简述混凝土面板堆石坝趾板段的固结灌浆试验.pdf

第3 期 ( 总第1 2 0 期) 中国水能及 电气化 N o 3( T O T A L N o 1 2 0 ) 2 0 1 5 年3 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c t r i fi c a ti o n Ma r 2 0 1 5 简述 混凝 土面板 堆石坝趾板段 的 固结灌浆试 验 李 国胜 ( 中科华圣 ( 北京)岩土工程有限公司，北京1 0 0 0 7 0 ) 摘要 ：本文结合唐河水电站混凝土面板堆石坝段 固结灌浆试验工程实例，介绍了固结灌浆试验的施工过程， 对固结灌浆试验中出现的漏浆、孔距以及孔 内灌浆分段等特殊情况均提出了解决方案，并以固结灌浆试验及整 体固结灌浆效果对提出的方案进行 了论证，旨在为类似工程提供借鉴。 关键词 ：固结灌浆试验；唐河水电站；趾板；压水试验；波速测试 中图分类号 ：T V5 4 3- I- 5 文献标识码 ：A 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5 )0 3 4 1 0 0 1 - 0 4 Br i e f De s c r i p t i o n o f Co n s o l i d a t i o n Gr o u t i n g Ex p e r i me n t o f Co n c r e t e Fa c e Ro c k f i 1 1 Da m To e Bo ar d S e c t i o n L I Gu o s h e n g ( Z h o n g k e H u a s h e n g( B e lti n g )G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， B e ifi n g 1 0 0 0 7 0， C h i n a ) A b s t r a c t ：I n t h e p a p e r ， c o n s o l i d a t i o n g r o u t i n g e x p e ri m e n t p r o j e c t e x a m p l e o f c o n c r e t e f a c e r o c k fi l l d a m s e c t i o n i n T a n g h e Hy d r o p o we r S t a t i o n i s c o mb i n e d f o r i n t r o d u c i n g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f c o n s o l i d a t i o n gro u t i n g e x p e ri me n t S o l u t i o n s a r e p r o p o s e d f o r s p e c i a l c o n d i t i o n s i n c o n s o l i d a t i o n g r o u t i n g e x p e ri me n t s u c h a s s l u r r y l e a k a g e ， h o l e p i t c h， gro u t i n g s e g me n t a t i o n i n h o l e s ，e t c T h e p r o p o s e d s o l u t i o n s a r e d e mo n s t r a t e d a i mi n g a t c o n s o l i d a t i o n gro u t i n g e x p e rime n t a n d o v e r all c o n s o l i d a t i o n g r o u t i n g e f f e c t ， t h e r e b y p r o v i d i n g r e f e r e n c e fo r s i mi l ar p r o j e c t s Ke y wo r d s ： c o n s o l i d a t i o n g r o u t i n g e x p e ri me n t ；T a n g h e Hy d r o p o w e r S t a t i o n ；t o e b o a r d； wa t e r p r e s s u r e t e s t ；wa v e v e l o c i t y t e s t 1 工程及地质概况 唐河水电站位于山西省灵丘县东河南镇韩淤地 村 ，采用混凝土溢洪道闸门和面板堆石坝结合挡水的 形式 ，坝址 以上控 制流域面积 4 5 7 k m 。 库区属于低山丘陵地 区，坝基地层岩性主要为五 台群老潭 沟组黑 云斜 长片麻岩 、黑云角 闪片岩 、燕 山 期侵入变辉绿岩脉及变流纹岩。坝基岩体节理裂隙发 育 ，岩性接触关 系复杂 ，风化程度不均匀 。强 风化层 厚 2 3 m，局部破碎 带或 囊状 风化深槽 处厚51 2 m， 弱风化层厚 8 1 0 m。 为了提高地基的承载力，提高岩体的抗压强度与 弹性模量 ，减少地基的变形与不均匀沉陷，满足钢筋 混凝土面板的稳定需求 ，根据设计要求，需要进行固 7 施工技术 Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y 结灌浆。在进行固结灌浆之前 ， 定灌浆方式、灌浆压力等参数。 2 灌 浆试验方案 需要进行试验，以确 2 4 灌浆压力 2 1 试验孔布 置 固结灌浆 试验 布置 上 下游 两排 试验 孔 ，共 计 1 0 个 ，其中 I 序孔 6 个 、序孔 4个。布置情况见图 1 。 图 1 固结灌浆试验孔位布置情况 2 2 试验施工 a 工艺 流程 ：测量 放线 一钻 机 安装一 钻 机造孔 一钻孔冲洗一简易压水一灌浆一封孔。 b 钻 孑 L ：灌 浆 孔 孔径 7 5 ra m，孔 深 为 深 入 基 岩 8 5 m，开孔孔位与设 计孔 位偏 差小 于 1 0 c m；钻孑 L 为 垂直孔 ，钻孔采用 Y G J 一 1 0 0型潜 孔钻机 ；灌浆孔孔 底 偏差值不得大 于 1 4 0 孔 深。 c 裂 隙冲洗 ：钻 孔 结束 后 ，用 压 力水 对 裂 隙进 行冲冼，冲洗时间可至回水清净时或不大于 2 0 m i n时 为止 ，压力 为灌浆压力 的 8 0 ，并不大 于 1 M P a 。 d 压水试 验 ：简 易压 水在 裂 隙冲洗 后进 行 ，采 用单点法；压水试验的压力为灌浆压力 的 8 0 ，每 5 m i n测读一次压水流量，其成果以透水率 L u表示。 2 3 灌浆 a 灌 浆设 备 ：B W- 2 5 0型灌 浆 泵 、双层 搅 拌 桶 、 F E C 3 0 0 0型三参数记 录仪 ，注浆 管为钢丝 编织胶 管 ， 压力表安装在 回浆管 。 b 原材料 ：水泥采用 P 0 4 2 5普 通硅酸盐 水泥 ， 其 品质符合 G B 1 7 5 2 o 0 7的水 泥标准规定。 c 制浆 ：水泥 浆 的搅拌 时 间必 须 大于 3 ra i n ，浆 液 自制备 到用完 的时间不宜大于 4 h 。 2 通过设计单位计算 同时结合施工单位多年的经 验 ，固结灌浆试验压力初步定为 0 6 MP a 。 2 5 灌浆方式 采用分段卡塞分 段灌 注 的形 式 ，先 灌注 下游 排 ， 再灌注上游排，排内分二序施工 ；孔内分 2段灌注， 段长分别为 3 5 m和 5 m；水泥浆水灰 比为 3 ： 1 、2 ： 1 、 1 ： 1 和 0 5 ： 1四个 比级 ，采 用 3 ： 1开灌 ，如 遇裂 隙大 等特殊地层，则采用浓一级的水灰比起灌。 2 6 浆液的变换原则及结束标准 浆液的变换原则及结束标准根据水工建筑物水泥 灌浆施工技术规范进行控制。 2 7 封孔 固结灌浆孔结束后 ，排除孔E l 的积水和污物，采 用机械压浆法封孔，孔口空余部分长度如大于 1 IT I 则 采用压浆 法继续 封孔 ，如小 于 1 m则采 用砂浆 人工 封 填密实，并抹平 。 3 试验遇到的 问题及解决方案 3 1 灌浆压力值 作为固结灌浆最重要的参数，压力值的确定需要 经过 “ 提 出参 数 ” 和 “ 现 场试 验 ”两 个 阶段 。根 据 唐河水 电站客观地质条件 ，既要将浆液很好地 压入地 层 的节理 空隙中 ，使之充填紧密 、凝结 牢固 ，又不致 使 灌浆压 重抬动或 使岩石 裂 隙扩宽 ，产生 新 的裂 隙 ， 使原有地质条件恶化 ，发生新 的问题 ，在灌浆 试验初 期将压力值定为0 6 M P a 。 在试验中采用 S Z - O 0 1型抬动观测记录仪配合灌 浆试验确定灌浆压力 ，灌浆过程中，按照初定压力进 行灌浆，若发现趾板产生抬动则降低灌浆压力 ，寻找 压力临界点 。经过试验 ，设计提 出的压力能满足趾板 不产生抬动变形的要求，灌浆试验过程均以尽快达到 设计压力值为原则。 3 2 漏浆措施 由于面板坝段 固结灌浆孔距上游混凝土趾 板边缘 施工技术 Con s t r uc t i o n Te c h no l o g y 仅 l m，而上游排 I 序孔之间的距离为 8 m，I I 序孔加 密后孔距也 为 4 m，孔距 趾板 上游 没 有任何 盖 重 ，且 基坑 内有 水 ，在 施 工产 生 漏水 和漏 浆 时无 法 进行 封 堵 ，采用 间歇 、浓浆等措施达 到设计 压力 时 ，浆液不 能有效扩散 ，经过摸索 ，采取 了以下措施 ： 在施工时首先对每个施工单元 的全部 固结灌 浆孔 及帷幕灌浆孔的混凝土与基岩的接触面以下 0 2 m范 围 内进行灌浆 ，在施工 中采取 限流 、限压及 间歇灌 浆 的措施 ，并 且灌浆 时在水泥浆 中掺入水泥 重量 3 的 水玻璃 ，以便水泥浆尽快凝固以堵塞基岩与混凝土接 触面的缝隙，这样可防止出现在正常灌浆时水泥浆流 走导致 的压力无法达 到设计值 或者压力虽然达 到设计 值但是浆液不能有效扩 散的情 况。 3 3 孔内分段 混凝土趾板对变形要求 非 常高。在 完成基 岩与混 凝土趾板接触部分的0 2 m范围内的灌浆之后，防止了 漏浆造成的压力泄漏，而且相当于增加了下部灌浆段 的混凝土盖重，可以使下部灌浆压力尽快达到设计值。 因此关于孔内分段，在完成上部 0 2 m的灌浆之 后，剩余孔段的固结灌浆采用 自上而下分段循环灌浆 的灌浆方式 ，段长变更为3 3 m和 5 m，灌浆压力均为 0 6 M P a ，止浆塞在灌浆段顶 高程 之上 0 5 m。 3 4 孔距 的试验 固结灌浆试验在面板坝段布置 了 1 2个固结灌浆 试验孔，其中 I 序孔 5个 、序孔 5个 ，孔距为 4 m， 排距为 3 m。试 验结果见表 1 。 表 1 试 验 段 透 水 率 及 水 泥 单 耗 分 析 序号 孔序 平均透水率 L u 水 泥单耗 ( k g m) 1 上游 I序 1 8 7 1 4 9 O 1 2 上游 序 1 9 5 4 5 6 4 7 3 下游 I序 1 7 2 3 6 5 7 3 4 下游 序 1 3 4 8 4 6 3 4 由表 1 数据可知，试验固结灌浆在按照预期试验 方案和完成适当调整后 ，在完成上序孔施工后 ，进行 下序孔 的压水试验 和灌浆 时 ，地层 透水率和水 泥单耗 没有明显降低 ，而且从透水率与水泥单耗的关系来 看 ，水泥单耗量相对偏低 ，因此可 以推断在该地层 条 件 、设计孔距 、设计压力下采用分序加 密没有起 到预 期效果 。 分析取芯孔 的岩性 ，导致该结果 的原因可能是 由 于趾板基础 以下 3 m 为 ( 全 ) 强风化 片麻 岩 ，在进行 固结孔钻进时 ，( 全 )强风化层 在机械震动 时破碎成 砂状 ，灌浆时砂与水泥浆t 昆 合成砂浆导致地 层 的可灌 性较差；另外，灌浆孑 L 中间部位水泥浆液虽然有部分 能扩散到此部位 ，但是不能完全搭接成整体，对趾板 基础的固结作用和提高岩体强度作用不明显。因此又 在上下游 1 9号与 2 1 号 孔之间增加了 2个 序孔 ( 见 图 2 ) ，在 钻孔 时换 用 回转式 地质 钻机 进行 钻孔 。按 照调整过 的灌浆方式进行灌 注。 l 4 m I 0 I 序孔 O lI 序孔 序孔 V 一 O (】 I O( | I O 量 O Jc _2 补 充 脚 L ： O Jc l Q 一 一 Q 图2 固结灌浆试验孔位补充及检查孔布置情况 4 效 果检查及 结论 4 1 压水 检查 完成试验段灌浆之后 ，在增加过序孔的部位布 置一个检查孔 ( J C 一 1 ) ，在未布置序孔的部位也布 置一个检查孔 ( J c - 2 ) ( 见图2 ) 。两个检查孔共进行 了 6段压水试验 ，压水完成后进行孔 内波速测试 和水 泥灌浆 。由表 2可知 ，加密孔距之后 ，透水率和水 泥 单耗有 了明显下 降 ，达 到了设计预期 。 表 2 检查孔 J C- 1 、J C- 2透水 率与水泥单耗情况对 比 透水率 L u 水泥单耗 ( k g m) 序号 段次 J C 1 J C一 2 J C 1 J C_ 2 1 第 1段 2 4 4 7 9 8 3 8 0 2 O 2 6 2 第 2段 3 1 1 8 5 2 3 7 1 l 7 8 7 3 第 3段 2 3 2 9 1 7 4 2 7 1 9 6 3 3 施工技术 C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 4 2 检查孔取芯 在 J C 1 和 J C - 2钻孔 过程 中采取 取芯 钻进 ，全 孔 取芯率 9 2 ，芯 样 可 见 明 显 的水 泥 夹 层 ，完 整 性 较好 。 在采用该试验所 提出的灌 浆方 法及 各个参数完 成 整体 固结灌浆施工之后 ，质量检测 结果 均达到预期 设 计 目的，说明试验是成功的，是符合唐河水库地层条 件 的。 4 3 灌浆前后弹性波测试分析 5 结论 灌浆前对上游 2 0号 固结检查孔进行 了单孔声波 测试 ，孔深 9 4 m，共测试 了 4 6个点，声波范 围为 1 2 9 0 4 0 8 1 m s ，平 均波 速 为 2 6 7 8 m s 。灌 浆完 成 后 1 4 d在对应 2 0号孔 附 近的 J C 1 检 查孔进 行 了单孔 弹 性 波测试 ，孔深 9 1 i n ，共测 试 了 4 5个点 ，声 波范 围 为 1 6 8 1 4 8 7 8 m s ，平均 波速 为 3 3 3 1 m s 。岩体 弹性 波速较灌前提高了2 4 ，效果明显。 4 4 试验结论 经过 此次灌浆试验 ，在强风化 片麻 岩地层 中 ，在 设 计压力 0 6 M P a 条 件下 ，考 虑趾板 的变形 要求 、灌 浆 对地层 整体承载力提 高程度后 ，固结灌浆 孔距调整 为 2 3 m是较为合 适 的。在 与设 计部 门进行 沟通后 ， 考虑到经济性，灌浆孔的孔距调整为 3 m，上下游各 分两序施工；灌浆压力采用 0 6 M P a ；孔 内分 0 2 m、 3 3 m、5 O m三段 ；其余按照试验方案提出的方法进 行 施工。 + “十”+”+”q -” ”卜“ 卜 “- +-” 十”+”+”十n + * - 4 - - “ ( 上接第 7页) 3 结语 a 在无盖重 或 盖重较 薄 的地 段进 行 固结 灌浆 可 先采用灌浆手段制作盖重，为盖重之下的灌浆段提高 灌浆压力创造条件 。 b 在进行强 风化 片 麻岩 的 固结灌 浆 钻孔 时 ，为 了避免震动造成岩石破碎成砂 ，尽量采用 回转式地质 钻机成孔 。 c 由于灌 浆工 程 具有 很强 的隐蔽 性 ，加 上 每个 工程的地层岩性等条件不尽相同，因此每个工程的施 工都不能照搬其他工程的设计参数 ，只能在灌浆试验 阶段依靠各工程参与方正确认识每个工程的特殊性 ， 共同面对灌浆中出现的特殊情况 ，才能使灌浆试验真 正起 到补充勘察 、完善设计 的作用 。Q 参考文献 D IMT 5 1 4 8 -2 0 1 2 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 s - ”- +-” 一” 卜 “+ “ - 卜 “ 卜 ” 卜 “+”+“ w - 卜“+“ - 卜“- +-“ - 卜 - - 4 - -“- +- ” - - - 4 -”+ _, -4 -“ +- “ 卜 “- 4 -” 卜 - 质量的施工措施 ，在工程实际中，还需综合考虑实际 工程环境 、工期及造价 的需要 ，选择 有针对性 的技 术 方案。 Q a 冬季混 凝 土施 工过 程 中 ，低温 对混 凝 土 的施 工质量影响显著 ，温度越 低 ，混凝 土越 易产 生裂 缝 ， 影响工程质量 。 b 合理 的水 灰 比、混 凝 土温 度控 制 、有 针对 性 的搅拌及浇筑工艺、后期养护是保证混凝土在低温环 境下施工质量 的重要 因素 。 c 实际施工过程中，应根据不同环境条件及施工 要求 ，综合选择合理的施工方案，达到效益最大化。 本文对冬季环境下低温对水利工程 中混凝 土施工 质量的影响机理 ，混凝 土施工原则 、工艺要点 进行 了 探 讨总结 ，初步总结了保证水利工程混凝土冬 季施工 4 参考文献 1 高淑红 冬季水利工程混凝土施工方法探析 J 中国新技 术新产品， 2 0 1 1 ( 2 2 ) ： 9 3 2 张新林 谈水利工程混凝 土施工技术 J 水利规划与设 计 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 9 5 - 9 6 3 马春生 概论水利工程冬季混凝土施工技术 J 黑龙江水 利科技 ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 1 6 7 1 6 8 4 林梁旭 冬季混凝土施工质量控制的措施 J 科技资讯 ， 2 0 0 7 ( 1 8) ： 5 9 5 周凤梅 水利工程冬期的混凝土施工研究 J 内蒙古水 利 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 1 2 0 1 2 1 6 李文标 冬季混凝土施工质量控制措施 J 西部探矿工 程 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： l 1 9 1 2 0