摘要: 小湾水电站基础固结灌浆由于在混凝土仓面上施工，且灌浆孔全坝基布设，个别孔受坝体内基础灌浆廊道、排水廊道及交通廊道施工的影响较大。根据每个施工部位的工程量大小及施工条件，合理确定钻孔资源配置，可以使资源效率最大化，并减少施工过程中的相互干扰，有利于提高整个施工配置的合理性。主要介绍小湾电站基础固结灌浆的施工组织及监理工作，综合分析坝基固结灌浆施工特性及难点，对固结灌浆的施工组织提出了一些见解与看法。
关 键 词: 固结灌浆;施工组织设计;监理工作;施工特性及难点;小湾水电站
中图分类号: TV543 文献标识码: A
1 固结灌浆设计
1.1 固结灌浆对象及目的
坝基固结灌浆的主要对象是:①建基面浅表部层间、层内错动带;②受地质结构影响的岩层破碎带及软弱结构面;③整个建基面范围内因地应力松弛和开挖爆破造成的松弛岩体。
坝基固结灌浆的目的是为了提高坝基的均匀性和整体性，增强基础的承载能力和防渗能力。
1.2 固结灌浆孔深和分区
小湾拱坝高294.5m，一般要求开挖至新鲜的微风化基岩作为大坝基础，固结灌浆的基本孔深采用10～25m。在基岩较深部位，当存在软弱破碎带等影响到坝肩的变形和稳定时，根据需要进行深孔固结灌浆。
根据拱坝建基面具体岩体条件和坝体应力条件的要求，灌浆分为A、B、C、D、E、F共6个区。B区分布在河床坝段前部诱导缝部位，C区分布在各坝段前缘，D区分布在河床坝段前侧及各坝段后部，E区主要分布在建基面高程1130.00m高程以上的部位，F区布置在推力墩部位，其它部位为A区范围。固灌孔布置原则为:基本排距为3.0m，孔距2.5～3.0m，采用42.5级普通硅酸盐水泥及超细水泥两种材料灌浆。
2 施工组织
2.1 施工方法
固结灌浆全部采用有盖重混凝土的方案进行施工，要求盖重混凝土至少达到4.5m，相邻坝块混凝土厚度必须保证3m左右。灌浆采用自上而下、自上而下与自下而上相结合的循环式方法施工。
钻孔灌浆分4个次序进行施工，其总体施工工艺流程如下:物探孔→抬动孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→Ⅳ孔→检查孔→加密孔。
灌浆段长划分:自基岩面起，第1段为2m，第2段为3m，以下各段均为5m。最大灌浆压力2.5MPa，最小0.6MPa。
A、F、G区各次序孔均采用42.5普通硅酸盐水泥灌浆，其他各区Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通硅酸盐水泥，Ⅲ、Ⅳ序孔采用超细水泥灌浆。对不起压不回水、透水率大于100Lu的孔段，采用0.6∶1单一水灰比灌注;否则按1∶1、0.8∶1、0.6∶1三级水灰比灌注。
固结灌浆封孔采用“全孔灌浆封孔法”进行。
2.2 施工难点
（1）施工工期。固结灌浆与大坝混凝土浇筑相互占压工期，特别是在大坝基础强约束区内，为避免形成“老混凝土”，须严格控制固结灌浆施工时间，一般情况下不得超过12～14d。坝基河床部位坝段固结灌浆工程量较大，且灌浆工程有自身的特点，各孔序施工相互制约，投入过多的设备，势必导致同时施工的孔距过小。加之孔间发生串浆的可能性较大，在多孔同时灌浆时，混凝土发生抬动的可能性也较大，增加了混凝土裂缝产生的机率。
（2）与冷却水管、观测仪器相互影响。在岸坡坝段进行施工时，由于混凝土盖重较厚，坝体混凝土冷却水管的层数较多，加上埋设了较多的观测仪器，其埋设位置及观测电缆的走向均可能与固结灌浆孔冲突。因此必须采取有效措施尽量防止冷却水管及仪器被打断。主要采取以下措施:①混凝土内埋件必须精确定位。混凝土开始施工前，根据固结灌浆孔位布置图将埋件统一规划并绘制施工图，布设冷却水管和观测仪器电缆时由测量按施工图进行放点，埋设后由测量测出其实际位置。②埋件必须加固牢，保证在混凝土浇筑过程中不移位。在浇筑层面上增设加固筋进行加固。③在仓面固结灌浆施工期间，对已埋设的冷却水管进行全面通水，以确保钻孔遇冷却水管时能被及时发现。在钻进过程中若发现某孔已钻断冷却水管，必须立即停钻，先用孔口机械塞将被钻到冷却水管的孔封堵，以确保通水正常，不影响其他部位钻孔的正常施工。待仓面整个灌浆结束后，降低通水压力，再用水泥砂浆将冷却水管以上50cm至孔口段全部封堵，待凝24h后，通水检查是否有堵塞现象。
（3）与坝体廊道的影响。固结灌浆孔在整个建基面范围内布置，灌浆施工时由于要保证混凝土盖重的厚度，不可避免的会与大坝基础灌浆廊道、排水廊道等形成冲突。要解决这一问题，关键是在进行灌浆设计时，应尽量使钻孔与廊道错开，在断面尺寸较大的基础帷幕灌浆廊道，可以在廊道内进行固结灌浆施工;在断面较小的第1、2排水廊道可通过移孔或在条件允许的情况下打设斜孔进行施工。
（4）采用施工方案的影响。固结灌浆所采用的方案对施工组织安排的影响较大。设计时可以考虑有盖重混凝土、无盖重混凝土及二者相结合加引管灌浆的施工方案，各个施工方案均有其优、缺点。
有盖重混凝土灌浆施工质量易于保证，但对混凝土浇筑工期影响最大。
无盖重灌浆可以避免与混凝土浇筑施工的工期干扰，但在表层地段灌浆时，由于串、冒、漏等现象，灌浆压力偏低，难以保证灌浆质量。
无盖重加引管灌浆先施工下部孔段，上部采用引管的方式，待坝体混凝土浇筑到一定高度后再进行灌浆施工。该方法同样能避免与混凝土浇筑施工工期的相互影响，相对于无盖重灌浆，其施工质量也易于保证，但增加了大量引管工作量、工程造价，且较多的引管对混凝土的浇筑施工有一定的影响。若在混凝土施工过程中造成引管断裂堵塞或发生灌后质量检查未达到设计质量标准要求，较难采取有针对性的措施进行补救。小湾工程现均采用有盖重固结灌浆施工。
在进行固结灌浆设计时，应综合分析各部位的施工特点及工程重要性，有针对性地选择设计施工方案，保证设计方案整体的合理、经济和适用性。同样设计所采用的灌浆方法及整个施工工艺要求同样对灌浆施工组织会造成影响，如采用循环式灌浆还是纯压式，孔间、排序相互施工的影响，钻孔冲洗所采用的方法，压水试验的方法与数量，检查孔的施工等，这些均会从细节上影响灌浆施工的整体安排，会对灌浆施工造成影响。
2.3 施工组织与管理
2.3.1 钻孔施工
固结灌浆原则上可以采用各种适宜的钻机进行钻孔施工，由于每个坝段灌浆工程量均较大，一般采用风动冲击钻进行钻孔作业，这样可加快施工进度。小湾大坝混凝土内铺设的钢筋及建基面基础范围内先期施工的锚筋桩较多，风动冲击钻难以通过，对钻孔施工的影响较大，在组织钻孔施工时，必须妥善考虑遇钢筋时的处理办法。钻孔遇钢筋后一般采用金刚石钻头将钢筋钻断，在钢筋集中部位，直接使用金刚石钻头进行钻孔作业，穿过钢筋部位后再换用风动冲击钻进行钻孔施工。风动冲击钻机可以使用移动灵活的潜孔或液压履带式钻机，钻钢筋部位使用回转式地质钻机进行施工，也可以通过改装，使用同一地质钻机，既可使用风动冲击钻进，也可使用金刚石钻进，这样可以避免来回移机的麻烦，使得机械设备资源得到充分利用。
根据每个施工部位的工程量大小及施工条件，合理确定钻孔资源配置，可以使资源效率最大化，减少施工过程中的相互干扰，有利于提高整个施工配置的合理性。
2.3.2 灌浆施工
设计要求的施灌条件、灌浆方法、灌段长度及地质条件是影响灌浆能否在预定工期内完成施工的主要因素。在进行灌浆机械配置时应充分考虑这些因素的影响。
（1）施灌条件。主要是混凝土盖重厚度的影响，设计要求河床坝段的混凝土厚度不小于5～6m;岸坡坝段局部部位最小混凝土厚度不小于4.5m，且灌浆坝段的两侧混凝土厚度不宜小于3.0～4.5m。业主要求，固结灌浆每坝段分两次施工时，第1次纯灌时间不超过14d，第2次不超过12d，工期要求非常紧张，因此在满足设计要求的条件下，应尽可能在混凝土较薄的条件下进行固结灌浆，这样可以减少混凝土钻孔的工作量，避免因混凝土过厚造成冷却管多、钢筋多对钻孔施工的影响。在岸坡坝段分两次施工时，受混凝土浇筑条件的影响，在满足灌浆坝段最小混凝土厚度4.5m的条件下，相邻坝段的混凝土盖重较难同时满足盖重要求，在满足相邻坝段混凝土盖重要求的条件下，又会使固灌施工坝段的混凝土盖重较厚，增加灌浆施工难度。因此，在进行固结灌浆施工组织时，混凝土浇筑施工应充分考虑灌浆施工的需要，合理安排浇筑仓号，力争减少对固结灌浆施工的影响。
灌浆按排间分序、排内加密的原则施工，考虑同序孔同时灌浆的安全距离。因此在进行灌浆施工时，需根据上述要求合理安排施工孔的顺序，避免因组织不当造成窝工。
（2）灌浆方法。灌浆方法有纯压式和循环式两种，方式有自上而下与自下而上两种。小湾固结灌浆全部采用循环式，Ⅰ、Ⅱ序孔采用自上而下的方法灌浆，Ⅲ、Ⅳ序孔采用自上而下与自下而上相结合的方法施工，要求接触段单独灌注，其下部孔段自下而上灌浆。采用自上而下的方法施工时，由于钻孔与灌浆交替进行，对进度影响较大，采用自下而上的方法施工时，钻孔不受灌浆的制约，施工进度较快。在进行施工组织时，应充分考虑两种施工方法对整体施工进度的影响，做到灌浆资源的最优配置。
2.3.3 特殊部位施工
固结灌浆由于在混凝土仓面上施工，且灌浆孔全坝基布设，个别孔受坝体内基础灌浆廊道、排水廊道及交通廊道的影响较大。进行灌浆设计时，应将此部位设计为后施工排，或采用其他方案尽量将其布置在廊道外施工。小湾前期施工的几个坝段，均在原位搭设排架或将钻机移进廊道内施工，给灌浆施工组织造成极大困难。
2.3.4 物探孔检查孔等施工
灌前物探孔、抬动孔应在固结灌浆开始施工前完成，为保证混凝土浇筑间歇期，应单独安排一期仓面进行施工，灌浆后由于受声波测试等时间要求控制，因此，检查孔也需要单独安排施工。
充分考虑上述因素，每坝段灌浆孔一般分两次施工，每次配置8～10台地质钻机，6～8台灌浆泵，主要采用风动冲击钻钻孔，可以满足施工进度要求。
3 施工监理
3.1 正确处理监理与施工的关系
灌浆工程属于隐蔽工程，其工程效果的好坏主要取决于良好的设计及施工工艺，施工过程控制是保证工程效果的必要条件。监理工作是过程控制的一个重要环节，而具备灌浆专业知识的监理人员是灌浆工程取得成功的基本条件之一。在施工监理过程中，监理人员应为固结灌浆的进度、质量及工程投资负责。主要做好以下几项工作:
（1）开工前，积极与各方沟通，预见、解决可能在施工过程中遇到的影响因素。
（2）灌浆工程是隐蔽工程，也是一种勘探、试验和施工平行作业的工程，设计人员难以制定出一套一成不变的设计方案。监理人员对施工过程中遇到的实际情况应及时与各方沟通，明确处理意见及措施，保证工程施工的正常进行。
（3）灌浆工程的复杂性决定了施工质量与工程效果可能存在差异，一般情况，施工质量好的，其工程效果也好，但不一致的情况也可能会存在，监理人员要仔细分析施工及设计情况，对灌浆工程的优劣进行综合评价。
3.2 正确处理灌浆施工工艺监理环节
目前，我国的灌浆施工工艺与国外发达国家存在较大差距，主要体现在:①施工效率低下，施工成本相对较高;②工程质量标准要求严格。
固结灌浆施工工效低下主要是由采用的钻孔及灌浆方法不当所致。对小湾工程而言，钻孔可以使用各种适宜的方法进行，但灌浆采用自下而上与自上而下两种不同的方法施工时，二者工效相差接近一倍。固结灌浆的施工目的主要是提高岩体的整体性，从灌浆的基本理论上分析，无论采用何种方法施工对孔段内的可灌裂隙的吸浆量均不会产生影响。在一定的地质条件下，影响吸浆量大小的主要因素是灌浆压力和浆液的基本性能，因此可以认为二者会取得同样的效果，小湾坝基岩体陡倾角的张开裂隙极少，因此固结灌浆完全可以采用自下而上的方法施工。
作为固结灌浆，小湾工程质量检查主要以压水试验和声波测试为准，压水Lu值要求按分区不同标准不同，较为重要的D1、D2区透水率要求小于或等于1Lu，声波测试要求灌后基岩0～2m声波波速达到4750m/s，2m以下达到5000m/s。双重标准检验的结果是，在目前已施工完成的部位坝段，压水值已经达到要求，但声波测试不合格。压水Lu值小于1，对普通的水泥灌浆工程而言，可以认为是最严格的防渗标准了，对固结灌浆而言，该标准要求偏高，但仍旧出现了较多的声波不合格段，这说明水泥灌浆已经不能达到设计标准，应考虑采用其他的工程措施处理。
3.3 做好施工协调工作
固结灌浆施工过程中，监理人员应做好施工单位与设计及业主的协调工作，对施工中出现的问题及时、妥善地加以解决，特别是对于一些施工细节问题，影响到施工进度及质量的问题要解决于施工现场。只要能满足施工设计要求、方法切实可行均可采用，杜绝因经验主义而影响到工程施工。
4 结语
小湾电站坝基固结灌浆在施工单位精心组织，监理及设计、业主单位的积极配合下，工程施工总体比较顺利，虽然在施工过程中也出现了一些问题，但整体施工质量及进度还是处于受控状态。其施工组织与管理为类似工程的施工提供了宝贵的经验，其管理模式可供类似的工程参考。
作者简介: 卢元海，男，中国水利水电建设工程咨询西北公司小湾监理中心项目总监，工程师。