水利工程灌浆施工的分析与优化

水利工程灌浆施工的分析与优化摘要：依据实际工程施工现状和在不同的孔间距、孔深和灌浆方式的状况下所进行的灌浆试验，对试验结果做出优化对比，并对各类试验参数和检验方式做了分析，对各种实验结果在实际施工中的具体应用进行了论述，其中包括优化钻孔布置、优化钻灌参数以及优化钻灌程序，对施工中的各项灌浆参数进行优选等内容。关键词：水利枢纽；固结灌浆；水利工程施工本文依据的施工项目是水利枢纽工程的固结灌浆设计，该项目的基本状况是：一般部位设计孔深为5—6m，设计地质缺陷部位时将设计加深至8—17m，设计孔排距通常为2．5m×2．5Ill和3．0m×3．0113．。对固结灌浆的设计要求是，混凝土盖重的条件之下，应分两序进行钻灌，或做无盖重固结灌浆。进行灌浆时所用浆材设计为不小于42．5R。设计的灌浆水灰比为5：1、3：1、2：1、1：1、0．6(0．5)：l，设计的固结灌浆压力是：0．2—0．4MPa。设计抬动值≤0．2mm，对固结灌浆进行质量检查设计的主要是灌浆前后的弹性波波速的对比测试，同时辅之以灌浆后的压水试验，压水试验的合格标准是ɯ≤3Lu。灌浆后的弹性波的纵波波速设计要求为1≥4500m／s。1、灌浆试验的分析与优化进行灌浆试验的结果是：①岩石的均质性能和整体性能得到了提升；②岩石的弹性模量和抗压强度得到了提升；③岩石的不均匀沉陷和变形现象得到了降低，但在施工现场实验中的结果差异较大。从现场施工中进行的灌浆试验可以看出，在基础固结灌浆之前的建基面，大部分坝段基岩的弹性波速都超过5000m／s，有超过2／3的孔段压水漏量小(ɯ≤3Lu)，而压水漏量大(ɯ≥10Lu)的孔段通常主要集中于断裂构造的发育带、开挖爆破带以及卸荷裂隙密集带等，依据压水检查的设计标准，其合格指标为(ɯ≤3Lu，灌浆后弹性波的纵波波速／4500m／s。这表明，当坝段基岩中的弹性波波速超过5000m／s部位可不做固结灌浆。在实际施工设计过程中，对一级消力池部位进行调整，以及坝踵齿槽和一级消力池的个别部位进行调整，之后可不再进行固结灌浆。充分利用优良的岩体，尽可能降低固结灌浆的工作频度，以达到花费最短的时间和最小成本获取灌浆的最佳效果。2、灌浆施工方法的优化与比较2．1钻孔的冲洗进行岩石灌浆前应使用压水流对钻孔进行冲洗，以确保灌浆的质量。冲洗时要将裂隙中存留的泥质充填物全部冲洗出孔外，也可推移至进行灌浆处理的范围之外。冲洗的孔数可依据一次冲洗量划分为单孔冲洗及群孔冲洗。冲洗方法可划分为压力水连续冲洗和脉动冲洗。在现场施工试验过程中观察到，进行无盖重固结灌浆时，若事先对钻孔进行压力冲洗，层状岩在进行压水和灌浆时易出现渗漏现象，且易出现抬动，为灌浆操作造成阻力。所以，进行无盖重固结灌浆时，运用钻孔水流冲洗钻孔，在回水变清时则可停止，可不做30min压力冲洗，进行有盖重灌浆可有效回避类似的难题。2．2简易压水试验在做钻孔冲洗之后，每一个灌浆段通常都应进行简易的压水试验。其目的为：①依据试验渗透状况储备一个灌浆段所用的灌浆材料，并对灌浆的浆液浓度进行确定；②观察岩层的渗透性同每米灌浆段所灌人的实际干料重量之间存在的关系，并检查是否存在异常现象；③按次序观察各灌浆孔的渗透性，并把握随次序的增加渗透性逐减的规律。进行无盖重固结灌浆时，若对钻孔做压力冲洗，后再做简易压水试验，考虑到岩层中存在多层的泥化夹层，岩层顶部存在弱钙质的胶结状夹层，其厚度为40．00—43．80m，这种层状岩在冲洗和进行压水试验时易出现渗漏现象，且易出现抬动情况，为灌浆操作造成相当大阻力。所以，在进行无盖或有盖重固结灌浆之间进行的简易压水试验，与钻孔的冲洗同步展开，以缩短压力冲洗的时间。同时，考虑到无盖重固结灌浆存在抬动频繁的现象，故在灌浆之前不必对每孔都做压水试验。2．3灌浆方法灌浆方法（水利工程论文--论文发表向导网江编辑加扣二三三五一六二五九七)通常有下列两种：①全孔一次性灌浆法。此种方法是用灌浆塞对孔口进行封闭，将有压浆液注入至全孔的岩层裂隙之中，该方法适用于进行浅孔灌浆；②全孔分段式灌浆法，该种方法是将全孔从下至上划分为若干段，再用灌浆塞将段与段之间进行隔离，只将有压浆液注入至该段岩石的裂隙之中，该方法适合于进行深孔灌浆。现场施工试验表明，就无盖重固结灌浆而言，在爆破中岩层孔1：1段遭到破坏，且孔1：1处30一50cm部位由于灌浆塞卡塞占用而无法灌浆，若采用全孔一次性灌浆法，将使得试验达不到预期效果。因此，在做无盖重固结灌浆时可采取全孔分段式灌浆法，且在孔口段应采用埋管方式，以方便做二次灌浆，否则灌浆可能达不到预期效果。此种方法不易进行群孔灌浆，以防止出现抬裂。若进行有盖重固结灌浆，应采取全孔一次性灌浆法，若条件允许，宜采取盖重固结灌浆。3、预防水力压裂和抬动预防抬裂的关键点是压力的使用，在这方面除依据岩体工程的地质特性对灌浆压力进行有效控制，还应在钻孔冲洗和进行压水试验过程中控制好压力。试验结果显示，压水与灌浆相比更容易导致水力压裂和抬动。水作为牛顿液体，可进行液体内的压力等值传递，而浆液作为宾汉液体，则不能进行压力的等值传递，压力传递将随浆液的增加呈现出非线性递减的规律，而且同水相比，浆液在流动中损失的能量要更大。对裸岩做直接无盖重固结灌浆的现场试验结果显示，压水在产生抬动时的压力值是0．01—0．32MPa，灌浆的压力值为0．2～0．4MPa。通常是压水引起抬动，且产生抬动后将无法做正常灌浆，只能采取多次复灌方式和待凝方式，此种无盖重固结灌浆方法先对周边孔施工封闭周边，以低压和浓浆获得封闭四周的效果。该方法可避免进行大面积的有盖重固结灌浆，亦即避免了导致基础灌层混凝土存在的长间歇的负面影响。4无盖重固结灌浆的优点应用无盖重固结灌浆可降低混凝土钻孔的工作量，有效回避了有盖重固结灌浆中的各种缺陷，如打断冷却水管相应增加了处理的时间与处理费用；遇到钢筋时出现卡钻现象等。同时可避免由于建基面存在的高差而进行多次施工的问题，这种方法所占用的直线工期与有盖重固结灌浆方法相比减少了大约7～9d；而且可提早施工，使得在低温季节可进行基础约束区的混凝土做不间断的浇筑，也为混凝土进行温度控制与防裂工作创造了条件。与厚3m混凝土有混凝土盖重固结灌浆相比，无混凝土盖重固结灌浆有优点有以下方面：有利于回避浇筑同固结灌浆之间存在的相互干扰，缩短施工进度；回避了有混凝土盖重固结灌浆盖板中存在的抬动问题和处理困难等难题；回避了有混凝土盖重固结灌浆盖板中存在的混凝土层面由于长时问暴露出现的温度裂缝和继续进行浇筑时出现的新混凝土与老混凝土的变形不一致的矛盾；方便对岩石表面出现的串浆和冒浆进行观察，并方便及时进行处理；可有效避免将混凝土内所埋设的各种设施被钻坏，如冷却水管道、受力钢筋和种类测试仪器等；降低直接钻混凝土以及预埋导管的成本。5无盖重固结灌浆的实施进行无混凝土盖重固结灌浆应采取措施克服其不足，坝址基岩由于是优良的岩体，利于做大面积（水利工程论文--论文发表向导网江编辑加扣二三三五一六二五九七)无混凝土盖重固结灌浆，其余不良部位则无法采用无盖重固结灌浆。这就需要对岩石表面做无盖重灌浆的区域内的漏浆及漏水的裂隙，在灌浆前做出清理，出现松动的岩石要移走，先进行周边孔的周边封闭，使低压和浓浆符合封闭四周的效果，在凝固3d之后，进行灌浆试验，若采取混凝土找平技术将会取得的更好效果。5．1现场固结灌浆布置的优化调整通过对两组无盖重灌浆的灌浆试验对比，以及观察岩体弹性参数于灌浆前与灌浆后的变化规律，可得出结论：灌浆孔排距为3．0m×3．0m与排距为2．5mx2．5m相比，灌浆效果不存在显著差异。而有盖重灌浆的试验效果则十分明显，实验区的灌浆孔间距和排距的布置具有可行性，并可加大。采用常规的有盖重钻灌施工的灌浆效果显著。所以，在保证施工安全和施工质量的前提之下。对固结灌浆进行优化设计，有效减少固结灌浆的施工量、对灌浆的工艺、施工条件和施工方法进行有效调整，以解决上述矛盾，不仅具有必要性，也具有可行性，而灌浆孔排距若采用3．0m×3．0m或更大是可行的。5．2对大面积冒浆进行堵漏技术的优化（1）从观察无盖重灌浆试验的总体注入量可知，两种施工方式都可符合灌浆的要求，只是第一组灌浆试验需要比第二组灌浆试验更多的注入量。第一组试验由于距运输道路很近，超挖造成大量浆液从道路下渗漏，且在试验区内的地质裂隙都为薄层状结构，存在各层渗漏较大的现象，同时存在泥化夹层，有较大的集中渗流产生。因此，应对灌浆部位预先做预灌堵漏处理，并用混凝土来找平，以降低施工难度。（2）第一组和第二组试验区岩层都为薄层状结构，易出现抬动。而在泵压力状况下抬动值将持续上升，若进行连续灌浆，地层的抬动将无法满足设计要求。若将抬动值控制于0．2mm，两组试验的灌浆压力最大值都不应大于0．20MPa。最恰当的方式是先对基岩面找平，达到减小抬动和降低基岩面出现大面积冒浆的而无法进行堵漏的机率。灌浆压力不应加大，第一序压力值应为0．15MPa，第二序压力值应为0．2MPa。总之，采用裸岩固结灌浆的施工方式在国内大型水电工程中尚未有十分成功的经验，但是由于裸岩固结灌浆的施工方式简单宜行，可在坝基开挖后和混凝土浇筑前进行分部位的施工安排，十分灵活，并可不占用直线工期。故在确保施工安全和质量的前提下，通过裸岩固结灌浆试验来探索其灌浆效果和工艺特点以及可行性是必要的。如果可行，可达到加快施工进度的目的，为固结灌浆探索出一条新途径；如果不成功，可采取表面封闭式或者薄盖板式无盖重固结灌浆亦可完成工程施工。