论水平层状岩体固结灌浆的施工工艺及应用.doc

论水平层状岩体固结灌浆的施工工艺及应用杨 建 刘 毅（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司 成都温江 611130）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2.5m和3.0m两种孔排距。A1、A2区分别布置9孔及7孔，其中A1-6号孔与A2-2号孔为同一孔。两区共计15孔。灌浆孔钻孔基岩段长均为6.0m。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（2.5m2.5m）、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2.0m，第二段4.0m。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0.20.3MPa；序孔灌浆压力0.30.4MPa。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0.30.4MPa.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0.1MPa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0.2MPa（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A1区第一段第二段第一段第二段0.25Mpa0.40Mpa0.30Mpa0.40MpaA2区0.30Mpa0.40Mpa3 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A1-I-6/A2-I-2, 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219.5米，固结灌浆工程量90米。注入水泥量21.76206t，总耗水泥量25.49t，A1、A2区灌浆孔平均单位注入量为239.6kg/m。质量检查孔灌浆36.0m，质量检查孔灌浆平均单位注入量为5.39 kg/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SGZ-A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0.00.15Mpa，抬动值为0，单位流量44.4356.31L/min，透水率0.0179.3Lu；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0.031.69L/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0.030.32L/min；II序孔第一段压水压力0.170.23Mpa，透水率3.0324.96Lu，均无抬动现象，单位流量2.2124.96L/min；第二段压水压力0.20.23Mpa，抬动值在012um，单位流量2.174.28L/min；A2区I序孔压水压力0.010.21Mpa，透水率1.6105.7Lu，抬动值在0172um，单位流量2.1850.46L/min；II序孔压水压力0.330.40Mpa，透水率1.45.9Lu，均无抬动现象，单位流量1.366.42L/min。A1区I序孔平均单位注入量为412.3kg/m，II序孔平均单位注入量为43.1kg/m；A1区第一段平均单位注入量为606.8kg/m，第二段平均单位注入量为130.5kg/m；A2区I序孔平均单位注入量为324.1kg/m，A2区II序孔平均单位注入量为6.3kg/m，平均单位注入量为165.2 kg/m。从各区分序、分段灌浆成果显示：A1区A1-I-1号孔灌浆最大压力为0.36Mpa、A1-I-2号孔灌浆最大压力为0.39Mpa、A1-I-3号孔灌浆最大压力为0.32Mpa、A1-II-4号孔灌浆最大压力为0.36Mpa、A1-I-5号孔灌浆最大压力为0.39Mpa、A1-I-6号孔灌浆最大压力为0.47 Mpa、A1-I-7号孔灌浆最大压力为0.36Mpa、A1-II-8号孔灌浆最大压力为0.50Mpa、A1-II-9号孔灌浆最大压力为0.40Mpa；A2区A2-II-1号孔灌浆最大压力为0.40Mpa 、A2-II-3号孔灌浆最大压力为0.33Mpa、A2-I-4号孔灌浆最大压力为0.26Mpa、A2-I-5号孔灌浆最大压力为0.28Mpa、A2-I-6号孔灌浆最大压力为0.31MpaA2-II-7号孔灌浆最大压力为0.40Mpa。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239.6kg/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382.9kg/m，序孔单耗量为65.6kg/m，序孔较序孔单耗量递减了82.9%，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A1 区固结灌浆36.014843.4 16.1846 412.3 18.0776.0 1.3256 43.1A2区固结灌浆18.05834.5 6.3725324.118.0114.1 0.62636.3合计90.021567.9 24.509239.6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382.9kg/m，序孔单耗量为65.6kg/m，序孔较序孔单耗量递减了82.9%，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239.6kg/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0.5cm。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0.3MPa。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SGZ-A造孔，造孔孔径为76mm。检查孔孔深比相应灌浆孔深度少0.5m，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：J-1号孔压水第一段稳定压力为0.05Mpa，透水率为17.10Lu，压水过程中与其余5个检查孔串通；第二段稳定压力为0.07Mpa，透水率为3.21Lu，压水过程中与其余5个检查孔串通。J-2号孔压水第一段稳定压力为0.11Mpa，最终透水率为5.18Lu，压水过程中J-6、J-5串通；第二段稳定压力为0.30Mpa，最终透水率为0.05Lu。J-3号孔第一段稳定压力为0.30Mpa，透水率为1.55Lu；第二段稳定压力为0.08Mpa，透水率为2.03Lu。该孔两段透水率均满足设计要求。A2区：J-4号孔稳定压力为0.06 Mpa，透水率为13.61Lu，压水过程中其余5个检查孔串通；J-5号孔稳定压力为0.11Mpa，透水率为1.15Lu，压水过程中J-6、J-2串通；J-6稳定压力为0.10Mpa，透水率为1.20Lu，压水过程中J-6、J-2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：0.10Mpa下有2段合格，0.30Mpa下有2段合格， 0.08Mpa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318.0157.470.66182 8.75A2区灌浆318.036.69 0.522482.04合计36.0194.16 1.18435.39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J-1217.10、3.213.00A1区J-225.18、0.053.00A1区J-321.55、2.033.00A2区J-4113.613.00A2区J-511.153.00A2区J-611.203.00合计9(4)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2.9%，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J-4、J-6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55.5；但按设计技术要求分析，达到0.30Mpa的合格孔段仅2段，合格率为22.2，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3.03.5m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