一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构与流程

本发明涉及水工建筑物基础处理领域，尤其是涉及一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构。

背景技术：

混凝土重力坝和拱坝按其坝高分为低坝、中坝和高坝。其中重力坝坝高30m以下为低坝，30m～70m为中坝，70m以上为高坝；拱坝坝高50m以下为低坝，50m～100m为中坝，100m以上为高坝。

混凝土高坝承受的水荷载相当大，其坝基稳定关系着大坝长期运行安全，混凝土高坝坝基应具有足够的耐压性和一定程度的均质性。但天然岩石坝基不可避免的存在软弱、破碎、多裂隙、节理发育等地质条件较差的地质条件，一般常用固结灌浆的方法进行处理。固结灌浆一般以水泥为材料，利用灌浆泵通过钻孔或埋管的方法把水泥浆液压送到岩体裂隙中，以提高岩体的整体性和抗变形能力。目前混凝土高坝坝基固结灌浆常用的方法有4种，分别为混凝土盖重钻孔固结灌浆(以下简称“有盖重灌浆”)、无混凝土盖重固结灌浆(以下简称“无盖重灌浆”)、有混凝土盖重引管灌浆(以下简称“引管灌浆”)、深部利用岩体盖重+引管灌浆等4种方法，分别存在以下问题：

(1)“有盖重灌浆方法”占压混凝土浇筑仓面，与大坝混凝土浇筑干扰大。“有盖重灌浆方法”是指在坝体混凝土浇筑一定高度后，在混凝土仓面上钻孔进行固结灌浆，其优点是能够利用混凝土盖重对表层裂隙进行封闭，能适当提高灌固结浆压力，灌浆效果有保证；但其缺点需要占压大坝混凝土浇筑仓面，不仅占用坝体混凝土浇筑的直线工期，而且可能因仓面长间歇造成坝体混凝土开裂，此外，钻孔时容易打断坝体中的冷却水管等预埋件，影响坝体混凝土通水冷却效果。

(2)“无盖重灌浆方法”仅适用于地质条件较好的坝段，灌浆效果难以保证。“无盖重灌浆方法”是在岩基面上直接进行钻孔灌浆作业，其工作先于混凝土浇筑，不会对混凝土浇筑产生干扰。但是，无盖重固结灌浆也有其自身的弱点，一般仅适用于岩体条件较好的坝段。由于没有混凝土盖重的作用，灌浆过程中经常出现从建基面裂隙漏浆的问题，导致灌浆压力难以提升至设计压力，灌浆效果往往不能令人满意。

(3)“引管灌浆方法”施工相对复杂，灌浆效果相对较差。“引管灌浆方法”是在建基面钻孔并埋设灌浆管路引至混凝土仓外，待混凝土浇筑至一定高度后利用引管管路进行灌浆，不占压混凝土浇筑仓面，但存在以下问题：一是引管灌浆施工相对复杂，增加了许多灌浆管路；二是引管灌浆属群孔灌浆，某一段管路堵塞或破坏将引起群孔的灌浆失效，且群孔中某一孔若遇大漏量将影响群孔中其它孔的灌浆效果；三是为防止引起坝体抬动，群孔灌浆的压力不宜高，相应低压灌浆效果可能较差。

(4)“深部利用岩体盖重+浅层引管灌浆方法”灌浆效果可能较差，施工复杂。“深部利用岩体盖重+浅层引管灌浆方法”是在混凝土浇筑前利用岩体盖重对深部岩体进行灌浆，并针对浅层岩体预埋引管管路，混凝土浇筑后对浅层岩体进行引管灌浆。其存在以下问题：一是深部利用岩体盖重灌浆时，仍可能存在从浅层岩体裂隙漏浆的问题，灌浆质量可能较差；二是浅层引管深度一般为2m～3m，引管灌浆孔孔距一般较密，仍存在引管灌浆施工复杂、灌浆效果相对较差等问题。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构。本发明可适用于高混凝土重力坝和拱坝，且完全避免与混凝土浇筑干扰、施工简便、质量可靠。

本发明采用的技术方案是：一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构，包括以下步骤：

a、建基面清理：混凝土高坝建基面开挖完成后，对建基面进行清理；

b、建基面裂隙封闭：对于两岸岸坡部位的建基面裂隙、河床部位的建基面裂隙和局部深槽部位进行封闭处理；

c、灌前预先压水：灌浆前排查未封闭裂隙，发现存在外漏情况的裂隙后，对外漏裂隙进行封闭处理；

d、坝基浅层岩体加密灌浆：对坝基浅层岩体进行加密固结灌浆处理；

e、坝基深部岩体加压灌浆：将浅层加密灌浆孔的部分后序孔加深，作为深部加压灌浆孔，对深部岩体进行加压固结灌浆处理；

f、坝体混凝土浇筑前设置少量引管管路：针对两岸建基面坡度大于50°的坝段，利用埋设的接触灌浆管路，作为引管管路；针对建基面坡度小于50°的坝段，埋设引管管路；

g、坝体混凝土浇筑后进行引管灌浆：待坝体混凝土浇筑到一定高度，基础混凝土温度达到设计规定稳定值后，进行引管灌浆或接触灌浆施工。

作为优选，所述步骤a中，对建基面进行清理，挖除局部松动岩块，并采用高压水对建基面裂隙进行冲洗。

作为优选，所述步骤b中，对于两岸岸坡部位的建基面裂隙，采用批刮快硬水泥的方法进行封闭；对于河床部位的建基面裂隙，采用批刮快硬水泥的方法进行封闭；对于局部深槽部位，结合填塘混凝土进行封闭。

进一步的，所述步骤b中，封闭深度不小于10cm，且不超出建基面高程，养护待凝至50％设计强度。

作为优选，所述步骤c中，采用预先压水的方法排查未封闭裂隙。

作为优选，所述步骤d中，浅层固结灌浆孔孔深3m，孔距2.5m×1.25m～3m×1.5m，灌浆压力0.6mpa～1.0mpa。

作为优选，所述步骤e中，深部岩体固结灌浆孔孔距2.5m×2.5m～3m×3m，灌浆压力采用1.0mpa～2.5mpa。

作为优选，所述步骤f中，接触灌浆或引管灌浆的孔距2.5m×2.5m～3m×3m，孔深0.3m～0.5m，引管管路均引至坝体下游。

一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆结构，其特征在于：包括批刮快硬水泥层、浅层加密灌浆孔、深层加压灌浆孔和引管灌浆管路，所述批刮快硬水泥层设置在建基面表层裂隙处；所述引管灌浆管路预埋在坝体混凝土内，所述引管灌浆管路的灌浆入口穿出坝体混凝土外，所述引管灌浆管路的灌浆出口伸入到建基面下0.3m～0.5m，所述引管灌浆管路在建基面内的孔距为2.5m×2.5m～3m×3m；所述浅层加密灌浆孔伸入到建基面下3m，孔距为2.5m×1.25m～3m×1.5m，灌浆压力为0.6mpa～1.0mpa；所述深层加压灌浆孔伸入到建基面下10m，孔距为2.5m×2.5m～3m×3m，灌浆压力为1.0mpa～2.5mpa。

作为优选，所述深层加压灌浆孔在浅层加密灌浆孔基础上加工而成

本发明取得的有益效果是：

(1)采用无仓面固结灌浆方法，彻底避免与混凝土干扰问题

本方法采用无仓面固结灌浆的方法，大坝建基面开挖完成后，进行表面裂隙封闭、浅层岩体加密灌浆、深部岩体加压灌浆等工作，并布置少量引管灌浆管路，然后进行混凝土浇筑施工，待混凝土龄期达到要求后，再进行引管灌浆施工，完全不占压大坝混凝土浇筑仓面，彻底避免与混凝土干扰问题，不占用坝体混凝土浇筑的直线工期，不仅避免了因仓面长间歇造成坝体混凝土开裂的问题，也避免了钻孔打断坝体中的冷却水管等预埋件的问题。

(2)采用“由表及里”的固结灌浆方法，保证了坝基固结灌浆质量

本方法采用“由表及里”的固结灌浆方法，首先通过封闭表面裂隙为浅层岩体灌浆提供封闭条件，防止灌浆过程中发生外漏问题影响灌浆效果，并最大程度保证浆液扩散范围；然后通过加密浅层灌浆孔，使得相邻孔间裂隙能够被浆液完全填充；最后利用浅层岩体的盖重作用，对深部岩体采用相对较高的灌浆压力，加大浆液的扩散范围，保证了坝基固结灌浆质量。

通过“由表及里”固结灌浆方法的处理，坝基岩体灌浆质量基本满足要求，仅存在局部浅表层岩体爆破裂隙需要进一步处理，可采用少量浅引管灌浆孔进行处理，浅表层岩体灌浆质量更有保证。此外，对于两岸建基面坡度大于50°的坝段，可结合接触灌浆管路作为引管管路，不需要布置专门的引管管路，大幅降低了施工难度。

附图说明

图1为混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆“表封闭”示意图；

图2为混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆“浅加密”示意图；

图3为混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆“深升压”示意图；

图4为混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆“少引管”示意图；

附图标记：1、建基面裂隙，2、浅表层岩石爆破裂隙，3、浅层岩石裂隙，4、深部岩石裂隙，5、浅层加密灌浆孔，6、深部加压灌浆孔，7、引管灌浆管路，8、引管灌浆孔，9、混凝土高坝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，本发明的一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构，包括以下步骤：

a、建基面清理：混凝土高坝建基面开挖完成后，对建基面进行清理，挖除局部松动岩块，并采用高压水对建基面裂隙进行冲洗；

b、建基面裂隙封闭：对于两岸岸坡部位的建基面裂隙，采用批刮快硬水泥的方法进行封闭；对于河床部位的建基面裂隙，一般采用批刮快硬水泥的方法进行封闭，对于局部深槽部位，可结合填塘混凝土进行封闭，封闭深度不小于10cm，且不超出建基面高程，养护待凝至50％设计强度；

c、灌前预先压水：灌浆前采用预先压水的方法排查未封闭裂隙，发现存在外漏情况的裂隙后，对外漏裂隙进行封闭处理；

d、坝基浅层岩体加密灌浆：对坝基浅层岩体进行加密固结灌浆处理，根据不同的岩体条件，浅层加密灌浆孔孔深一般3m，孔距可采用2.5m×1.25m～3m×1.5m，灌浆压力可采用0.6mpa～1.0mpa；

e、坝基深部岩体加压灌浆：将浅层加密灌浆孔的部分后序孔加深，作为深部加压灌浆孔；根据不同建基面岩体条件，深部加压灌浆孔孔距可采用2.5m×2.5m～3m×3m，灌浆压力可采用1.0mpa～2.5mpa；

f、坝体混凝土浇筑前设置少量引管管路：针对两岸建基面坡度大于50°的坝段，利用埋设的接触灌浆管路，可结合作为引管管路；针对建基面坡度小于50°的坝段，埋设引管管路。接触灌浆或引管灌浆的孔距一般2.5m×2.5m～3m×3m，孔深0.3m～0.5m，引管管路均引至坝体下游；

g、坝体混凝土浇筑后进行引管灌浆：待坝体混凝土浇筑到一定高度，基础混凝土温度达到设计规定稳定值后，进行引管灌浆或接触灌浆施工。

本发明的一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构，采用“表封闭、浅加密、深升压、少引管”的方法，在不占压混凝土仓面的情况下，通过采用“由表及里”的固结灌浆方法，使用相对较大的固结灌浆压力，扩大水泥浆液的扩散范围，保证坝基固结灌浆质量：

(1)表封闭

“表封闭”即封闭建基面裂隙，防止灌浆过程出现外漏泄压等问题。大坝建基面开挖完成后，首先对建基面裂隙进行清理，然后根据不同部位采用针对性的封闭方法：对于两岸岸坡部位的建基面裂隙，采用批刮快硬水泥的方法进行封闭；对于河床部位的建基面裂隙，一般采用批刮快硬水泥的方法进行封闭，对于局部深槽部位，可结合填塘混凝土进行封闭。此外，灌浆前采用预先压水的方法排查未封闭裂隙，发现存在外漏情况的裂隙后，对外漏裂隙进行封闭处理。

通过“表封闭”的处理，可防止灌浆过程出现外漏泄压等问题，并最大程度保证了浆液的扩散范围。

(2)浅加密

“浅加密”即加密浅层岩体(指建基面深度3m以内的岩体，下同)固结灌浆孔，使得相邻孔间裂隙能够被浆液完全填充，保证浅层岩体的灌浆效果。根据相关工程经验和理论计算，大坝建基面开挖完成后，其深度3m以内的岩体爆破卸荷裂隙较发育，是坝基固结灌浆处理的重点。根据不同的岩体条件，浅层固结灌浆孔孔距可采用2.5m×1.25m～3m×1.5m，灌浆压力可采用0.6mpa～1.0mpa。

通过“表封闭”和“浅加密”的处理，浅层岩体已取得较好的灌浆效果，由于裂隙充填完好浅层岩体的盖重作用，深部岩体灌浆时可以采用较高的灌浆压力。

(3)深升压

“深升压”即利用浅层岩体的盖重作用，对深部岩体(指建基面深度3m以下的岩体，下同)采用相对较高的灌浆压力，最大程度扩大浆液的扩散范围。根据不同建基面岩体条件，深部岩体固结灌浆孔孔距可采用2.5m×2.5m～3m×3m，灌浆压力可采用1.0mpa～2.5mpa。

通过“表封闭”、“浅加密”和“深升压”的处理，坝基岩体灌浆质量基本满足要求，仅存在局部浅表层岩体爆破裂隙需要进一步处理。

(4)少引管

“少引管”即针对建基面局部浅表层爆破裂隙，先预埋少量浅引管灌浆管路，待混凝土浇筑到一定高度后，在混凝土压重条件下进行灌浆，不仅避免灌浆过程中外漏，也可适当采用较大的灌浆压力加大浆液扩散范围。根据建基面坡度采用不同的引管方法：对于建基面坡度大于50°的坝段，为了防止混凝土收缩与建基面产生脱空，一般需进行接触灌浆处理，因此可结合接触灌浆管路对浅表层进行处理，不需布置专门的引管灌浆管路：针对建基面坡度小于50°的坝段，专门布置引管管路对浅表层进行处理。接触灌浆或引管灌浆的孔距一般2.5m×2.5m～3m×3m，孔深0.3m～0.5m，灌浆压力可采用1.0mpa～1.5mpa。

本次发明的一种混凝土高坝全坝无仓面固结灌浆方法和结构，在金沙江乌东德水电站大坝(混凝土拱坝)和二道坝(碾压混凝土重力坝)坝基固结灌浆施工中得到成功应用，使ⅱ级岩体(岩体质量相对较好)和ⅲ、ⅳ级岩体(岩体质量相对较差)灌浆质量均满足要求，不仅保证了坝基固结灌浆质量，而且完全避免了与混凝土浇筑等一系列干扰问题，大幅降低了施工难度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。