[摘要] 水泥灌浆施工技术在水利水电工程中被广泛应用,其相关的施工质量管理对于工程建设起着十分重要的作用,文章从方面进行深入的探讨,提出有效的管理方法。
水泥灌浆常作为水利水电工程改善不良地基和大坝防渗处理的重要手段。但由于是隐蔽施工,施工对象的特征的不确定,灌浆技术在很大程度上受操作人员的主动性及复杂施工的工艺影响,施工过程难以直观的表现,易出现违规的操作,影响灌浆工程的质量。为采取合理、高效可靠的管理手段,确保灌浆工程满足设计要求,文章从灌浆分包及计价、施工中灌浆工序控制要点、灌浆资料的整理及灌浆自动化监控系统等方面进行深入的探讨,提出有效的管理方法,可为其他水利水电灌浆工程的质量管控提供参考。
1 工程概况
河南天池抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县马市坪乡境内,电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库及地面开关站等建筑物组成,上水库和下水库大坝均为钢筋混凝土面板堆石坝。工程属一等大(1)型工程,主要永久性建筑物按1级建筑物设计,次要永久性建筑物按3级建筑物设计。
作为抽水蓄能电站主要的防渗体系在于大坝趾板部位的固结灌浆及帷幕灌浆,且上水库防渗标准要求极为苛刻,灌后透水率需小于1Lu,灌浆工程质量控制尤为重要。
2 灌浆工程质量控制的探讨
为了使天池抽水蓄能电站灌浆防渗效果,达到设计预期目的。现场的施工中除了严格按照施工技术方案进行标准化施工外,还需要从以下几个方面,加强现场的质量管控,提升灌浆工程质量管理水平与效率。
2.1 灌浆分包
根据项目水泥灌浆的类别,在选择分包队伍的时候,要合理的划分标段,保证工程量均匀,每个部位要按照灌浆的先后顺序进行施工,要安排专业素质高的技术人员完成灌浆任务,对超100 m以上的帷幕灌浆孔,要严格控制分包队伍的资质许可,选择经验丰富且具备专业施工资质的队伍。确保水泥灌浆隐蔽工程的质量管控。
因水泥灌浆易受施工人员素质的影响,现场施工组织过程中必须要求分包队伍配备标准化机组,做到钻孔、灌浆工序连续进行,同时在合同约定内的关键岗位的机长和记录员,必须安排能胜任本岗位的专业人员,按照本项目的灌浆要求培训合格后方可上岗。
2.2 灌浆计价
水泥灌浆工程的计量具有复杂性及可变性,目前灌浆工程的计量主要采取按灌浆孔进尺(每延米)、灌注注入量(t)、每延米按单位注入量区间计价等计量方式。
2.2.1 进尺计量法
进尺计量法以灌浆孔的长度(每延米)为计量单位,计量方法简单,但由于合同内规定每延米的注入量为一定额和实际灌浆孔注入量多少无关,对承包商易造成两个极端方面的影响。(1)能够充分发挥承包商的积极主动性,投入更多资源及设备来满足进度质量控制,同时鼓励承包商运用已有的经验和技术;(2)在这种计价模式下,承包商为完成较多的灌浆延米数量,通过缩短灌浆时间及减少水泥注入量,减少了每一灌浆段的灌注时间,存在较大的质量隐患。
同时因为单价主要根据前期勘探孔的透水率确定,但实际地质情况复杂及灌浆参数压力等因素的影响,在地质情况差异较大的部位,实际注入量和定额注入量相差很大,承包商对于超定额水泥耗量,存在争议,易造成承包商消极施工,采取不正常的灌注手段,从而影响灌浆质量。
针对进尺法计量的特点,该方法适用地质情况较好,注入量较小的工程或部位。但对于发生地质因素突变的部位,导致注入量超出定额消耗量极大的部位,可采取给承包商增加超灌水泥人工机械材料补偿的措施,同时允许施工单位合理调整施工工艺,保证灌浆效果;加强对超灌部位的灌浆质量检查,防止因水泥注入量不足达不到设计要求。
2.2.2 注入量计量法
注入量计价法是以注入岩体裂隙中的实际水泥注入量(t)计算工程量,多灌多得,少灌少得,大大减少了承包商的风险,调动了承包商多灌浆的积极性。但也存在工程量变化难以控制,承包商为了扩大注入量,往往加大灌浆压力,导致注入量大,甚至压力大时造成建筑物的抬动变形损坏。
由于单价的确定与水泥注入量的单耗有关联,导致承包商恶意的加大注入量,也造成了灌浆材料的浪费。作为计量方式,不方便对承包商的进度进行控制,实际进度控制仍要以灌浆每延米为单位进行控制。采取该计量方法,要选用适用的灌浆施工技术,要有防止过量灌浆的措施。同时对于注入量很小或者强岩溶发育地层注入量很大的地层都不适合此计量方法。
2.2.3 每延米按单位注入量区间计量法
合同约定单位注入量按照不大于50 kg/m、50kg/m～100 kg/m(含100 kg/m)、100 kg/m～150 kg/m(含150 kg/m)、150 kg/m～200 kg/m(含200 kg/m)分档计价,以每延米(m)为单位计量,且灌浆单价依次升高。超出200 kg/m部分按干水泥注入量以吨(t)为单位计量,另行支付。该灌浆计量确保承包人劳有所获,但该灌浆计量以单耗量台阶型计价,容易造成承包人为追求高一个等级的注入量,进行灌浆量的造假。
为了计价的更加合理,建议将台阶型的计价方式,优化成线性的计价模式,随着单耗量的增加,灌浆单价也递增,选用该方法,首先要根据承包人施工所有人工、材料、机械台班的数量及利润税金综合确定,其次对于超出最大注入量区间的水泥计价不宜过低,减少承包商灌注该类型孔的消极状态。
2.3 灌浆工序的控制要点
2.3.1 钻孔过程的质量控制
1)定孔位。根据设计钻孔的排距、间距,测量孔位,注明各孔的孔号及孔距,孔位偏差不得大于10cm。
2)选择适当的钻孔方法。根据岩石的硬度、完整性和可钻性选择合适的钻孔方法、目前对于岩石坚硬地层采用金刚石钻进,较软地层采用硬质合金钻头钻进。
3)钻机的安装必须稳固。严格按照规定的方向钻进,采用刚性较好的钻杆。
4)适时的调整钻进参数。施工中要根据岩石的硬度、钻头结构、设备条件及钻孔质量要求选择合理的钻压、转数、水压等钻进参数。
2.3.2 灌浆过程的质量控制
1)选择合理的灌浆方法。施工中应根据地质条件,孔径均匀程度、基岩段长等选择最佳的灌浆方法,保证灌浆工程的高质量、高效率、低成本。
2)灌浆压力的控制。灌浆压力是影响灌浆效果的一个重要因素。采用较高的灌浆压力,可以减少钻孔数量,降低成本,增进密实性,提高承载力,但如果压力过高,可能导致地基及上建筑物抬动破坏。所以必须根据地层情况,浆液类型等条件通过试验选择合适的灌浆压力。
灌浆过程中压力的控制方法有:一次升压法和分级升压法。前者适用于透水性小,裂隙小的完整岩石地层,后者适用于透水性大,注入量大的地层。施工中有条件适宜采用一次性升压法控制灌浆质量,但对于注入量大或易抬动的部位应采取分级升压法控制灌浆压力。
3)浆液浓度的变化。按照规范要求进行浆液变化,但当灌浆过程中灌浆压力或者注入量突然变化较大时,应立即查明原因并采取相应的措施进行处理。
2.4 灌浆资料的整理
灌浆工程是隐蔽工程,灌浆工程资料是灌浆工程实体及其形成过程的数据体现,灌浆工程资料具有特殊的重要性,是评价灌浆施工质量的重要依据,但目前灌浆工程资料出现各类问题,影响灌浆过程中的质量控制及后期的运行管理,主要集中体现在不按照规范要求的内容和格式编写、收集整理资料、过程记录缺少、管理记录失真等方面。
灌浆工程资料在灌浆过程中逐步形成,要做好统一施工记录格式,做好日常资料的归档,灌浆单元工程结束后及时收集过程资料并归档。因灌浆成果资料都由现场的原始记录提供数据,现场的原始记录填写必须真实、准确、详细、及时。钻孔作业时,应及时记录钻孔揭示的地质情况,对发现的异常点应进行详细的描述,并准确记录异常点开始结束的孔深点,灌浆作业时发现的特殊情况及处置措施应是记录的重点。所有记录要及时,不能事后通过回忆记录,灌浆记录应在结束后打印交由旁站质检、监理人员签字确认。
2.5 灌浆自动化监控应用
当前水泥灌浆仍属于劳动密集型的作业,传统的质量管理依赖从业人员的专业素质与责任感,主要原因是信息不畅通导致管理不到位,灌浆过程的控制最终通过自动灌浆记录仪记录的资料间接反映,人为因素影响较大。因此应大力推进智能化灌浆,架设灌浆监控系统,可以减少人为因素影响,对灌浆施工过程控制的更加精细准确,从而有效提高水泥灌浆的工程质量。
灌浆施工监控系统是把灌浆记录仪采集到的压力、流量、密度等传感器的信号数据进行采集、整合、分析,并通过无线网络实时上传到数据系统中。通过对数据库的分析,对施工过程中的控制,单元评定,进度跟踪提供基础数据。
灌浆监控可参考分层式监控模式,监控系统分为现场数据采集层,过程控制层,终端服务器数据处理层。现场数据采集层为灌浆记录仪的各种传感器,是所有数据信息的基础,采集层将数据预处理后传输至灌浆记录仪主机。灌浆记录仪主机作为过程控制层,接受现场采集层传来的信号,并按照灌浆的工艺参数,及时的设置,记录各种灌浆参数,压力阀门的控制,注浆流量的控制等。最终灌浆结束后,数据实时通过无线网络或者有线网络从记录仪主机上传至服务器,每个灌浆孔的压水,灌浆记录形成单独的记录,灌浆监控系统对数据进行分析和处理,通过软件界面展现在用户面前。
灌浆监控系统的建立能实时的监控灌浆施工参数,成果统计分析,进行质量管理和过程控制,应用该系统可以提高管理人员在灌浆过程中的实时性和工作效率,及时发现异常情况,采用信息化的管理手段提高灌浆质量。
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