江亭子口水電站作為專項試驗取得了一定的摸索價值。本文是作者根據(jù)施工實踐，就水平夾層的固結灌漿施工工藝應用及分析與思考。關鍵詞：水平層狀巖體 固結灌漿 施工工藝 應用成果1 引言固結灌漿是用漿液灌入巖體裂隙或破碎帶，以提高巖體的整體性和抗變形能力的灌漿。嘉陵江亭子口水電站為探索適合工程特點、灌漿效果的參數(shù)、工藝及控制措施；研究在不同孔、排距灌漿條件下，灌前、灌后2、巖體物理力學性能（主要以聲波）的提高和改善程度，并為壩基固結灌漿具體實施與優(yōu)化提供科學依據(jù)等，在與壩基地質結構相似的部位進行了固結灌漿專項試驗，并取得了重要的試驗成果及施工參數(shù)。2 設計要求及施工方案孔位布置選定試驗區(qū)域分A1、A2兩區(qū)，分別模擬2.5m和3.0m兩種孔排距。A1、A2區(qū)分別布置9孔及7孔，其中A1-6號孔與A2-2號孔為同一孔。兩區(qū)共計15孔。灌漿孔鉆孔基巖段長均為6.0m。A1、A2區(qū)各布置2個物探測試孔（兼作靜彈模測試孔）、3個灌后壓水檢查孔，基巖段長均為6m。兩區(qū)各布置1個抬動變形觀測孔，孔深8m?？孜徊贾萌缦聢D。灌漿方法A1區(qū)（2.5m2.5m）、A2區(qū)（3m3m）采3、用孔內循環(huán)灌注法，段長為6m。灌注時，阻塞器阻塞在混凝土與基巖接觸面處。A1區(qū)分段鉆灌漿，第一段2.0m，第二段4.0m。灌漿壓力與灌前壓水壓力a) 設計初步擬定灌漿壓力如下：A1區(qū)、A2區(qū)序孔灌漿壓力0.20.3MPa；序孔灌漿壓力0.30.4MPa。灌漿壓力均為灌漿孔孔口回漿中值壓力（壓水類同）。第二段壓力0.30.4MPa.試驗過程中，在A1區(qū)及A2區(qū)分別選擇第一個施工的序孔和第一個施工的序孔，按照上述各區(qū)分序參考灌漿壓力，在確?；鶐r不發(fā)生抬動變形破壞的情況下，按每5min升0.1MPa逐步升至最大耐壓，以探索出基巖、序深固灌孔極限灌漿壓力。取、序孔極限灌漿壓力的70%分別作為剩余、序孔4、實際灌漿壓力，據(jù)此適當調整初擬灌漿壓力，當此值與相應的初擬壓力相差不大（20%）時，可直接采用初擬壓力進行剩余、序孔灌漿。物探孔與灌漿孔灌前均進行壓水試驗，壓水采用單點法，壓水壓力均為0.2MPa（當小于此壓力下已達允許極限變形時，以實際可承受壓力作為壓水壓力）。b) 灌漿壓水實際壓力施工過程中，大部分試驗孔段存在漏失嚴重，流量過大，無壓沖洗時即有抬動，壓水壓力達不到設計初擬壓力抬動變形就接近極限200um的現(xiàn)象，在確保不發(fā)生抬動變形破壞的情況下，經過處理后部分孔段最終可達到如下灌漿壓力，見表一。 表一 分序分段灌漿壓力參數(shù)表A1區(qū)第一段第二段第一段第二段0.25Mpa0.40Mpa0.30M5、pa0.40MpaA2區(qū)0.30Mpa0.40Mpa3 固結灌漿專項試驗施工情況及成果鉆灌施工程序固結灌漿施工次序：蓋重混凝土施工抬動觀測鉆孔、儀器安裝灌前物探孔鉆孔取芯、洗孔、壓水、測試、封孔保護、序固結灌漿孔分序鉆孔、沖洗、壓水、灌漿、封孔灌后質量檢查孔取芯、壓水、封孔灌后物探孔掃孔、聲波測試、靜彈模測試、封孔。(2)資料整理與成果分析通過對資料整理，并結合固結灌漿專項試驗施工的實際情況，固結灌漿專項試驗施工成果分析如下：1）完成工程量固結灌漿專項試驗完成A1、A2區(qū)共15個孔，A1區(qū)9個灌漿孔、A2區(qū)6個灌漿孔，A1、A2區(qū)共用一個灌漿孔A1-I-6/A2-I-2, 2個抬動觀測孔造孔以6、及抬動裝置安裝監(jiān)測，完成物探孔4個以及灌前聲波測試，A1區(qū)質量檢查孔3個，A2區(qū)質量檢查孔3個。完成鉆孔工程量219.5米，固結灌漿工程量90米。注入水泥量21.76206t，總耗水泥量25.49t，A1、A2區(qū)灌漿孔平均單位注入量為239.6kg/m。質量檢查孔灌漿36.0m，質量檢查孔灌漿平均單位注入量為5.39 kg/m。2） 施工過程分析A、鉆孔過程分析灌漿采用有蓋重灌漿，混凝土蓋重不小于2米，鉆孔采用SGZ-A地質回轉鉆機，孔徑為76mm，物探孔孔徑為91mm，按規(guī)范先施工序，再施工序。物探鉆孔取芯情況表明該部位巖石主要為粉砂質粘土巖，巖層破碎，水平層狀夾層分布明顯，裂隙發(fā)育，巖體透7、水性較好。部分夾層內充填粉末狀砂巖及粘土，還有部分架空夾層。B、壓水試驗及灌漿過程分析灌漿按分區(qū)、分序、逐漸加密的原則進行施工。物探孔灌前壓水壓力0.00.15Mpa，抬動值為0，單位流量44.4356.31L/min，透水率0.0179.3Lu；A1區(qū)I序孔第一段裂隙沖洗、壓水試驗過程中由于滲水較大，巖層透水性非常強，透水率無限大，無法正常結束壓水試驗，抬動值接近設計極限值（0181um），單位流量0.031.69L/min，采用無壓或低壓力法施工。第二段壓水透水率較第一段有明顯減小，抬動值在0161um，單位流量0.030.32L/min；II序孔第一段壓水壓力0.170.23Mpa，透水8、率3.0324.96Lu，均無抬動現(xiàn)象，單位流量2.2124.96L/min；第二段壓水壓力0.20.23Mpa，抬動值在012um，單位流量2.174.28L/min；A2區(qū)I序孔壓水壓力0.010.21Mpa，透水率1.6105.7Lu，抬動值在0172um，單位流量2.1850.46L/min；II序孔壓水壓力0.330.40Mpa，透水率1.45.9Lu，均無抬動現(xiàn)象，單位流量1.366.42L/min。A1區(qū)I序孔平均單位注入量為412.3kg/m，II序孔平均單位注入量為43.1kg/m；A1區(qū)第一段平均單位注入量為606.8kg/m，第二段平均單位注入量為130.5kg/m；A29、區(qū)I序孔平均單位注入量為324.1kg/m，A2區(qū)II序孔平均單位注入量為6.3kg/m，平均單位注入量為165.2 kg/m。從各區(qū)分序、分段灌漿成果顯示：A1區(qū)A1-I-1號孔灌漿最大壓力為0.36Mpa、A1-I-2號孔灌漿最大壓力為0.39Mpa、A1-I-3號孔灌漿最大壓力為0.32Mpa、A1-II-4號孔灌漿最大壓力為0.36Mpa、A1-I-5號孔灌漿最大壓力為0.39Mpa、A1-I-6號孔灌漿最大壓力為0.47 Mpa、A1-I-7號孔灌漿最大壓力為0.36Mpa、A1-II-8號孔灌漿最大壓力為0.50Mpa、A1-II-9號孔灌漿最大壓力為0.40Mpa；A2區(qū)A2-I10、I-1號孔灌漿最大壓力為0.40Mpa 、A2-II-3號孔灌漿最大壓力為0.33Mpa、A2-I-4號孔灌漿最大壓力為0.26Mpa、A2-I-5號孔灌漿最大壓力為0.28Mpa、A2-I-6號孔灌漿最大壓力為0.31MpaA2-II-7號孔灌漿最大壓力為0.40Mpa。兩區(qū)均存在部分孔段采用復灌多次的方法才達到設計結束標準。以上成果中顯示灌漿最終壓力值接近設計壓力參數(shù)值的數(shù)據(jù)較多， 但大多是采用復灌或間歇灌漿處理后所得壓力值。每區(qū)灌漿施工時按要求選取所有、序孔進行單點法壓水，根據(jù)壓水試驗結果顯示，該部位的巖石透水性較好，灌漿過程中A1區(qū)大部分、序孔第一段漿液注入量大，孔間、巖層裂隙串通性好11、，抬動現(xiàn)象明顯，巖石可灌性較好。灌漿平均單耗239.6kg/m，耗灰量比較大，主要是由于巖體自身存在的水平夾層引起的。其中序孔單耗量為382.9kg/m，序孔單耗量為65.6kg/m，序孔較序孔單耗量遞減了82.9%，透水率及灌漿單耗隨著灌漿次序的遞增而呈遞減趨勢，這一現(xiàn)象符合巖石基礎灌漿分排分序施工規(guī)律。C、耗用漿材分析導流明渠右導墻2單元固結灌漿專項試驗灌漿水泥耗量統(tǒng)計見下表二。表二 基礎固結灌漿試驗水泥耗量統(tǒng)計 工程 部位灌漿類型灌漿 次序灌漿（m）水泥耗用量（kg）總耗水泥量（T）平均單耗（kg/m）備注A1 區(qū)固結灌漿36.014843.4 16.1846 412.3 18.077612、.0 1.3256 43.1A2區(qū)固結灌漿18.05834.5 6.3725324.118.0114.1 0.62636.3合計90.021567.9 24.509239.6從上表可以分析：各單元灌漿序孔水泥單耗量均大于序孔單耗量，序孔單耗量為382.9kg/m，序孔單耗量為65.6kg/m，序孔較序孔單耗量遞減了82.9%，遞減趨勢明顯，符合巖石基礎灌漿施工的一般規(guī)律。灌漿平均單耗239.6kg/m，耗灰量比較大，主要是基礎巖石由細粒巖屑砂巖、褐紅色砂質粘土巖組成，由于卸荷的原因、造成裂隙比較多。D、其它現(xiàn)象固結灌漿完成7天后，在距試驗施工區(qū)域約10m30m的部位進行了基巖保護層開挖，開挖完13、成并清除表層全風化巖石（該位置高程同試驗區(qū)域的第一層水平夾層一致），發(fā)現(xiàn)該區(qū)域層狀夾層及卸荷裂隙分布明顯、比較發(fā)育。層狀夾層及豎向卸荷裂隙水泥結石充填飽滿、密實，最大充填厚度近5cm ,最小充填厚度約為0.5cm。存在水泥結石的部位距試驗區(qū)域最遠達25m。上述現(xiàn)象說明在試驗過程中水平層狀巖體的可灌性非常好，滲漏通道比較明顯。在壓水試驗和灌漿過程中，因吸水、吸漿的擾動以及部分夾層內的粘土泥化膨脹，形成無壓抬動現(xiàn)象，給試驗造成了一定的干擾。4 質量檢查結果(1)檢查方式固結灌漿專項試驗質量檢查采用分析灌漿孔的施工記錄及鉆孔壓水試驗進行綜合評價，檢查孔根據(jù)固結灌漿試驗區(qū)檢查孔孔位布置圖確定。固結灌漿14、壓水檢查在灌漿結束7d后進行，采用單點法壓水，檢查壓水壓力定為0.3MPa。分段壓水，壓水段長與灌漿分段一致。壓水檢查合格標準為透水率q3Lu。(2)檢查孔施工檢查孔采用地質鉆機SGZ-A造孔，造孔孔徑為76mm。檢查孔孔深比相應灌漿孔深度少0.5m，鉆孔結束后，對鉆孔進行檢測和驗收。鉆孔質量要求:孔位偏差10cm，孔深偏差20cm，孔斜率1%，孔底沉淀20cm。(3)壓水試驗情況分析該地層基巖巖石相對破碎，巖石抬動變形情況較突出，檢查孔壓水合格率低。A1區(qū)：J-1號孔壓水第一段穩(wěn)定壓力為0.05Mpa，透水率為17.10Lu，壓水過程中與其余5個檢查孔串通；第二段穩(wěn)定壓力為0.07Mpa，透15、水率為3.21Lu，壓水過程中與其余5個檢查孔串通。J-2號孔壓水第一段穩(wěn)定壓力為0.11Mpa，最終透水率為5.18Lu，壓水過程中J-6、J-5串通；第二段穩(wěn)定壓力為0.30Mpa，最終透水率為0.05Lu。J-3號孔第一段穩(wěn)定壓力為0.30Mpa，透水率為1.55Lu；第二段穩(wěn)定壓力為0.08Mpa，透水率為2.03Lu。該孔兩段透水率均滿足設計要求。A2區(qū)：J-4號孔穩(wěn)定壓力為0.06 Mpa，透水率為13.61Lu，壓水過程中其余5個檢查孔串通；J-5號孔穩(wěn)定壓力為0.11Mpa，透水率為1.15Lu，壓水過程中J-6、J-2串通；J-6穩(wěn)定壓力為0.10Mpa，透水率為1.20Lu16、，壓水過程中J-6、J-2串通。壓水試驗過程中均采用多點壓力試驗的方式進行作壓水試驗。從施工記錄分析：0.10Mpa下有2段合格，0.30Mpa下有2段合格， 0.08Mpa下有1段合格。檢查孔灌漿及壓水試驗成果見表三及表四。表三 檢查孔水泥耗量統(tǒng)計表工程部位灌漿類型灌漿段數(shù)灌漿（m）水泥耗用量（kg）總耗水泥量（T）平均單耗（kg/m）備注A1 區(qū)灌漿318.0157.470.66182 8.75A2區(qū)灌漿318.036.69 0.522482.04合計36.0194.16 1.18435.39表四 固結灌漿專項試驗檢查孔壓水試驗成果統(tǒng)計表施工部位檢查孔號壓水段數(shù)透水率（Lu）防滲標準（Lu17、）備注A1區(qū)J-1217.10、3.213.00A1區(qū)J-225.18、0.053.00A1區(qū)J-321.55、2.033.00A2區(qū)J-4113.613.00A2區(qū)J-511.153.00A2區(qū)J-611.203.00合計9(4)物探測試成果灌前聲波檢測結果表明，該部位平均波速值在30003500m/s，灌后聲波值在32003700m/s，平均提高2.9%，局部測點提高6%，灌漿前后聲波值提高率比較明顯，巖體的整體性明顯得到了改善。(5)質量評價本次固結灌漿專項試驗從施工過程控制及施工記錄分析，該部位巖石情況較復雜，水平層狀夾層分布明顯。巖石透水性較高，可灌性較好。灌漿過程中由于抬動原因，采18、用了限流、限壓、間歇灌漿等諸多方式達到了灌漿結束標準，灌漿效果受到一定影響。質量檢查孔的壓水情況說明，A2區(qū)壓水試驗較A1區(qū)好，平均透水率較A1區(qū)低，壓水合格率較A1區(qū)高。取芯情況：A2區(qū)J-4、J-6號孔巖心局部夾有水泥結實，A1區(qū)檢查孔巖心基本無水泥結實。上述結果表明，采用不分段進行一次性灌漿的A2區(qū)灌漿效果相對較好。從壓水總體情況顯示，本次壓水合格率55.5；但按設計技術要求分析，達到0.30Mpa的合格孔段僅2段，合格率為22.2，表明試驗區(qū)的孔排距設計仍可能偏大。結合質量檢查孔的鉆孔取芯分析，各孔透水性相對較好的深度部位約在3.03.5m處，灌漿過程中的抬動部位也在此深度位置，為基巖19、抬動。5 施工工藝的體會及應用思考結合上述分析，該固結灌漿專項試驗灌后質量仍待提高，總結和分析原因，對于水平層狀巖體的固結灌漿，改善其整體性和抗變形能力，就施工工藝及施工過程控制有以下幾點體會：(1)為增強灌漿效果，灌漿時序孔可根據(jù)抬動情況采用低壓或無壓灌注，盡量不采用濃漿灌注、間歇灌漿、待凝等方式進行處理，序孔施工時，再將灌漿壓力提高至0.30Mpa 0.40Mpa壓力，這樣更能保證灌漿質量。同時，在序孔灌漿完成并封孔前插入28鋼筋加以錨固，以解決后序孔施工時基巖或混凝土發(fā)生抬動的問題，這樣更能保證灌漿效果，達到設計處理標準。(2)對于注入率較大，低壓或無壓的情況下抬動變形值很快就接近允許值20、的孔段，灌漿開始持續(xù)一段時間灌入量仍超過30L/min，采用限量灌漿處理。限量的操作方式是：降低灌漿壓力或減少供漿量（可同時使用），把灌入流量控制在1015L/min,進行低壓或無壓力灌漿，待流量逐步降低至5L時，持續(xù)灌注1020分鐘，然后再逐級提升灌漿壓力（每級壓力可為0.05Mpa）或加大供漿量，把灌注流量再次控制在1015L/ min進行灌注。待流量逐步降低至5L時，持續(xù)灌注1020分鐘，然后又逐級提升灌漿壓力或加大供漿量進行灌注。按上述方法逐步升壓灌漿，直至達到設計灌漿壓力和結束標準。結語通過嘉陵江亭子口水電站固結灌漿專項試驗情況，水平層狀巖體的固結灌漿在施工控制上是存在一定的施工難度的，特別是對于抬動變形控制與灌漿壓力提升的矛盾只有通過合理應用固結灌漿施工工藝，才能解決。作者簡介：楊建（1976-），男，四川渠縣人，工程師，任項目經理，從事水利水電工程基礎處理工程施工及技術管理。劉毅（1980、01-），男，四川人壽人，助理工程師，從事水利水電工程基礎處理工程施工及技術管理。