论水平层状岩体固结灌浆的施工工艺及应用

论水平层状岩体固结灌浆的施工工艺及应用摘要针对水平层状岩体的固结灌浆，考虑重点解决基岩卸荷裂隙与爆破裂隙引起的岩体整体性降低问题。此项施工工艺在嘉陵江亭子口水电站作为专项试验取得了一定的摸索价值。本文是作者根据施工实践，就水平夹层的固结灌浆施工工艺应用及分析与思考。关键词水平层状岩体固结灌浆施工工艺应用成果1引言固结灌浆是用浆液灌入岩体裂隙或破碎带，以提高岩体的整体性和抗变形能力的灌浆。嘉陵江亭子口水电站为探索适合工程特点、灌浆效果的参数、工艺及控制措施；研究在不同孔、排距灌浆条件下，灌前、灌后岩体物理力学性能（主要以声波）的提高和改善程度，并为坝基固结灌浆具体实施与优化提供科学依据等，在与坝基地质结构相似的部位进行了固结灌浆专项试验，并取得了重要的试验成果及施工参数。2设计要求及施工方案孔位布置选定试验区域分A1、A2两区，分别模拟25M和30M两种孔排距。A1、A2区分别布置9孔及7孔，其中A16号孔与A22号孔为同一孔。两区共计15孔。灌浆孔钻孔基岩段长均为60M。A1、A2区各布置2个物探测试孔（兼作静弹模测试孔）、3个灌后压水检查孔，基岩段长均为6M。两区各布置1个抬动变形观测孔，孔深8M。孔位布置如下图。灌浆方法A1区（25M25M）、A2区（3M3M）采用孔内循环灌注法，段长为6M。灌注时，阻塞器阻塞在混凝土与基岩接触面处。A1区分段钻灌浆，第一段20M，第二段40M。灌浆压力与灌前压水压力A设计初步拟定灌浆压力如下A1区、A2区序孔灌浆压力0203MPA；序孔灌浆压力0304MPA。灌浆压力均为灌浆孔孔口回浆中值压力（压水类同）。第二段压力0304MPA试验过程中，在A1区及A2区分别选择第一个施工的序孔和第一个施工的序孔，按照上述各区分序参考灌浆压力，在确保基岩不发生抬动变形破坏的情况下，按每5MIN升01MPA逐步升至最大耐压，以探索出基岩、序深固灌孔极限灌浆压力。取、序孔极限灌浆压力的70分别作为剩余、序孔实际灌浆压力，据此适当水流方向21排水沟，砂浆抹面，接至沉淀池固结灌浆试验孔位布置图区（3）区（25）254674563134132657493281调整初拟灌浆压力，当此值与相应的初拟压力相差不大（20）时，可直接采用初拟压力进行剩余、序孔灌浆。物探孔与灌浆孔灌前均进行压水试验，压水采用单点法，压水压力均为02MPA（当小于此压力下已达允许极限变形时，以实际可承受压力作为压水压力）。B灌浆压水实际压力施工过程中，大部分试验孔段存在漏失严重，流量过大，无压冲洗时即有抬动，压水压力达不到设计初拟压力抬动变形就接近极限200UM的现象，在确保不发生抬动变形破坏的情况下，经过处理后部分孔段最终可达到如下灌浆压力，见表一。表一分序分段灌浆压力参数表第一段第二段第一段第二段A1区025MPA040MPA030MPA040MPAA2区030MPA040MPA3固结灌浆专项试验施工情况及成果钻灌施工程序固结灌浆施工次序盖重混凝土施工抬动观测钻孔、仪器安装灌前物探孔钻孔取芯、洗孔、压水、测试、封孔保护、序固结灌浆孔分序钻孔、冲洗、压水、灌浆、封孔灌后质量检查孔取芯、压水、封孔灌后物探孔扫孔、声波测试、静弹模测试、封孔。2资料整理与成果分析通过对资料整理，并结合固结灌浆专项试验施工的实际情况，固结灌浆专项试验施工成果分析如下1）完成工程量固结灌浆专项试验完成A1、A2区共15个孔，A1区9个灌浆孔、A2区6个灌浆孔，A1、A2区共用一个灌浆孔A1I6/A2I2,2个抬动观测孔造孔以及抬动装置安装监测，完成物探孔4个以及灌前声波测试，A1区质量检查孔3个，A2区质量检查孔3个。完成钻孔工程量2195米，固结灌浆工程量90米。注入水泥量2176206T，总耗水泥量2549T，A1、A2区灌浆孔平均单位注入量为2396KG/M。质量检查孔灌浆360M，质量检查孔灌浆平均单位注入量为539KG/M。2）施工过程分析A、钻孔过程分析灌浆采用有盖重灌浆，混凝土盖重不小于2米，钻孔采用SGZA地质回转钻机，孔径为76MM，物探孔孔径为91MM，按规范先施工序，再施工序。物探钻孔取芯情况表明该部位岩石主要为粉砂质粘土岩，岩层破碎，水平层状夹层分布明显，裂隙发育，岩体透水性较好。部分夹层内充填粉末状砂岩及粘土，还有部分架空夹层。B、压水试验及灌浆过程分析灌浆按分区、分序、逐渐加密的原则进行施工。物探孔灌前压水压力00015MPA，抬动值为0，单位流量44435631L/MIN，透水率001793LU；A1区I序孔第一段裂隙冲洗、压水试验过程中由于渗水较大，岩层透水性非常强，透水率无限大，无法正常结束压水试验，抬动值接近设计极限值（0181UM），单位流量003169L/MIN，采用无压或低压力法施工。第二段压水透水率较第一段有明显减小，抬动值在0161UM，单位流量003032L/MIN；II序孔第一段压水压力017023MPA，透水率3032496LU，均无抬动现象，单位流量2212496L/MIN；第二段压水压力02023MPA，抬动值在012UM，单位流量217428L/MIN；A2区I序孔压水压力001021MPA，透水率161057LU，抬动值在0172UM，单位流量2185046L/MIN；II序孔压水压力033040MPA，透水率1459LU，均无抬动现象，单位流量136642L/MIN。A1区I序孔平均单位注入量为4123KG/M，II序孔平均单位注入量为431KG/M；A1区第一段平均单位注入量为6068KG/M，第二段平均单位注入量为1305KG/M；A2区I序孔平均单位注入量为3241KG/M，A2区II序孔平均单位注入量为63KG/M，平均单位注入量为1652KG/M。从各区分序、分段灌浆成果显示A1区A1I1号孔灌浆最大压力为036MPA、A1I2号孔灌浆最大压力为039MPA、A1I3号孔灌浆最大压力为032MPA、A1II4号孔灌浆最大压力为036MPA、A1I5号孔灌浆最大压力为039MPA、A1I6号孔灌浆最大压力为047MPA、A1I7号孔灌浆最大压力为036MPA、A1II8号孔灌浆最大压力为050MPA、A1II9号孔灌浆最大压力为040MPA；A2区A2II1号孔灌浆最大压力为040MPA、A2II3号孔灌浆最大压力为033MPA、A2I4号孔灌浆最大压力为026MPA、A2I5号孔灌浆最大压力为028MPA、A2I6号孔灌浆最大压力为031MPAA2II7号孔灌浆最大压力为040MPA。两区均存在部分孔段采用复灌多次的方法才达到设计结束标准。以上成果中显示灌浆最终压力值接近设计压力参数值的数据较多，但大多是采用复灌或间歇灌浆处理后所得压力值。每区灌浆施工时按要求选取所有、序孔进行单点法压水，根据压水试验结果显示，该部位的岩石透水性较好，灌浆过程中A1区大部分、序孔第一段浆液注入量大，孔间、岩层裂隙串通性好，抬动现象明显，岩石可灌性较好。灌浆平均单耗2396KG/M，耗灰量比较大，主要是由于岩体自身存在的水平夹层引起的。其中序孔单耗量为3829KG/M，序孔单耗量为656KG/M，序孔较序孔单耗量递减了829，透水率及灌浆单耗随着灌浆次序的递增而呈递减趋势，这一现象符合岩石基础灌浆分排分序施工规律。C、耗用浆材分析导流明渠右导墙2单元固结灌浆专项试验灌浆水泥耗量统计见下表二。表二基础固结灌浆试验水泥耗量统计工程部位灌浆类型灌浆次序灌浆（M）水泥耗用量（KG）总耗水泥量（T）平均单耗（KG/M）备注3601484341618464123A1区固结灌浆18077601325643118058345637253241A2区固结灌浆18011410626363合计900215679245092396从上表可以分析各单元灌浆序孔水泥单耗量均大于序孔单耗量，序孔单耗量为3829KG/M，序孔单耗量为656KG/M，序孔较序孔单耗量递减了829，递减趋势明显，符合岩石基础灌浆施工的一般规律。灌浆平均单耗2396KG/M，耗灰量比较大，主要是基础岩石由细粒岩屑砂岩、褐红色砂质粘土岩组成，由于卸荷的原因、造成裂隙比较多。D、其它现象固结灌浆完成7天后，在距试验施工区域约10M30M的部位进行了基岩保护层开挖，开挖完成并清除表层全风化岩石（该位置高程同试验区域的第一层水平夹层一致），发现该区域层状夹层及卸荷裂隙分布明显、比较发育。层状夹层及竖向卸荷裂隙水泥结石充填饱满、密实，最大充填厚度近5CM,最小充填厚度约为05CM。存在水泥结石的部位距试验区域最远达25M。上述现象说明在试验过程中水平层状岩体的可灌性非常好，渗漏通道比较明显。在压水试验和灌浆过程中，因吸水、吸浆的扰动以及部分夹层内的粘土泥化膨胀，形成无压抬动现象，给试验造成了一定的干扰。4质量检查结果1检查方式固结灌浆专项试验质量检查采用分析灌浆孔的施工记录及钻孔压水试验进行综合评价，检查孔根据固结灌浆试验区检查孔孔位布置图确定。固结灌浆压水检查在灌浆结束7D后进行，采用单点法压水，检查压水压力定为03MPA。分段压水，压水段长与灌浆分段一致。压水检查合格标准为透水率Q3LU。2检查孔施工检查孔采用地质钻机SGZA造孔，造孔孔径为76MM。检查孔孔深比相应灌浆孔深度少05M，钻孔结束后，对钻孔进行检测和验收。钻孔质量要求孔位偏差10CM，孔深偏差20CM，孔斜率1，孔底沉淀20CM。3压水试验情况分析该地层基岩岩石相对破碎，岩石抬动变形情况较突出，检查孔压水合格率低。A1区J1号孔压水第一段稳定压力为005MPA，透水率为1710LU，压水过程中与其余5个检查孔串通；第二段稳定压力为007MPA，透水率为321LU，压水过程中与其余5个检查孔串通。J2号孔压水第一段稳定压力为011MPA，最终透水率为518LU，压水过程中J6、J5串通；第二段稳定压力为030MPA，最终透水率为005LU。J3号孔第一段稳定压力为030MPA，透水率为155LU；第二段稳定压力为008MPA，透水率为203LU。该孔两段透水率均满足设计要求。A2区J4号孔稳定压力为006MPA，透水率为1361LU，压水过程中其余5个检查孔串通；J5号孔稳定压力为011MPA，透水率为115LU，压水过程中J6、J2串通；J6稳定压力为010MPA，透水率为120LU，压水过程中J6、J2串通。压水试验过程中均采用多点压力试验的方式进行作压水试验。从施工记录分析010MPA下有2段合格，030MPA下有2段合格，008MPA下有1段合格。检查孔灌浆及压水试验成果见表三及表四。表三检查孔水泥耗量统计表工程部位灌浆类型灌浆段数灌浆（M）水泥耗用量（KG）总耗水泥量（T）平均单耗（KG/M）备注A1区灌浆318015747066182875A2区灌浆31803669052248204合计3601941611843539表四固结灌浆专项试验检查孔压水试验成果统计表施工部位检查孔号压水段数透水率（LU）防渗标准（LU）备注A1区J121710、321300A1区J22518、005300A1区J32155、203300A2区J411361300A2区J51115300A2区J61120300合计94物探测试成果灌前声波检测结果表明，该部位平均波速值在30003500M/S，灌后声波值在32003700M/S，平均提高29，局部测点提高6，灌浆前后声波值提高率比较明显，岩体的整体性明显得到了改善。5质量评价本次固结灌浆专项试验从施工过程控制及施工记录分析，该部位岩石情况较复杂，水平层状夹层分布明显。岩石透水性较高，可灌性较好。灌浆过程中由于抬动原因，采用了限流、限压、间歇灌浆等诸多方式达到了灌浆结束标准，灌浆效果受到一定影响。质量检查孔的压水情况说明，A2区压水试验较A1区好，平均透水率较A1区低，压水合格率较A1区高。取芯情况A2区J4、J6号孔岩心局部夹有水泥结实，A1区检查孔岩心基本无水泥结实。上述结果表明，采用不分段进行一次性灌浆的A2区灌浆效果相对较好。从压水总体情况显示，本次压水合格率555；但按设计技术要求分析，达到030MPA的合格孔段仅2段，合格率为222，表明试验区的孔排距设计仍可能偏大。结合质量检查孔的钻孔取芯分析，各孔透水性相对较好的深度部位约在3035M处，灌浆过程中的抬动部位也在此深度位置，为基岩抬动。5施工工艺的体会及应用思考结合上述分析，该固结灌浆专项试验灌后质量仍待提高，总结和分析原因，对于水平层状岩体的固结灌浆，改善其整体性和抗变形能力，就施工工艺及施工过程控制有以下几点体会1为增强灌浆效果，灌浆时序孔可根据抬动情况采用低压或无压灌注，尽量不采用浓浆灌注、间歇灌浆、待凝等方式进行处理，序孔施工时，再将灌浆压力提高至030MPA040MPA压力，这样更能保证灌浆质量。同时，在序孔灌浆完成并封孔前插入28钢筋加以锚固，以解决后序孔施工时基岩或混凝土发生抬动的问题，这样更能保证灌浆效果，达到设计处理标准。2对于注入率较大，低压或无压的情况下抬动变形值很快就接近允许值的孔段，灌浆开始持续一段时间灌入量仍超过30L/MIN，采用限量灌浆处理。限量的操作方式是降低灌浆压力或减少供浆量（可同时使用），把灌入流量控制在1015L/MIN,进行低压或无压力灌浆，待流量逐步降低至5L时，持续灌注1020分钟，然后再逐级提升灌浆压力（每级压力可为005MPA）或加大供浆量，把灌