淺析索風(fēng)營水電站壩基及消力池的固結(jié)灌漿

任建華,肖光軍

(中國水利水電第八工程局 基礎(chǔ)分局,湖南 長沙 410017)

1 工程概況

索風(fēng)營水電站工程以發(fā)電為主并承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等任務(wù)。壩址區(qū)為烏江峽谷地形,切深300余米,由兩岸灰?guī)r陡壁組成,中間為相對(duì)平緩的傾向上游的泥巖斜坡。兩岸防滲帷幕自壩肩向兩岸基本呈直線沿伸,其線路較長,地質(zhì)條件較為復(fù)雜。灌漿廊道、施工支洞及防滲帷幕主要在玉龍山灰?guī)r(T1y2)厚層～薄、極薄層灰?guī)r中。左岸端頭在 F13附近局部可將遭遇 T1y1泥巖、P2c+d灰?guī)r、燧石團(tuán)塊灰?guī)r、硅質(zhì)巖等;右岸端頭穿過 F1斷層帶后為 P1m+q灰?guī)r。而洞口附近則多分布有第四系松散堆積體。兩岸巖層基本呈單斜產(chǎn)出,總體走向橫切河谷,傾向上游,左岸較陡并呈向斜趨勢(shì),右岸較緩,沿線方向上與巖層近于平行;斷裂構(gòu)造發(fā)育,左岸有 F13、f3,右岸有 F1,壩基有 f2,這些斷層規(guī)模較大,其中 F1、F13為區(qū)域性斷層,長達(dá)幾公里到幾十公里。

大壩為碾壓混凝土重力壩。固結(jié)灌漿在混凝土蓋重下灌注,蓋重混凝土厚度均不小于 2m。為保證大壩碾壓混凝土施工,壩基兩岸固結(jié)灌漿施工棄水排至大壩上游,防止棄水影響碾壓倉面。完成的固結(jié)灌漿分部位工程量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)工程量統(tǒng)計(jì) m

固結(jié)灌漿分兩序施灌,逐次加密,壩基固結(jié)灌漿Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、壩基固結(jié)灌漿Ⅴ區(qū)的 7m深灌漿孔及消力池固結(jié)灌漿Ⅱ區(qū)的固結(jié)灌漿不分段,采用全孔一次灌注。

固結(jié)灌漿孔孔、排距均為 3m×3.0m,鉆孔采用電鉆及 XY-2型回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī),配 φ42mm、φ56mm合金鉆頭造孔。檢查孔用 φ75mm的金剛石鉆頭造孔,灌漿采用 BW 100/100高壓灌漿泵配 0.2m3攪拌桶、栓塞堵塞、孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法。

2 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿主要技術(shù)要求

(1)固結(jié)灌漿均在混凝土蓋重的條件下進(jìn)行。

(2)灌漿材料采用強(qiáng)度為 P042.5袋裝普通硅酸鹽水泥,水泥細(xì)度要求通過 80μm方孔篩的篩余量不大于 5%。漿液中摻加木鈣作減水劑,摻量為水泥重量的 0.2%。灌漿用水泥保持新鮮,受潮結(jié)塊、超過保質(zhì)期的水泥杜絕使用,對(duì)水泥分期分批進(jìn)行了品質(zhì)鑒定,嚴(yán)禁不合格的材料灌進(jìn)孔內(nèi)。

(3)鉆孔開孔位置和設(shè)計(jì)位置偏差不大于10cm;鉆孔深度與設(shè)計(jì)孔深誤差不大于 20cm。

(4)鉆孔、裂隙(斷層處理部位可根據(jù)實(shí)際情況確定)均須進(jìn)行沖洗,待孔口回清水為止,孔內(nèi)巖屑?xì)埩艉穸炔淮笥?20cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%,若該值大于 1.0MPa時(shí),采用 1.0MPa。

(5)灌漿前選擇有代表性的Ⅰ序孔作簡易壓水試驗(yàn),試驗(yàn)孔數(shù)為灌漿孔總數(shù)的 5%,壓水壓力為該孔段最大灌漿壓力的 80%,若該值大于 1.0MPa時(shí),采用 1.0MPa。壓水采用單點(diǎn)法。

(6)灌漿

①壩基固結(jié)灌漿Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、壩基固結(jié)灌漿Ⅴ區(qū)的 7m深灌漿孔及消力池固結(jié)灌漿Ⅱ區(qū)的固結(jié)灌漿采用“純壓式全孔段一次灌漿”;壩基固結(jié)灌漿Ⅴ區(qū)大于 7m的固結(jié)灌漿孔采用“自上而下分段灌漿”;壩基固結(jié)灌漿Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)及消力池固結(jié)灌漿Ⅰ區(qū)的固結(jié)灌漿采用“自上而下分段灌漿式工藝”。

②對(duì)于自上而下分段灌漿,上段灌漿結(jié)束后不待凝即可進(jìn)行下段的鉆灌工作。

③灌漿漿液的濃度遵循由稀到濃的原則逐級(jí)改變 ,漿液水灰比采用 0.8∶1、0.5∶1兩個(gè)比級(jí) (重量比 ),開灌水灰比 0.8∶1。

④灌漿時(shí),灌漿壓力保持不變,吸漿量均勻減少時(shí)或當(dāng)吸漿不變、壓力均勻上升時(shí),灌漿工作應(yīng)當(dāng)持續(xù)下去,并不得改變水灰比。

⑤灌漿時(shí)某一水灰比漿液的灌入量已達(dá)到300L以上而灌漿壓力及吸漿量均無改變或改變不明顯時(shí),應(yīng)改濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

⑥灌漿時(shí),改變漿液水灰比后,灌漿壓力突增或突減,應(yīng)立即查明原因進(jìn)行處理。

⑦灌漿過程中,每隔 20～30min測(cè)定一次漿比并做記錄。若灌輸漿漿液超過初凝時(shí)間,應(yīng)立即廢棄漿液,并拌制新漿液。

⑧灌漿因故中斷,按下列原則處理:

a.中斷時(shí)間超過 30min應(yīng)立即設(shè)法沖洗鉆孔,如沖洗無效,應(yīng)在重新灌漿前進(jìn)行掃孔。

b.恢復(fù)灌漿時(shí)開始應(yīng)用最大水灰比的漿液灌注,如吸漿量與中斷前相似,即采用中斷前的水灰比;如吸漿量比中斷前減少較多,則漿液應(yīng)逐級(jí)加濃。

⑨固結(jié)灌漿在設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力下,灌漿段吸漿量不大于 1L/min,繼續(xù)灌漿 30min,灌漿工作即可結(jié)束。

⑩每孔灌漿工作完成后,必須及時(shí)做好封孔工作。封孔前應(yīng)將孔內(nèi)稀漿排除干凈,用 0.5∶1濃漿采用固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)最大允許壓力機(jī)械封孔,將孔封堵密實(shí)。

3 固結(jié)灌漿施工

索風(fēng)營水電站壩基及消力池固結(jié)灌漿是在有混凝土蓋重下灌注的。壩基固結(jié)灌漿于 2005年 7月全部完工,共完成固結(jié)灌漿孔 1432個(gè),檢查孔共 60個(gè),固結(jié)灌漿鉆孔總進(jìn)尺 18509.2m(含檢查孔),灌漿長度 12312.0m,純灌水泥 2626546.2kg,單位耗灰量 213.3.0kg/m;消力池固結(jié)灌漿于 2005年 5月竣工,共完成固結(jié)灌漿 878個(gè),檢查孔共 42個(gè),固結(jié)灌漿鉆孔總進(jìn)尺 7077.0m(含檢查孔),灌漿長度4481.9m,純灌水泥 482881.0 kg,單位耗灰量103.5kg/m。

為了保證技術(shù)要求及有關(guān)通知單的實(shí)施、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決施工中的問題,現(xiàn)場(chǎng)均安排施工技術(shù)人員和質(zhì)量檢查人員跟班實(shí)行管理,一旦發(fā)現(xiàn)問題,立即會(huì)同有關(guān)部門現(xiàn)場(chǎng)研究解決。每個(gè)單元最后一孔完工后,由監(jiān)理部門確定檢查孔孔位,施工單位在接到檢查孔布孔通知并在本部位灌漿完成 3天后,立即組織檢查孔的施工。檢查孔壓水時(shí)有質(zhì)檢、監(jiān)理人員旁站監(jiān)督,檢查孔巖芯均裝箱、編號(hào)、照相、素描。單元工程經(jīng)質(zhì)量檢查孔壓水確定滿足設(shè)計(jì)要求后,施工單位將各種原始資料、成果分析資料送質(zhì)檢、監(jiān)理部門進(jìn)行工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定。

4 灌漿效果分析

4.1 固結(jié)灌漿效果對(duì)比

(1)隨著孔序的增加,單位耗灰量則逐漸遞減(見表2)。

表2 壩基及消力池固結(jié)灌漿分序統(tǒng)計(jì)

壩基固結(jié)灌漿注入水泥 1244941.0kg,平均單位耗灰量 193.2kg/m,其中Ⅰ序孔單位耗灰量266.6kg/m,Ⅱ序孔單位耗灰量 114.9kg/m,Ⅱ序孔較Ⅰ序孔遞減了 43.1%;檢查孔單位耗灰量11.7kg/m,單位灌入量為Ⅱ序孔的 10.2%,遞減幅度為 89.8%。

右岸馬道固結(jié)灌漿注入了水泥 605092.6kg,平均單位耗灰量 207.9kg/m,其中Ⅰ序孔單位耗灰量240.9kg/m,Ⅱ序孔單位耗灰量 167.7kg/m,序間遞減 30.4%;檢查孔平均單位耗灰量 5.5kg/m,單位灌入量為Ⅱ序孔的 3.3%,遞減幅度為 96.7%。

左岸馬道固結(jié)灌漿注入了水泥 776512.6kg,平均單位耗灰量 264.6kg/m,其中Ⅰ序孔單位耗灰量279.7kg/m,Ⅱ序孔單位耗灰量 243.2kg/m,序間遞減 13%;檢查孔平均單位耗灰量 7.1kg/m,單位灌入量為Ⅱ序孔的 2.9%,遞減幅度為 97.1%。

消力池固結(jié)灌漿注入了水泥 482881.0kg,平均單位耗灰量 107.9kg/m,其中Ⅰ序孔單位耗灰量179.1kg/m,Ⅱ序孔單位耗灰量 39.1kg/m,遞減了78.2%,檢查孔平均單位耗灰量 1.7kg/m。

(2)隨著孔序增加,單位耗灰量區(qū)間段頻變化明顯(見表3)。

表3 壩基及消力池固結(jié)灌漿單位耗灰量統(tǒng)計(jì) kg/m

如:單位耗灰量 c≤10kg/m的頻率,壩基固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 18.0%提高到Ⅱ序孔的31.0%;右岸馬道固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 15.9%提高到Ⅱ序孔的 25.4%;左岸馬道固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 13.8%提高到Ⅱ序孔的 17.6%;消力池固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 8.7%提高到Ⅱ序孔的33.4%。單位耗灰量 c≥1000kg/m的頻率,壩基固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 7.2%降低到Ⅱ序孔的2.4%;右岸馬道固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 2.8%降低到Ⅱ序孔的 0.9%;左岸馬道固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 3.8%降低到Ⅱ序孔的 2%;消力池固結(jié)灌漿段頻由Ⅰ序孔的 14.9%降低到Ⅱ序孔的 3.9%。

4.2 檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析

壩基、消力池固結(jié)灌漿共完成檢查孔 102個(gè),壓水試驗(yàn) 169段,壓水總段長 819.9m。設(shè)計(jì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):壩基及消力池固結(jié)灌漿 ω值均不大于 5Lu。壓水檢查有 1個(gè)孔段透水率大于 5Lu,但未超過設(shè)計(jì)允許值的 50%,經(jīng)補(bǔ)灌處理后合格。其余 168段壓水均小于 5Lu,合格率為100%。詳見壩基及消力池固結(jié)灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)表4。檢查孔巖芯采取率均大于 90%。從取芯結(jié)果來看,幾乎所有的檢查孔均取出了水泥結(jié)石,且都是充填于近水平向或高傾角裂隙中,厚度 2～40mm不等,說明巖體的可灌性還是較好的。

表4 壩基及消力池固結(jié)灌漿檢查孔透水率/區(qū)間分布統(tǒng)計(jì) Lu

4.3 物探測(cè)試檢查

物探測(cè)試采用布置聲波檢測(cè)孔的方法,在灌漿前和灌漿結(jié)束后分別進(jìn)行。灌漿前物探測(cè)試工作完畢后,采用細(xì)砂對(duì)物探孔進(jìn)行回填,灌漿后在原孔進(jìn)行掃孔,沖洗干凈,再進(jìn)行灌后物探測(cè)試。聲波測(cè)試法采用一發(fā)一收跨孔測(cè)試,點(diǎn)距 20cm,通過測(cè)量聲波沿鉆孔井壁巖石的滑行波的傳播速度和振幅來了解地層巖性的變化及完整程度。灌漿前和灌漿后的測(cè)點(diǎn)重合。

根據(jù)灌漿前后物探測(cè)試情況,對(duì)灌漿前后聲波提高的最大值、最小值、平均值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

表5 固結(jié)灌漿前后聲波值提高率

5 施工質(zhì)量情況

5.1 固結(jié)灌漿鉆孔、灌漿質(zhì)量

固結(jié)灌漿鉆孔均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布孔,由測(cè)量人員放樣確定孔位,在施工過程中由質(zhì)檢人員檢測(cè)孔深、孔位。終孔后施工局質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師對(duì)孔深、孔位進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正。灌漿施工中對(duì)灌漿卡塞位置、灌漿壓力、漿液濃度、灌漿記錄、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、射漿管孔底距離等都進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和控制。經(jīng)質(zhì)檢人員與監(jiān)理工程師的共同監(jiān)督以及施工人員的精心施工,鉆孔、灌漿工藝均滿足了設(shè)計(jì)要求。

5.2 單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定

固結(jié)灌漿單元工程劃分以區(qū)、板塊、壩段為單元,每一個(gè)單元工程檢查孔合格后,施工單位的各種原始記錄、成果表、準(zhǔn)灌證等,經(jīng)施工局質(zhì)量管理部門確認(rèn)后,送監(jiān)理部門參加單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定。索風(fēng)營電站壩基固結(jié)灌漿單元工程質(zhì)量等級(jí)共評(píng)定了 22個(gè)單元,其中優(yōu)良單元 19個(gè),合格單元 3個(gè),數(shù)控優(yōu)良率 86.4%,合計(jì)工程量 16621.43m,優(yōu)良工程量 12614.33m,量控優(yōu)良率 75.9%;消力池固結(jié)灌漿單元工程質(zhì)量等級(jí)共評(píng)定 4個(gè)單元,其中優(yōu)良單元 3個(gè),合格單元 1個(gè),數(shù)控優(yōu)良率 75%,合計(jì)工程量 6786.1m,優(yōu)良工程量 5075.9m,量控優(yōu)良率 74.8%。見表6。

表6 單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定統(tǒng)計(jì)

6 固結(jié)灌漿質(zhì)量評(píng)價(jià)

索風(fēng)營水電站壩基及消力池的固結(jié)灌漿,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求及有關(guān)通知施工,鉆孔灌漿、壓水試驗(yàn)各項(xiàng)工序均在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、質(zhì)檢人員控制下嚴(yán)格按規(guī)范要求完成,各項(xiàng)原始資料、成果資料齊全,每一個(gè)單元工程施工完畢后均及時(shí)進(jìn)行了單元工程質(zhì)量評(píng)定,質(zhì)量檢查孔的壓水合格率 100%。從灌漿單耗的遞減及灌后波速提高情況看,各部位的固結(jié)灌漿符合一般灌漿規(guī)律,灌漿效果明顯,提高了巖體的完整性。