水库大坝基础固结灌浆补强加固施工技术
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摘要：本文从工程实例出发，探讨在水库大坝施工中，如何对灌浆补强加固技术的参数进行控制，掌握灌浆补强加固技术的质量控制和施工工艺控制，进而缩短水库大坝施工的工期，对工程技术人员有一定的借鉴作用。
关键词：水库大坝；固结灌浆；加固
1 固结灌浆补强加固的原理
固结灌浆补强加固技术在水利工程上主要由于对大坝基础的加固，它是将预先配置好的具有一定胶凝性和流动性的浆液，在一定压力作用下，将浆液通过钻孔注入到基础以下的岩层缝隙中，在浆液完成胶结硬化之后，可以改变岩基的抗渗性和整体性，并在一定程度上提高岩基的承载能力，所使用的浆液的主要成分是水泥。对大坝基础进行固结灌浆加固是为了改善基础以下岩层的缺陷，对大坝基础浅层岩层由于爆破震动而出现松动进行加固，进而提高大坝基础岩体的整体性、均匀性以及抵抗变形的能力，提高岩体抵抗水渗透的能力。
2 固结灌浆加固工程实例
某水库大坝的设计蓄水位为645m，水力发电站安装了4台混流式水轮发电机组，单机容量为260MW。大坝的主体是混凝土重力坝，大坝高度为190.5m，大坝顶部高程为650.5m。水平段大坝基础位于河床部位，进行加固施工点的高程为450m。大坝基础固结灌浆加固需要跨越T1yn1-1 T1yn1-3等岩层，所跨越岩层强度较高而且完整型好。大坝基础以下的断层所对于区域底层中泥化夹层、中夹层以及溶蚀裂隙发育等有一定的影响，这也是大坝基础进行固结灌浆加固处理所重点关注的区域。为了提高水库大坝的整体性能，改变原有大坝基础的均匀性，在提高水库大坝基础承载力的同时减少由于外力作用而产生的压缩变形，这样在对大坝基础以下的断层进行固结灌浆加固时，就需要对灌浆孔进行加密，加密后的灌浆孔之间的距离为3m，分布形式如梅花形，灌浆孔为铅直向下深入岩层以下25m。
3 水库大坝基础的固结灌浆加固
3.1 进行固结灌浆加固需要的机械设备
固结灌浆加固施工时需要的机械设备包括灌浆机、输浆管、拌浆筒、压力表、灌浆塞以及一些附属设备，灌浆的主要施工设备就是灌浆机，它能够正常工作在一定程度上影响了灌浆的质量，其种类一般有液压式、气压式以及活塞式三种，而根据缸体轴线的方向活塞式灌浆机又可以分成卧式和立式两种。对于浅层的灌浆孔，通常使用风钻进行钻孔，对于深层的灌浆孔一般使用的是岩心钻或者潜孔钻。
3.2 固结灌浆加固中相关参数的选取
我国相关规范对于固结灌浆加固技术的规定如下：在《水闸设计规范》中明确规定：“对于裂缝已发育的岩基,宜进行固结灌浆处理,固结灌浆孔可按梅花形或方格形布置,孔距、排距宜取3m4m，孔深宜取3m5m，必要时可适当加密,灌浆压力应以不掀动基础岩体或盖重为原则,无混凝土盖重时不宜小于100kpa，有混凝土盖重时不宜小于200kpa。”国家颁布的《溢洪道设计规范》中规定：“溢洪道地基固结灌浆的范围和深度应根据岩石的破碎程度,风化深度,裂隙大小和基础应力情况确定, 宜在控制段及消能建筑物地基范围内进行, 岩基条件好时,可不进行固结灌浆,固结灌浆孔可按梅花型或方格型布置,灌浆孔方向应尽量穿过较多的裂隙。固结灌浆孔的孔距,排距,孔深应根据岩体的破碎情况,节理发育程度及基础应力综合考虑。孔距,排距宜取34m，孔深宜取35m,必要时可通过灌浆试验确定孔距,排距及灌浆压力等参数,对于较大的断层破碎带,裂隙密集带,宜专门布孔。固结灌浆宜在混凝土浇筑后进行,灌浆压力当有混凝土盖重时可采用0.2Mpa0.5Mpa， 无混凝土盖重时可采用0.1Mpa0.3Mpa， 在不抬动地岩基体和混凝土盖重条件下取较大值，软弱岩体地基灌浆压力可适当降低。”
3.3固结灌浆加固的施工方法
本工程使用预埋管法进行固结灌浆加固，主要操作步骤为钻孔和灌浆，两个操作在一个灌浆段内同时进行实施。具体的操作流程如下：
⑴首先使用直径为40mm的合金转头开钻到设计深度，并且一边钻孔一边用风机将钻孔内的土粒、岩屑等吹出来，保证钻孔内没有其他碎屑杂物，对钻好的空洞要采取适当的防护措施，避免出现孔壁坍塌、异物落入等。
⑵在钻好的孔洞内埋入长5m直径为1英寸的耐压管，耐压管的管口要高出地面20cm左右，用几道橡胶封隔片在耐压管距离地面4m处进行封堵，使用高标号的砂浆将基础面到封隔片的空隙 进行封堵，这样就使得钻孔下方形成一个全封闭的空间，进而保证了在灌浆时，浆液只在岩层的空隙内流动而不会从钻孔处冒出。
⑶在埋好耐压管后，使用大量的清水来清洗孔，将粘附在孔壁和残存在孔内的岩粉、风化作用而形成的泥质填充物、孔洞中或者裂隙松软物质冲出孔外，这样就使浆液更容易流入空隙中，有利于浆液与裂缝面的胶结，进而实现其固结和防渗的作用。
⑷在进行压力灌浆施工中，应先灌注位于基础四周的孔洞，然后在灌注中间的孔洞。本工程使用的是一次全孔灌浆法，孔底离灌浆管底端约20cm左右，在将输浆管路和注浆盖头连接好后，就可以进行送浆作业，沿着注浆管将浆液送入到孔中，由于压力的作用，浆液会沿着孔壁向四周流动，进而挤出缝隙中原有的水分，在实现与四周岩体固结后就形成密实的防渗体。
⑸在灌浆操作结束后，由于水泥固结时会使体积产生收缩，这样就会使灌浆孔上部出现空洞，所以，应当先将孔内积水吸出，然后在使用高标号的砂浆将孔洞封住，在凿除孔洞管后，使用高标号的水泥砂浆将表面抹平。
⑹在进行灌浆、压水以及钻孔操作时，机组的记录员应当及时记录班组施工情况以及钻进情况，特别注意的是钻孔内出现的异常状况，并记录灌浆、压水以及钻孔冲洗等施工全过程。在使用自动记录仪对灌浆和压水工程进行监控的同时，记录员也要对过程进行记录，以便能够与机器记录的结果进行对比，当二者出现显著的差异时，应当立即设法查明出现问题的原因。使用的记录仪应该由厂家对其进行率定、检测以及定期检查，在各项指标检查无误后才能用于施工记录。
⑺在进行灌浆时可能会导致混凝土被抬裂，因而需要在混凝土衬砌块设置一个观测孔，使用千分表对抬裂情况进行观测，使用的千分表必需经过技术本门检验合格后方能使用。进行抬动观测时，先开钻出观测孔，之后安装千分表，对数据进行观测，最后对观测收集的数据进行分析整理。使用直径为15mm的钢筋将千分表测杆绑在套管上，在进行设备安装时，要保证锚固头与外管密封，进而确保浆液不会流到测杆内。各钻孔子啊进行灌浆以及裂隙冲洗时，应当派专人进行抬动观测，并及时做好抬动观测记录。在工程实际操作工程中，测量人员没有观测到抬动值的变化，在灌浆操作过程中混凝土表面为发现明显裂缝，这样就符合设计的要求。
4 固结灌浆加固中常见问题的处理
在进行固结灌浆加固施工中，如果出现外漏、冒浆等问题，可以使用表面封堵、降低灌注压力使用浓浆进行灌注以及嵌缝等方法进行处理。施工中若钻孔之间出现串浆问题，如果出现串浆的孔洞可以进行灌浆操作，则可以采用“一泵一孔”、并联等方法进行灌浆操作；如果出现灌浆的孔洞不可以进行灌浆操作，可以先将出现串浆的孔洞封堵起来，等到其他孔洞都完成灌浆操作后，再将出现串浆的孔洞进行清洗和灌浆。若灌浆过程中由于突发事故而不得不中断灌浆时，应尽可能将中断时间控制在半小时以内，如果中断时间超过半小时，必需在钻孔清洗过后再进行灌浆；若进行重新灌浆过程中出现基本不吸浆或者吸浆量将少，就必需增加钻孔数目，然后再灌浆。
5 结语
固结灌浆补强加固技术通过将配置好的浆液注入到岩层空隙中，进而增强大坝地基岩层的强度和抗渗性；固结灌浆施工中核心的施工设备为灌浆机；施工控制参数的选取应参照《水闸设计规范》和《溢洪道设计规范》中的相关规定选取；对于固结灌注施工要严格按照施工工序进行操作，对于施工过程中出现的问题要及时分析原因，并采取措施予以解决，确保大坝基础固结灌浆加固的工程质量。
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作者简介：
李开志，就职于湖北水总水利水电建设股份有限公司。