技术与应用

质量预控法在帷幕灌浆工程施工中的应用——以老铜钱水库保安工程帷幕灌浆为例

姜德楚

（平阳县基础机井工程公司）

【摘 要】 灌浆属地下隐蔽工程，本文结合老铜钱水库保安工程帷幕灌浆施工实例，运用质量预控法，介绍了在帷幕灌浆工程施工中建立质量控制体系、设立质量控制点，对灌浆施工事前、事中、事后各个环节加强质量预控，确保工程质量，对类似工程的质量控制具有一定的借鉴作用。

【关键词】 老铜钱水库；质量预控；帷幕灌浆；应用

1　引言

灌浆就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，通过钻孔或其他设施，压送到需要灌浆部位中的一种施工技术。帷幕灌浆技术是水库大坝坝基防渗和加固处理最常用的技术之一，是以减少坝基和两岸岩体中的渗流量，降低渗漏损失和保持渗透稳定为主要目的一种工程措施。灌浆是一项技术含量较高的隐蔽性工程施工作业，在灌浆施工中任何环节出现问题，都将直接影响到工程的防渗质量，甚至会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。水利水电工程灌浆施工技术和质量控制是一个较为复杂的系统工程，为使灌浆施工质量得到有效控制，在施工管理中严格按照设计要求及有关规程规范施工，运用质量预控法，建立质量保证制度和体系，加强帷幕灌浆技术施工的关键点与具体方法、施工工艺和主要工序质量的控制，以便有效地对灌浆施工质量实施预控。达到预期的灌浆施工效果，确保灌浆工程质量。

2　工程概况

平阳县老铜钱水库保安工程位于昆阳镇城西办事处民丰村，水库控制集雨面积1.09km2，正常蓄水位94.40m，总库容28.94万m3，坝型为均质坝，坝高24.6m，坝顶长98m；是一座以灌溉为主的小（2）型Ⅴ等5级水库，该水库大坝防渗加固处理采用坝基帷幕灌浆和坝体劈裂灌浆方案，其中帷幕灌浆单孔61个，质量检查孔5个。坝体灌浆和基础帷幕灌浆相结合，对坝体的第一、第二序孔进行灌浆，两灌浆孔相重合处即坝体第三序孔，先进行帷幕灌浆，再进行坝体灌浆。

3　质量预控法的概念

3.1　定义

质量预控是在质量方面指挥和控制组织的预先协调活动，即为了消除产品潜在的不合格因素而采取的预防控制措施，通常包括制定质量方针和质量目标，以及质量策划、质量预先控制、质量改进活动等。

3.2　质量预控的逻辑步骤

要实施质量预控的方针目标，有效开展各种质量预控活动，就必须建立相应的预控体系，并设置质量控制点。质量预控的逻辑步骤为：①建立质量方针和质量目标；②确定实现质量目标必需的过程和职责；③确立和提供实现质量目标必需的资源；④针对每个过程潜在的不合格，采取预控措施；⑤测评对每个过程预控的有效性和效率；⑥建立和应用持续改进质量预控的过程。

4　项目施工质量预控措施

4.1　建立质量控制体系

4.1.1　参建各方质量体系

为确保灌浆工程质量，项目法人平阳县昆阳镇老铜钱水库保安工程建设指挥部建立质量管理体系，对工程全面负责；监理单位安康市志通工程监理咨询有限公司建立质量控制体系，对工程质量进行有效控制；设计单位平阳县水利水电勘测设计所建立质量跟踪服务体系，对工程质量进行指导；施工单位平阳县基础机井工程公司建立质量保证体系，确保工程质量达到优良标准。

4.1.2　实行“三检一验”制度

“三检一验”制度即作业队自检，施工班组复检，项目部质检员终检，监理工程师检查验收，使施工全过程处于可控状态。

4.1.3　制定质量保证制度

质量保证制度包括：①各岗位人员职责范围；②现场施工管理办法；③施工质量管理及质量奖惩办法；④施工作业指导书；⑤安全施工措施。

4.1.4　编制施工组织计划

施工组织计划包括：①工程地质概况；②施工平面布置；③机械、设备、钻灌材料、测试仪器配置；④施工组织机构；⑤施工方法及工艺流程；⑥施工进度安排；⑦施工质量控制措施及质量保证体系；⑧安全保证措施。

4.2　设置质量控制点

4.2.1　设置原则

质量控制点设置的原则，是根据工程的重要程度，即质量特性值对整个工程质量的影响程度来确定。首先，对施工对象进行全面分析、比较，以明确质量控制点；其次，进一步分析所设置的质量控制点在施工中可能出现的质量问题或造成质量隐患的原因，针对隐患的原因，相应地提出对策措施予以预防。

4.2.2　质量控制点

帷幕灌浆的质量控制点为原材料、孔位、孔斜、造孔工艺，岩芯获得率，洗孔及压水情况，灌浆情况，灌浆压力、结束标准、封孔等。其中以原材料、造孔工艺、灌浆压力、浆液水灰比、结束标准为质量控制重点。

5　项目施工质量预控过程

5.1　质量控制依据

帷幕灌浆施工质量控制的依据主要有合同文件、设计图纸及技术要求、施工组织设计及作业指导书、工程规程规范（如《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》《水利水电工程钻孔压水试验规程》），以及其他相关资料。

5.2　帷幕灌浆设计

设计工作内容有：①查清工程地质与水文地质情况；②进行现场灌浆试验：确定灌浆方法、压力、孔距、排距、材料、质量标准与检查方法，并论证灌浆效果；③确定帷幕轴线位置、帷幕深度、厚度（排数）及平面上的长度。

5.3　灌浆材料

帷幕灌浆的浆液为纯水泥浆液，主材为水泥，采用浙江科华集团有限公司生产的“科华牌”P.C32.5复合硅酸盐水泥。水泥细度通过80μm方孔筛，筛余量为2.3%，水泥物理力学性能符合国家规定的质量标准。制浆采用重量称量法，称量误差小于5%。灌浆用库区水，水温不高于40℃。

5.4　施工工艺

（1）帷幕灌浆工艺流程：测定孔位→钻孔就位→钻孔→下灌浆管→洗孔→压水试验→制浆→灌浆→待凝→下一段灌浆→封孔→质量检查→结束。帷幕灌浆工程质量控制流程如图1所示。

（2）钻孔灌浆施工程序：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→Ⅳ检查孔→质量检查。

5.5　主要施工方法

1.施工放样定位

在施工前按监理单位提供的测量基准点、基准线及其基准资料和数据，与监理工程师共同校核基准点（线）的测量精度，并复核资料和数据的准确性，根据提供的测量资料，对帷幕灌浆孔轴线进行实测。孔位按设计施工图进行放样，对孔号进行标记和编号。

2.灌浆孔布置

帷幕灌浆孔设在距离上游坝顶边缘0.5m处，桩号为0+000.00～0+098.00，灌浆孔为单排孔，孔距为2.0m；按分序加密原则进行，分为三序次孔施工。Ⅰ序孔孔距8.0m；Ⅱ序孔孔距4.0m；Ⅲ序孔孔距2.0m。孔深进入中风化基岩3m。坝基帷幕灌浆断面如图2所示。帷幕灌浆孔布置如图3所示。

3.钻孔

本工程帷幕灌浆钻孔采用SGZ-IB型和SGZ-1型地质钻孔，终孔孔径为75mm。

钻机定位准确，立轴垂直，钻孔位置与设计位置偏差小于3cm。段长、孔径、孔深按规定要求进行；帷幕灌浆孔孔底允许偏差值见表1。

基岩采用金刚石钻头钻进，用水作为冲洗介质，每回次取岩芯，仔细量测钻杆、钻具以及钻机上余尺长度。

4.冲洗

灌浆段钻进结束后用脉动式压力水冲洗，冲洗压力为该段灌浆压力的80%，即0.32MPa；直至回水澄清后10min结束，总时间不少于30min。冲洗后孔内沉淀物厚度控制在不大于20cm的允许范围内。当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗。灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔段立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h的，在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

5.压力试验

帷幕灌浆孔段和检查孔段采用单点法压力试验。压力为该段灌浆压力的80%，即0.32MPa；压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。稳定标准符合下列标准之一时，即可结束压水试验：①流量大于5L/min，连续4次读数其最大值与最小值之差小于最终值的10%；②流量小于5L/min，连续4次读数其最大值与最小值之差小于最终值的20%；③连续4次读数，相邻两次读数间隔均为5min，流量均小于0.5L/min。

6.制浆搅拌

灌浆前先将水泥浆液搅拌均匀，采用搅拌法拌浆，搅拌时间不少于3min；浆液在使用前过筛，从开始制备至用完时间小于4h。

7.灌浆

（1）机械设备。采用双缸立式灌浆机，立式双桶搅拌机。

（2）钻灌次序。灌浆孔按设计分三序次钻灌，即先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔，前序未结束，不允许进入后序施工，各钻机间距布置为2.0m。

（3）灌浆方法。采用全孔一次灌浆法，即一次成孔，一次灌浆，先导孔进行压水试验，灌浆后基岩透水率小于5Lu。射浆管距孔底距离不大于30cm。

（4）灌浆压力。帷幕灌浆压力为0.4 MPa，灌浆压力以孔口回浆管上的压力表为准。

（5）灌浆浆液水灰比。灌浆浆液的浓度由稀到浓，逐级变换。水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七个比级，开灌水灰比采用5∶1。

（6）灌浆施工浆液变换标准。

1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

2）当某一比级浆液的注入浆量已达300L以上或灌注时间已达到1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应换更浓一级水灰比浆液灌浆。

3）当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓浆液灌注。

4）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应措施处理。

（7）灌浆结束批准。灌浆全过程中，设计压力下的灌浆施工时间不短于120min，浆体注入率低于0.4L/min时，延续灌注60min，或低于1.0L/min时，延续灌注90min，灌浆施工才能结束。

（8）灌浆待凝。按设计要求各段灌浆结束后，普通水泥待凝时间为12h，再继续钻进。

（9）封孔。采用全孔灌浆封孔法，在全孔复灌结束待凝12h后进行，将钻杆置于距孔底50cm处，向孔内注入0.5∶1的浓浆置换孔内清浆，用终孔段设计灌浆压力纯压灌注90min。封孔时，拔一节套管，接着封一段孔，连续作业；封孔作业的水灰比为0.4。

8.质量检查孔

本工程质量检查孔共布有5个，具体位置分别为18号与19号孔间、22号与23号孔间、25号与26号孔间、31号与32号孔间、52号与53号孔间。每段做压水试验，压力为灌浆压力的80%；检查孔施工在该部位灌浆结束14天后进行。提取岩芯，妥善保存、描述、编录，各检查孔的透水率都小于5Lu，符合规范和要求。检查孔的检查按规范进行灌浆和封孔。

9.灌浆过程中特殊情况的预防和处理

对意外的机械故障、停水、停电、孔内事故、地层漏浆串冒等，施工前必须对此采取强有力的防范和应对措施，一旦意外情况发生，现场技术人员便可妥善处理，使工程顺利恢复正常施工。

（1）灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限量、间歇灌浆等方法处理。

（2）帷幕灌浆过程中发生串浆时，应立即停钻；如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆，应一泵一灌一孔。否则应将串浆孔塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲孔，而后继续钻进和灌浆。

防止串浆的措施：加大Ⅰ序孔间的孔距；适当增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，防止新灌入的浆液将前期已灌入到裂隙中的浆液结石体冲开。

（3）灌浆中如发现坝基产生较大的抬动现象，应立即降低压力，在不再产生抬动的条件下结束灌注。

（4）灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按下述原则进行处理：

1）灌浆的中断时间尽量缩短在20min内，此时间内可继续灌注；超过20min，则应立即冲洗钻孔，然后才能恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。

2）恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌浆，如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓，继续灌注。

3）恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

预防灌浆中断的办法：选用性能良好的灌浆泵，每段灌完后仔细清洗、检查各部零件是否处于完好状态；选用好的输浆管，灌前检查是否连接牢固、有无破损、管路是否畅通等；使用符合规格的、准确的压力表；灌浆前用压力方法检查灌浆塞是否堵塞严密；水、电等线路设专线，如因故必须停灌，提前通知。

（5）当灌浆注入量大，灌浆难以结束时，可选用下列措施处理：①低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；②浆液中掺加速凝剂；③灌注稳定浆液或混合浆液。

（6）灌浆过程中如回浆变浓，宜换用相同水灰比新浆进行灌注，若效果不明显，延续灌注30min，即可停止灌注。

（7）灌浆过程中产生绕塞返浆的预防和处理：①钻孔孔径保持均匀；②灌浆塞长一点，材质坚韧并富有弹性，直径与孔径相适应；③灌浆前，用压力方法检查灌浆塞是否返水。如发生返水，将塞位移动直至堵塞严密。

5.6　质量控制

影响质量的五大因素为“人、机、料、法、环”。为了对施工质量做全盘控制，严守质量“三控制”的原则。

1.钻灌前质量控制（事前控制）

事前控制包括思想准备、技术准备、机具准备、材料准备。对灌浆工程进行技术交底，明确工艺和质量要求；对员工进行质量教育与培训。

2.钻灌过程质量控制（事中控制）

（1）严格按照设计要求和技术规范的规定进行施工。

（2）灌浆原材料质量控制、施工计量器具控制、钻灌工序质量控制。

（3）质量控制参数主要有孔位、孔径、孔深、偏斜率、灌浆段长、原材料、灌浆压力、水灰比、变浆标准、开灌标准等。严把灌浆结束标准关，使施工参数控制在设计和规范要求的范围内。

（4）认真做好钻灌记录，现场发现问题，及时协商解决。

3.灌浆结束后质量控制（事后控制）

（1）质量控制实行“三检制”，三检结束后。监理工程师最后检查验收，签证评定。

（2）坚持执行质量一票否决制，上一道工序未经检验合格签证，不得进行下道工序的施工。

（3）根据钻灌原始资料进行质量统计分析和检查孔压水检查。

（4）对质量事故处理坚持“四不放过”原则。

5.7　原始记录

帷幕灌浆系地下隐蔽工程，灌浆质量效果的判断主要依靠各种记录资料，以此来反映现场的钻灌情况。

5.8　质量检查

以检查孔的压水试验成果为主，结合钻孔、施工记录、岩芯资料、灌浆记录、成果资料和检验测试资料的分析，进行综合评定。

6　帷幕灌浆完成工程量

老铜钱水库保安工程灌浆施工从2008年11月25日开始，到2009年6月28日止，总历时215天。其中帷幕灌浆共完成61个单孔，质量检查孔5个，共划分6个单元工程。其中钻孔总进尺660.95m，灌浆总进尺640.75m，水泥注入量25695.59kg，检查孔总进尺146.90m，透水率均小于5Lu。帷幕灌浆完成工程量见表2。

7　帷幕灌浆资料统计分析与效果检查评价

7.1　资料整理

对原始记录资料按单元统一整理成册，进行成果统计分析和汇总。检查孔压水试验成果表见表3。

7.2　灌浆效果检查评价

1.钻孔和灌浆的原始资料与成果资料

本次施工均按有关技术规范要求正常施工，施工工艺合理，技术可行，满足工程质量要求。

2.灌浆孔成果分析

（1）单元各序次孔的透水率Lu（吕容）值（基岩段统计）。Ⅰ序孔为15.85Lu，Ⅱ序孔为10.30Lu，Ⅲ序孔为5.60Lu。可见帷幕灌浆随着排序的增加和孔距的加密，透水率Lu（吕容）呈递减趋势，说明灌浆效果明显，符合灌浆一般规律。

分析可知，单元各序次孔小于10Lu的透水率为：Ⅰ序孔为50.0%，Ⅱ序孔为66.0%，Ⅲ序孔为80.0%。呈递增趋势，说明灌浆效果明显。

（2）单元各序次孔的单位水泥注入量分析（kg/m）。Ⅰ序孔为105.83kg/m，Ⅱ序孔为63.69kg/m，Ⅲ序孔为22.98kg/m。可见帷幕灌浆随着排序的增加和孔距的加密，单位注入量呈递减趋势，说明灌浆效果明显，符合灌浆一般规律。

从单位注入量频率及累计分析，单元各序次孔单位注入量小于20kg频率统计：Ⅰ序孔为33.0%，Ⅱ序孔为50.0%，Ⅲ序孔为60.0%，呈递增趋势，说明灌浆效果明显。

3.检查孔成果分析

本次帷幕灌浆工程布置检查孔5个，共5段数，其中小于1Lu为2段数，占总段数的40%；1～3Lu为2段数，占总段数的40%；3～5Lu为1段数，占总段数的20%；透水率均满足设计规定的小于5Lu的标准，说明坝基通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次的施工，达到了设计灌浆的防渗目的。

（1）待凝14天检查孔钻取的岩芯样品，岩石裂隙被灌浆水泥结石充填密实，水泥结石强度良好，帷幕完整连续、可靠牢固。

（2）整个灌浆孔最后结束的浆液配合比，多数孔段以稀浆灌浆结束，坝基岩石细小裂隙较多，属可灌注较好的岩层。

（3）通过帷幕灌浆全面质量检查所取得的数据说明，帷幕灌浆起到了明显的防渗作用，灌浆效果良好，帷幕已完成，达到了设计相对不透水的要求。

8　帷幕灌浆工程质量效果评定

通过项目法人对质量全面负责、管理，监理工程师对质量有效控制，设计人员的跟踪服务，承包施工单位的质量保证措施，老铜钱水库保安工程帷幕灌浆计61个单孔，共划分为6个单元，其中优良单元6个，优良率100%，帷幕灌浆施工质量评定为优良。

9　结语

在帷幕灌浆工程施工过程中，建立了质量控制保证体系，设置了质量控制点，加强施工细化管理，严格控制灌浆施工中的各道工序，做好对灌浆过程中特殊情况的预防和处理，整个施工过程没有出现质量缺陷和事故，各种质量控制指标均满足设计要求，通过从灌浆施工事前、事中、事后的质量预控，帷幕灌浆施工质量预控达到防渗的预期效果。

应用质量预控法，建立质量预控体系，设置质量预控点，是对工程质量进行预控的有力措施。工程建设施工推行质量预控法，是确保工程施工质量最为有效的手段之一。

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