水库沥青混凝土心墙基础固结灌浆施工探讨

刘奕辰

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

水库沥青混凝土心墙基底防渗加固施工，首先需要进行固结灌浆，通过向钻孔注入高等级标准浆液，闭合基底岩体缝隙，形成整体性良好的完整基座结构，否则在帷幕灌浆时可能会因整体性差而出现拉裂问题，继而影响工程质量。固结灌浆施工完成并经质量验收合格后，再进行帷幕灌浆，将浆液注入基底裂隙及孔隙中形成阻水帷幕，达到加固基础，提高防渗效果的目的。

1 工程概况

水库位于我国西北某高寒山区，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型水库，主体工程大坝为2级建筑物，其他主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。工程挡泄水建筑物上下游校核洪水位以下部位属淡水水位变化区，建筑物所处的侵蚀环境类别为三类，校核洪水位以上部位属露天环境，建筑物所处的侵蚀环境类别为二类。挡水大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，基座以下为河床砂砾卵石。地勘资料表明，水库大坝所在河床段砂砾石层厚度在2.8～5 m，河床砂卵砾石室内试验测定临界水力坡度为0.28～0.30；渗透系数4.19×10-2～6.61×10-2cm/s，属强透水层。因此，对沥青混凝土心墙基础进行固结灌浆处理是必要的。

2 固结灌浆总体施工流程

对沥青混凝土心墙基底开展固结灌浆施工，固结灌浆时首先测量放点，根据施工设计找准固结灌浆钻孔的位置，将钻机对准一次性钻进，再将配置好的高强度浆液通过灌浆泵灌注到钻孔中，完成固结灌浆。固结灌浆总体施工方案见图1。

图1 固结灌浆施工流程示意图

3 固结灌浆施工工艺

3.1 钻孔

该水库固结灌浆孔按3排梅花形布置，排距1.5 m，孔距3.0 m，孔深约5 m。固结灌浆施工的钻孔设备主要为冲击钻机，对于地质较硬的部位采用XY-50型回转钻机，钻头为金刚石钻头，严格按照固结灌浆孔设计尺寸进行钻孔，孔径91 mm，误差控制在±5 mm以内。此外，还要保持角度，角度误差控制在±5°以内。

钻孔开始前，先根据设计图纸放样测点，确定钻孔位置，并做好标记，之后将钻机对准孔位，孔位误差控制在±5 cm。通过水平尺找平，没有位置偏差后，全孔一次钻进，达到进尺后检查钻孔尺寸，如果与设计尺寸偏离较大，则应当将钻孔填平封堵后重新钻孔

3.2 清孔

钻孔结束后先检查是否有质量缺陷及尺寸偏差，并加以处理，没有问题后进行洗孔处理。清孔应注意以下事项：①冲洗孔壁，采用风管、水管联合冲洗孔壁，也可以用导管向孔底注入大流量清水，由孔底朝着孔外冲洗，之后再通过80%灌浆压力且低于1 MPa的水压冲洗裂隙。②清孔冲洗时间一般设置为20 min，但如果回水仍然浑浊还应继续冲洗，直到回水干净为止。③如果钻孔临近有灌浆后不足24 h时或正在灌浆的孔，则暂时不做清孔冲洗。④冲洗完成后需取总孔数至少5%的灌浆孔进行压水试验，试验结果合格才能进行灌浆。⑤冲洗完后应立即灌浆，若24 h内未能进行灌浆，则在灌浆开始前应再次进行冲洗清孔。

3.3 制浆

根据固结灌浆要求，水泥材料应采用强度不低于C32.5级的硅酸盐水泥，为保证固结效果，配置灌浆的水泥、外加剂、砂子等材料以及制备流程都要复核规范、规程要求，并经过灌浆试验确定配合比，确保所配置的浆液达到施工要求。

3.3.1 灌浆材料要求

（1）水泥：灌浆使用的水泥必须是同一品种、同样的高强度等级，所有水泥材料不能低于C32.5级，尤其是同一个灌浆孔不能使用不同厂家的水泥。因此在采购的水泥到货后，需要按照种类、强度等级、厂家等分别存放，在使用前需要放置在仓库中，避免因保存不当导致变质。与此同时，还要检查出厂日期，袋装水泥不能在3个月以上，快硬水泥不能在1个月以上。

（2）水：符合施工水质要求的清水即可，但一般情况下水温不能超过40 ℃。如果是接缝或接触灌浆，那么水温则要控制在20 ℃以内。

（3）掺合料、外加剂：除水泥、水之外，浆液中还要加入各类掺合料及外加剂，主要有砂石、粉煤灰、水玻璃、速凝剂、减水剂等。具体的加入剂量配比需要通过试验确定，对于可溶水的外加剂，在使用时一定要按照水溶状态进行拌合。

3.3.2 拌和制浆要求

试验确定，该水库固结灌浆水灰比采用0.5∶1，选择纯水、C32.5级的硅酸盐水泥以及各类掺合料、外加剂等进行拌合，且应满足下列要求：①拌和时严格按照设计比例加入各材料，误差控制在5%以内，固态材料采用称重方式计量。②针对送浆流速应控制在1.4～2.0 m/s的要求，配置浆液时周围环境温度要人为加以控制，如果过冷就要防寒，过热就要防晒及降温。浆液温度要控制在5～40 ℃范围，如果超过或低于这个温度范围则不能使用。③拌和时必须充分搅拌，如采用普通搅拌机则至少需搅拌3 min，如采用高速搅拌机则不能低于30 s。本工程采用搅高速搅拌设备，型号为ZJ-400型高速制浆机，转速可超过1 200 r/min，搅拌时间为30 s。④浆液在使用之前应质检过筛，为避免浆液凝固，从开始配置到全部用完必须控制在4 h以内，超过则需要重新配置。因此，在施工之前，需要协调好交通，选择交通不拥堵的时间段和路线，在配置完成并过筛合格后，立即送到固结灌浆施工现场。此外，正式施工前，还要关注天气情况，尽可能选择没有雨雪的天气进行施工。

3.4 灌浆

该水库固结灌浆采用SGB6-10型高压泵进行灌浆，各灌浆孔均采用全孔一次灌浆法，进浆管到孔底距离要控制在0.5 m以内。灌浆施工除采用高压灌浆泵以外，还采用JJB-2B搅拌槽，边搅拌边灌浆，同时采用GJY-IV型灌浆记录仪，关注灌浆情况，根据具体部位及孔深波动调节相关参数，将灌注压力始终保持0.3～0.5 MPa范围。灌注的浆液要从稀到浓，水灰比从稀到浓依次采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1。在灌注时从最稀的浆液开始，如果注入量达300 L，或是持续灌注30 min，但灌注压力或注入率没有发生变化，则转换为浓一级的浆液进行灌注。如果注入率超过30 L/min，则可视情况越级转换更浓一级的浆液进行灌注。

3.5 封孔

在规定的灌注压力下，如果注入率已不足1 L/min，持续灌注30 min后结束灌注。如果始终未达到这一标准，需要将异常情况及时向工程师反映，找到成因并及时处理。停止灌注后，通过机械压浆封孔或者是压力灌浆封孔的办法进行封孔处理。

3.6 质量检查

封孔后进行质量检查，一般结合外观检查和取样试验来综合判断固结灌浆是否合格，试验方法主要有钻孔取芯、钻孔压水试验为主，液体波速和静弹性模量等测量为辅，确保得到更加全面的质量检查结果。钻孔压水、岩体波速及静弹性模量检查不能在封孔后立即进行，应在封孔后的3～7 d以及封孔后的2周分别进行。抽取固结灌浆孔总数的5%进行检查，抽检孔的合格率要求超过85%，否则必须返工。本工程抽检孔合格率达到98%，满足质量检查要求，可以进行后续帷幕灌浆施工。

4 固结灌浆施工质量控制

固结灌浆施工可能出现冒浆、串浆等质量缺陷问题，为保证施工质量，可以从以下几个方面入手加强质量控制。

（1）灌浆施工中如出现冒浆问题，应视具体情况分别采取以下办法进行处理：①如果冒浆并不严重，则无需特殊处理，应加强观测并继续灌浆。②如果冒浆情况比较严重，可以降低灌注压力、减少灌输剂量、换为浓度高一级的浆液，或是间歇一段时间再灌注。③情况尤其严重者，可对冒浆严重的地方进行封堵后，重新灌注。

（2）灌注过程中也可能会遇到串浆问题，对于此类问题首先要暂停施工，尽快查明串浆部位和串通量，确定具体的串浆孔后，采取2个串浆孔同时灌浆的方法进行施工。如果灌浆设备不足，则应堵住1个串通孔，等到灌注完成1个孔后，再将堵住的串通孔钻进疏通、灌浆。需要注意，灌浆时最多只能同时灌注2个孔，避免整体向上抬动问题发生。

（3）对于注浆量大、灌浆迟迟不见结束征兆的灌浆孔，可采用下列办法：①降低灌注压力，换位更浓的浆液、间歇待凝，仍未见效的话可加入一定的速凝剂。②停止浆液灌注，待凝24 h后，重新进行扫孔以及补灌等工作。③如果出现这种质量缺陷的孔段比较多，或是某个区域反复出现这种质量问题，则要对浆液进行送检，结合实际情况调整浆液配比。

（4）在灌浆施工中，定期观察回浆情况，如果回浆失水越来越浓，则可以采取以下办法：①适当调大灌注压力。②更换相同水灰比的新配置浆液进行重新灌注。③如果上述办法没有显著效果，则可换为水泥膨润土或者化学浆液进行灌注。

（5）对于出现涌水的孔位，需要在灌浆施工前对涌水情况进行评估，了解涌水压力以及涌水量，再按照以下办法进行处理：①适当增加灌注压力，采用“灌注设计压力+涌水压力”确定施工灌注压力。②在灌浆结束后需要对存在涌水问题的孔位进行屏浆处理，至少持续屏浆60 min。③停止灌浆，孔中注满浆液之后，封闭待凝一段时间再进行下一步施工。④通过以上办法仍没有显著改善，应当先搁置该孔位，联系工程师进行处理。

（6）在钻孔时如果穿过断裂构造发育带，导致塌孔、掉块等问题，或者出现严重渗漏时停止钻孔，联系工程师调整钻孔位置、深度等方案后再进行施工。

（7）灌注施工原则上不应当间断，但在施工过程中也可能因为一些特殊情况不得不暂停施工，暂停施工后需按照以下办法加以处理：①尽可能缩短间隔时间，如果不能在24 h内恢复注浆，就需要重新钻孔、洗孔再恢复注浆。②如果在24 h以内恢复灌浆，则按照更高一级浓度水灰比的浆液灌注施工，如果注入率达到灌前水平，则可换为中断时所用浓度的浆液进行灌注。如果注入率仍然比中断时低很多，则应当降低浆液浓度进行灌注。如果注入率始终上不去，而且和中断时相差非常大，则应暂停该孔灌注，并联系工程师共同探查原因并进行处理。

5 结束语

综上，为满足水库的整体防渗要求，对于水库沥青混凝土心墙基底需要进行加固防渗处理，主要办法是固结灌浆与帷幕灌浆，其中固结灌浆是防渗加固的关键环节，也是施工的第一步。因此，通过钻孔注入高质量浆液，使岩体缝隙闭合，增强基础的整体性，为实施后续帷幕灌浆，满足整体防渗要求奠定基础。本工程沥青混凝土心墙基础固结灌浆施工按照上述施工方法，在规定工期内完成施工，抽检其中5%的孔位，合格率达到98%，满足合格率超过85%的质检要求，并对个别不合格灌浆孔位及时加以处理，处理后满足合格标准，可进行后续帷幕灌浆施工，施工效果理想，可供同类工程参考借鉴。