大坝基础灌浆常见问题及处理

曹蓓蓓,洪金领

(中国水电建设集团国际工程有限公司,北京 100048)

在大坝基础灌浆施工过程中,往往会遇到种种问题,笔者根据实际工作经验,总结大量工程经验教训,对这些问题进行归纳,并分析其原因,给出处理措施,供相关人员参考.

1 基础灌浆常见问题及其处理

1.1 钻孔时卡钻

在钻灌浆孔时,时有发生卡钻现象,总结原因为:①地基条件不好,岩石破碎,孔壁不稳固,在钻孔施工中有很多碎渣落下,造成卡钻;②竖向节理、裂隙发育以及渗漏情况严重;③钻孔穿越有钢筋的混凝土部位;④钻孔孔径过小或不均匀等.针对这些情况,应采取相应的措施,如自上而下分段钻孔,分段灌浆;避免穿越有钢筋的混凝土;加大钻孔孔径等.

1.2 钻孔偏斜太大

钻孔偏斜太大主要是由于钻具固定和施工监控不利所致,故应作好施工准备并应加强施工过程中各个环节的监控.特别是帷幕灌浆的深孔尤应注意,如果钻孔下部偏斜过大,浆液的有效扩散范围未能相互搭接,则会形成漏水通道,造成严重后果,最好的处理办法是对每个孔都能自上而下的分段测定孔斜,随时发现问题,随时纠正.

1.3 地表冒浆

地表冒浆主要是针对固结灌浆而言的,往往是由于岩石比较破碎,灌浆孔段与地表有垂直向的连通裂隙,在灌浆压力较大且灌浆段位置较浅时发生.对冒浆的处理必须耐心、细致,有时可能要反复多次处理才能解决.主要的处理方法如下:

(1)表面堵盖处理.①从裂隙冒浆处,可用旧棉花、麻刀 (碎麻)、棉线、水泥纸袋等物紧密地打嵌入缝隙内,必要时,在其上面再涂抹速凝水泥或水泥砂浆等,以堵塞缝隙.②在冒浆处,凿挖岩石,将漏浆集中于一处,用铁管引出,先前冒浆的地点用速凝水泥或水泥砂浆封闭,待一定时间后,将铁管堵住,从而止住冒浆.③冒浆严重难以堵塞时,在冒浆部位,浇筑混凝土盖板,而后再进行灌浆.

(2)施工工艺操作控制.①采用低压灌浆的方法,降低灌浆压力,甚至采用自流式灌浆 (即仅靠在孔内浆液的自重压力灌浆).同时使用浓浆,如0.6∶1、0.5∶1的浓浆,必要时可加入适量粗料或(与)促凝剂,待将漏浆出路堵塞处理后,再逐步提高灌浆压力,将浆液变稀,按正常规定继续进行灌浆.②采用限制进浆量法,除采用低压、浓浆外,还可限制进浆量,控制单位吸浆量不超过30~40 L/min,或再小一些,待浓浆在裂隙中逐渐沉积,最终将其封堵后,再逐渐提高灌浆压力.③采用间歇灌浆法.灌注一定量的浓浆后,或当发现冒浆处出现浓浆时,立即停灌,间歇至少10 min后再行灌浆,如此反复,直至冒浆停止,压力达到规定值后,再依照原定规程正常进行灌浆.

1.4 串浆

在灌浆过程中,浆液从其他钻孔内流出,这种现象称为串浆.串浆发生的主要原因是:灌浆孔间的岩石中,裂隙较多,相互串联,使灌浆孔直接或间接地连通,进而形成了串浆通路.当裂隙发育,裂缝宽大,灌浆压力比较高而孔距又较小时,会促使串浆现象加重.

串浆处理时,尽可能不停机,只有当串浆孔很深,而串浆部位距孔口又很近时,为防止串浆孔整孔堵塞而会废弃时,才考虑停灌该部分,而改灌串浆孔未灌部分.当灌至串浆部位后,即恢复该部分灌浆工作.串浆段与灌浆孔的串通段,也可同时灌浆或用灌浆塞塞住串浆孔串浆部位上方1~2 m处,然后对灌浆孔单独灌浆 (以后再扫孔).此外,串浆孔与灌浆孔可同时进行灌浆,一台灌浆泵灌注一个孔.

防止串浆的主要措施有:①加大第一次序孔的间距;②适当延长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间,待前一次序孔灌注的浆液基本上已经凝固后,再开始下一次序孔的钻灌工作,防止新灌入的浆液将前期已灌入到裂隙中的浆液结石冲开一条通路,由已灌的或其他钻孔中串出;③使用自上而下分段灌浆法,也有利于防止串浆.

1.5 绕塞返浆

浆液绕过灌浆塞流到塞子上部的孔内,即为绕塞返浆.如果在压力作用下,浆液返至孔口外,就会形成孔口返浆.

(1)绕塞返浆的原因:①在灌浆段与橡胶塞以上的孔段之间有裂隙相通,灌浆时,一部分浆液沿着这类裂隙流到橡胶塞上部的孔段内.如果采用的是自上而下的灌浆施工法,发生这种现象则表明这类裂隙没有灌好,或者是灌后待凝时间太短,裂隙中的水泥结石还没有达到一定的强度,又被新灌入的浆液压开了一条通路.②安设橡胶塞处的孔壁凹凸不均,堵塞不严密.③橡胶塞压胀度不够,压塞的不紧密.

(2)绕塞返浆对灌浆的影响.绕塞返浆将给返浆处以上孔段的灌浆效果带来不利影响,而且橡胶塞易被返浆凝结住,导致起拔困难.

(3)绕塞返浆的预防和处理:①钻孔孔径力求均匀.②橡胶塞应长一些,且组成橡胶塞的每一个橡胶球 (圈)的质量要好,并且坚韧、有弹性,其直径与钻孔孔径要相适应.③采用自上而下分段灌浆方法时,上一段灌完浆后,应有足够的待凝时间.④灌浆前,先用压力水试验有无绕塞返水现象,如果发现孔内返水,则可再度压紧橡胶塞.如多次压紧橡胶塞均无效时,则应移动橡胶塞的位置,至不再发生返水时为止.然后再开始灌浆工作.

当灌浆段位置较深时,应加强预防工作.因为有时虽然发生绕塞返浆现象,但浆液没有流出孔口,难以发现,造成浆液凝结住橡胶塞,以致难以起拔.

1.6 设备故障造成灌浆中断

在灌浆过程中,由于灌浆泵、动力机或浆液搅拌机械等发生故障 (如球阀座被浆液冲磨出缺口、盘根不严漏浆等),常被迫中断灌浆.此时如检修简单,则要尽快予以修理并恢复灌浆,否则更换设备.为了保证设备的良好运用,在购置灌浆泵等设备时,要特别注意其适用性能,看其在规定的最大压力下能否长期的连续运转.此外,施工过程中,当每段灌浆完成后,要把泵缸洗干净,并仔细检查相关设备的零部件是否处于完好状态.

1.7 灌浆塞下不去

当孔内有凝结的封闭物或浆液或掉落的石块等时,灌浆塞往往会下不去,此时可用高压水冲除,若冲不掉也可用人工或机械使用矛式钻头扫孔.当孔内弯曲或有稍许错动,可用小栓塞下去塞紧灌注.若小栓塞也下不去,或者钻孔严重变形、弯曲或错动,且事故位置在孔深10 m以上时,则可考虑采用扩孔办法处理.

1.8 管路阻塞

管路阻塞主要是在灌浆中断或结束时,由于灌浆管路冲洗不干净所致,故应经常检查,定时放浆,特别是灌低压浓浆时更要掌握好.

1.9 输浆管破裂或接头崩脱

由于输浆管往往在高压下 (有的30 kg/cm2或更高)长期工作,一般很容易发生破裂或管子接头崩脱.这不但会造成停机,还容易伤人,特别是管路来回摆动的时候,灌浆管破裂而喷出的浆液可射入人的眼内,因此一定要引起注意.具体的处理措施是迅速换管,或割掉破裂部位再行连接.

通常情况下,灌浆施工前,要对灌浆管路进行耐压试验,试验压力要达到最大灌浆压力的1.5倍左右.施工中,要经常进行检查,对老旧的管路及时予以更换.

1.10 基岩抬动

造成基岩抬动主要原因是灌浆压力太大所致,故施工前,最好进行灌浆试验,确定最大可灌压力,同时在施工时,控制好灌浆压力,使其不要失控,进而避免岩体的掀动或破坏.但做压水试验时,可允许盖重有0.1~0.5 mm的抬动,可根据实际工程情况而定.

1.11 压力表不灵

灌浆孔冲洗、灌浆时,其压力大小都需通过安装在该系统的压力表反映出来,它对灌浆质量有直接影响.压力表不灵,主要是选用规格不当造成.压力表规格选得太大,则读数不精确;太小,则仪表易损坏.实践证明,压力表规格以相当于灌浆使用压力的1.5倍为宜.此外,要加强检查、维护,或设保护装置,防止浆液进入压力表口.

1.12 循环灌浆塞内管伸长部分被堵塞

堵管的发生主要是由于灌浆时间过长,孔内水泥浆流速减慢,产生沉淀凝结所致.新安江灌浆经验认为:灌浆时间延长10 h以上,即很容易发生堵管事故.因此缩短段长,减少灌浆时间,将有助于防止堵管事故.如果能对灌浆栓塞结构加以改进,使该射管在灌浆过程中能经常转动,则也不易发生堵管事故.

1.13 在有承压地下水区灌浆 (孔口涌水)

在有承压地下水区的灌浆施工过程中,有时会有浆液泛出,故在这样的地区灌浆应注意采取以下措施:

(1)自上而下分段,使用速凝浆液、浓浆待凝等.

(2)每段灌浆结束后,在孔内注满水,并用灌浆塞密封,防止浆液在凝结前被地下压力水顶出,即屏浆、闭浆.

(3)灌浆压力应比规定压力大,其差值应等于承压水的压力.

(4)由两排孔组成的帷幕,应先钻灌下游排,后钻灌上游排,对裂隙特别发育的局部灌区,则可上、下排同时灌.若为3排孔时,先灌下游排,其次灌上游排,最后灌中间排.

1.14 灌浆孔吃浆量太大

灌浆施工过程中,灌浆孔吃浆量太大,这表明:

(1)岩层渗透性特别严重,造成吃浆量大,有的称为岩层大量漏浆.处理的办法有:①降低灌注压力,用低压甚至用自流式灌浆,待裂隙逐渐充满浆液,降低流动性后,再逐渐升高压力;②限制进浆量在30~40 L/min以内,并用浓浆灌注,待进浆量明显减少后,将压力升高,使进浆量再次达到30~40 L/min,继续灌注,待进浆量又明显减少时,再次提升压力,直至达到灌浆结束标准时止;③使用浓浆或掺加砂料的浓浆低压灌注;④若长时间内岩层一直大量吃浆,且压力也提升不上去,则可用间歇灌浆法.

(2)可能有地下溶洞或较大的渗漏通道,比如存在渗透流速超过600 m/24 h的大裂隙等.对这种情况应停机,由地质工程技术人员重新进行地质勘察判断,并会同设计人员提出解决办法.如先回填混凝土后灌浆等.

1.15 灌浆孔不吃浆

有时会发现灌浆孔不吃浆或吃浆量太小,这可能是浆液浓度不合适,也可能是裂隙甚是细小,如小于0.1 mm.对前者应采取充分洗孔、高压水洗孔及调整浆液浓度等措施;对后者可考虑采取使用磨细水泥或改用化学灌浆.日本电力开发公司发明了一种磨细水泥搅拌工艺 (湿磨水泥灌浆),即浆体经搅拌后送入长圆筒形磨机,磨机内装有高速旋转的圆盘和钢珠,湿磨后的水泥浆体再送入第二次搅拌机待用.根据试验,湿磨2 min,小于5 μm的粒径占70%;10 min后,则可达95%,静置3 h,析水量仅5%(W/C=4:1),这种工艺与使用工厂生产的磨细水泥相比,不但稳定性好,而且成本也低.对砂层或冲击层灌浆也适用.

1.16 回浆变浓

当遇到回浆变浓情况时,宜换用相同水灰比的新浆进行灌注,若效果不明显,延续灌注30 min,即可停止灌注.采用加水 "改稀"的办法,实践证明往往效果不好.

2 关于恢复灌浆问题

一般来讲,不管什么原因造成了灌浆中断,都会对灌浆质量带来或大或小的影响.如果中断时间短 (如30 min以内),而且复灌后的吸浆量与中断前相近似,那么灌浆质量不会受大的影响.如果中断时间较长 (如30 min以上),而且复灌后的吸浆量与中断前相比大幅下降,甚至不再吸浆,那么灌浆质量就会受到较严重的影响.对应的复灌处理措施是:

(1)中断时间短.中断后,估计极短时间内能够复灌,中断前灌的又是稀浆,中断时单位吸浆量也很大,视施工具体情况,可以不进行净孔冲洗,排除故障后即可复灌,且可采用中断前的水灰比.

(2)中断时间长.中断后,根据中断原因和具体情况,估计短时内难以复灌时,应 立即冲洗钻孔.如果不能立即冲洗钻孔,而中断前灌的又是浓浆,则应上提射浆管,以免因为浆液沉淀被埋住.待具备冲洗条件时,再进行强力冲洗,而且越早越好.复灌时,可从最大的水灰比开始.

3 结 语

笔者对实际工作中遇到关于的基础灌浆的问题进行了阐述,介绍了实际处理经验.随着灌浆技术的不断发展 (如由瑞典灌浆专家G.Lombardi等人提出的GIN-Grouting Intensity Number技术)以及灌浆机械的不断更新,大坝基础灌浆施工过程中出现的问题也会有变化.在实际的工程实践中,应首先确定现场的地质条件,再根据实际情况选择合适的基础灌浆方法,只有正确的选择基础灌浆技术,并且在遇到灌浆中出现的问题时采用正确的处理方法,才能保证水利工程建设的施工质量.

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