水利工程中岩石基础灌浆技术

摘 要：基础处理工程在水利水电工程建设中占有重要地位，是施工的重要环节。本文介绍了岩石基础灌浆技术及其分类，分析了灌浆所需要的材料。 
关键词：水利工程；岩石基础灌浆技术 
　　水工建筑物的基础有两类：岩基和软基，其中软基包括土基与砂砾石地基。由于受地质构造变化及水文地质的影响，天然地基存在不同程度的缺陷，需要经过人工处理，才能作为水工建筑物的可靠地基。 
　　水工建筑物的基础处理，就是采用特定的技术手段来减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行。随着水利水电建设事业的发展，对基础处理的方法与技术提出了越来越高的要求。同时，地基处理属隐蔽工程，要根据水工建筑物对地基的要求，分析水文、地质条件，进行技术经济比较，选择技术可行、效果可靠、工期较短、经济合理的施工方案。 
　　1 岩石基础灌浆 
　　岩石基础灌浆(简称基岩灌浆)，就是将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的(裂)隙中，经过硬化胶结后，形成结石，以提高基岩的强度与整体性，改善基岩的抗渗性。基岩灌浆处理要在分析研究基岩地质条件、建筑物类型和级别、承受水头、地基应力和变位等因素后选择确定。 
　　灌浆技术除运用于大坝的基岩处理，还广泛应用于水下隧洞围岩固结、衬砌回填、超前支护、混凝土坝体接缝以及建(构)筑物补强、堵漏等方面。 
　　2 基岩灌浆的分类 
　　水工建筑物的岩石基础，一般需要分别进行帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆处理。 
　　2.1 帷幕灌浆 
　　布置在靠近上游迎水面的坝基内，形成一道连续的防渗幕墙。其目的是减少坝基的渗流量，降低坝底渗透压力，保证基础的渗透稳定。帷幕灌浆的深度主要由作用水头及地质条件等确定，较之固结灌浆要深得多，有些工程的帷幕深度超过百米。在施工中，通常采用单孔灌浆，所使用的灌浆压力比较大。 
　　帷幕灌浆一般安排在水库蓄水前完成，这样有利于保证灌浆的质量。由于帷幕灌浆的工程量较大，与坝体施工在时间安排上有矛盾，所以通常安排在坝体基础灌浆廊道内进行。这样既可实现坝体上升与基岩灌浆同步进行．也为灌浆施工具备了一定厚度的混凝土压重，有利于提高灌浆压力、保证灌浆质量。对于高坝的灌浆帷幕．常常要深入两岸坝肩较大范围的岩体中，一般需要在两岸分层开挖灌浆平洞。许多工程在坝基与两岸山体中所形成的地下灌浆帷幕．其面积较之可见的坝体挡水面要大得多。 
　　2.2 固结灌浆 
　　其目的是提高基岩的整体性与强度，并降低基础的透水性。当基岩地质条件较好时。一般可在坝基上、下游应力较大的部位布置固结灌浆孔；在地质条件较差而坝体较高的情况下，则需要对坝基进行全面的固结灌浆，甚至在坝基以外上、下游一定范围内也要进行固结灌浆。灌浆孔的深度一般为5～8m，也有深达15～40m的．各孔在平面上呈网格交错布置。通常采用群孔冲洗和群孔灌浆。 
　　固结灌浆宜在一定厚度的坝体基层混凝土上进行，这样可以防止基岩表面冒浆，并采用较大的灌浆压力，提高灌浆效果，同时也兼顾坝体与基岩的接触灌浆。如果基岩比较坚硬、完整，为了加快施工速度．也可直接在基岩表面进行无混凝土压重的固结灌浆。在基层混凝土上进行钻孔灌浆，必须在相应部位混凝土的强度达到50%设计强度后，方可开始。或者先在岩基上钻孔，预埋灌浆管，待混凝土浇筑到一定厚度后再灌浆。 
1000　　长江三峡工程的部分坝基固结灌浆采取了浇筑找平混凝土的方法，找平混凝土的强度等级与大坝基础混凝土相同．浇筑厚度一般为30～40cm，以填平低洼坑槽为主，待找平混凝土强度达到70％的设计强度后，开始固结灌浆作业。 
　　黄河小浪底水利枢纽进水塔基岩进行的无盖重固结灌浆在基岩面上浇筑了30～40cm的垫层混凝土，在垫层混凝土的保护下．先进行表层3m的固结灌浆，在基岩面形成盖板后，再进行下部岩体灌浆。 
　　二滩水电站拱坝坝基固结灌浆原则上由无盖重灌浆开始，至有盖重灌浆结束。无盖重灌浆在岩石裸露条件下施工，主要进行3m孔深以下岩体的灌浆，3m以上通过接管引至坝后集中地点，在浇筑坝体基础混凝土后再进行灌浆。同一地段的基岩灌浆必须按先固结灌浆后帷幕灌浆的顺序进行。 
　　2.3 接触灌浆 
　　其目的是加强坝体混凝土与坝基或岸肩之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性。一般是通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统，也可结合同结灌浆进行。接触灌浆应安排在坝体混凝土达到稳定温度以后进行，以防止混凝土收缩产生拉裂。 
　　3 灌浆的材料 
　　岩基灌浆的浆液，一般应该满足如下要求： 
　　3.1 浆液在受灌的岩层中应具有良好的可灌性，即在一定的压力下，能灌入到裂隙、空隙或孔洞中，充填密实。 
　　3.2 浆液硬化成结石后，应具有良好的防渗性能、必要的强度和黏结力。 
　　３.3 为便于施工和增大浆液的扩散范围．浆液应具有良好的流动性。 
　　3.4 浆液应具有较好的稳定性，析水率低 
　　盐基灌浆以水泥灌浆最普遍。灌入基岩的水泥浆液，由水泥与水按一定配比制成，水泥浆液呈悬浮状态。水泥灌浆具有灌浆效果可靠、灌浆设备与工艺比较简单、材料成本低廉等优点。 
　　水泥浆液所采用的水泥品种，应根据灌浆目的和环境水的侵蚀作用等因素确定。一般情况下，可采用标号不低于C45的普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥，如有耐酸等要求，则选用抗硫酸盐水泥。矿渣水泥与火山灰质硅酸盐水泥由于其析水快、稳定性差、早期强度低等缺点，一般不宜使用。 
　　水泥颗粒的细度对于灌浆的效果有较大影响。水泥颗粒越细，越能够灌入细微的裂隙中，水泥的水化作用也越完全。对于帷幕灌浆，对水泥细度的要求为通过80m方孔筛的筛余量不大于5％。灌浆用的水泥要符合质量标准，不得使用过期、结块或细度不合要求的水泥。 
　　对于岩体裂隙宽度小于200m的地层，普通水泥制成的浆液一般难于灌入。为了提高水泥浆液的可灌性，自20世纪80年代以来，许多国家陆续研制出各粪超细水泥，并在工程中得到广泛采用。超细水泥颗粒的平均粒径约4m，比表面积8000cm2／g。它不仅具有良好的可灌性．同时在结石体强度、环保及价格等方面都具有优势，特别适合细微裂隙基岩的灌浆。 
　　在水泥浆液中掺人一些外加剂(如速凝剂、减水剂、早强剂及稳定剂等)可以调节或改善水泥浆液的一些性能．满足工程对浆液的特定要求，提高灌浆效果。外加剂的种类及掺人量应通过试验确定。 
　　在水泥浆液里掺人黏土、砂、粉煤灰，制成水泥黏土浆、水泥砂浆、水泥粉煤灰浆等，可用于注入量大、对结石强度要求不高的基岩灌浆。这主要是为了节省水泥、降低材料成本。砂砾石地基的灌浆主要是采用此类浆液。 
　　当遇到一些特殊的地质条件，如断层、破碎带、细微裂隙等．采用普通水泥浆液难于达到工程要求时，也可采用化学灌浆，即灌注以环氧树脂、聚氨酯、甲凝类等高分子材料为基材制成的浆液。其材料成本比较高，灌浆工艺比较复杂。在基岩处理中，化学灌浆仪起辅助作用，一般是先进行水泥灌浆，再在其基础上进行化学灌浆，这样既可提高灌浆质量，也比较经济。 
　　参考文献 
　　[1]周宜红.水利水电工程建设建立概论[M].武汉：武汉大学出版社，2004. 
　　[2]曹丰.建筑施工技术[M].郑州：郑州大学出版社，2007.