水利水电工程中坝基固结灌浆试验研究

刘志鹏

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

汾河一坝枢纽工程位于汾河灌区最北端的太原市上兰村西南，担负着太原市南北郊区30.87万亩农田的灌溉和太原钢铁公司、太原第一热电厂和市区园林的供水任务。本枢纽水闸除险加固工程等别为II等，工程规模为大（2）型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。工程防洪标准采用30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，对应洪峰流量分别为2 600 m3/s、3 450 m3/s。

汾河生态修复一坝段大坝自投产运营以来，设计标准频繁变动，工程坝基诸多尾工施工质量问题频繁出现，过去所实施的几次续建加固补强处理对大坝坝基稳定并无实质性改善，隐患突出，为保证大坝运行安全，必须进行大坝坝基全面补强与加固。

2 坝基固结灌浆施工布置

2.1 施工工艺流程

汾河生态修复一坝段坝基固结灌浆按照自上而下的顺序分段灌注，施工单元按照设计图分区确定，混凝土实际浇筑过程中可进行施工子单元的进一步划分[1]，各施工单元固结灌浆施工工艺流程详如图1所示。

2.2 灌浆材料的选择

2.2.1 灌浆水泥

汾河生态修复一坝段坝基固结灌浆使用32.5级的普通硅酸盐水泥，对于超细水泥则通过42.5的普通硅酸盐水泥磨细而成，以确保水泥达到通过80 μm方孔筛细度，筛余量≤5 %[2]。

本工程坝基固结灌浆工程量大，水泥用量多，实行集中制浆，制浆站设置于汾河生态修复一坝段导流洞左侧，分别配置质量比为3：1、2：1、1：1、0.5：1的浆液，并经砂浆泵运送至施工现场。

图1 汾河生态修复一坝段坝基固结灌浆施工工艺流程

2.2.2 掺合料

固结灌浆浆液中应按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）掺入砂石、粉煤灰、水玻璃，掺入比例应当通过试验确定，并将试验结果提交监理方，批准后方可使用。

2.2.3 外加剂和水

本工程坝基固结灌浆所需要的速凝剂、减水剂等外加剂必须严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）的规定选取和确定，且通过现场灌浆试验进行最佳添加量的确定，所有溶于水的外加剂只能以水溶液的形式掺入，并按照工程试验中心所提供的配料单进行外加剂溶液的配置。

工程坝基固结灌浆用水主要由工程试验中心进行抽样和试验，水质必须洁净无污染，且应符合水工混凝土拌和相关要求，拌和用水温度≤40 ℃。

2.3 灌浆孔的布置

将坝基固结灌浆分为5个不同区域：对于坝址处坝底宽范围内的Ⅰ区，按照梅花形进行灌浆孔布置，孔距和排距均为2.5 m，孔深为10 m，孔向垂直入深；对于坝基中部Ⅱ区，布孔型式、孔距与排距不变，孔深为8 m；坝址处坝底宽以内的左Ⅰ区和右Ⅰ区布孔型式、排距、孔距不变，孔深为14 m；坝基以内的断层影响带灌浆孔按梅花形加密布设，孔距、排距均为2.0 m，孔深为23 m，铅直布设。

3 固结灌浆施工

3.1 钻孔施工与冲洗

汾河生态修复一坝段坝基固结灌浆钻孔施工中埋设的PVC管加固未达到设计要求，存在一定程度的偏斜，底板设计高程为675 m，但实际施工已达710 m，一定程度上增加了造孔工作量和施工成本。钢筋受力网的布设应当防止对PVC管埋设造成影响致使其倾斜，以及个别孔洞磨钻钢筋从而影响造孔进度和质量。

固结灌浆孔冲洗应采用风水联合模式自孔底向孔外的顺序进行，冲洗水压力应控制在灌浆压力80 %范围内，将冲洗压力控制在1 MPa以内，风压冲洗压力控制在灌浆压力的50 %，并将冲洗压力控制在0.6 MPa范围。灌浆孔洞冲洗结束应立即展开灌浆，若中断时间＜24 h，则在灌浆前还需重新冲洗。

3.2 压水试验

在具体灌注过程中，必须严格遵循灌浆压力与浆液注入量的对应关系（如表1）来控制压力，对于串孔及多孔灌浆，分别控制灌浆压力，从而有效防止抬动变形[3]现象的出现。

表1 灌浆压力与注入量对应关系

3.3 灌浆施工

汾河生态修复一坝段坝基固结灌浆施工按照先下游、后上游边、在内部孔的次序排孔灌浆，并采用循环式灌浆模式由上而下阻塞分段灌浆，灌浆孔施工分两段进行，为防止漏灌，将注浆塞设置在已灌注结束段底部以上0.5 m位置。本工程坝基吸浆量大、抬动容易的部分必须分级施压，同时应当考虑加入低压漫灌、升压灌浆、限量间歇灌注等灌浆工艺，按照设计规范调整灌浆压力。为控制坝基围岩发生抬动，原则上应一泵灌一孔，一旦发生串浆，应立即实行群孔并联灌注，但值得注意的是，并联孔数应不超过3个。

按照灌浆设计压力，灌注段吸浆量≤1 L/min时，在持续灌注30 min便可结束灌浆，对于群孔灌浆而言，应按各孔段一次灌注总长度确定其结束标准。持续灌浆过程中，若回浆变浓，则必须改用之前的水灰比重新进行灌注，如果回浆变浓现象持续不变，则再继续灌注30 min结束。灌浆结束后采用置换压力灌浆法回填并封闭孔洞，封孔结束，再用干硬性预缩水泥砂浆重新二次封填，对于平整度有要求的情况，还应进行表面压实磨光处理。

4 结论

汾河生态修复一坝段大坝坝基固结灌浆工程量较大，虽然固结灌浆施工过程中不存在高深的技术难题，但是灌浆的好坏直接关系到大坝坝基的稳定与安全运行。大坝坝基加固后已经全面投运，坝基各项指标反应良好，孔压水的质量检查结果表明，固结灌浆对大坝坝基表层补强效果良好，为汾河生态修复一坝段大坝坝基帷幕灌浆施工提供技术层面的参考。