重慶蹇家灣水電站壩基巖體固結(jié)灌漿效果分析

鄧 勇

(重慶市電力公司，重慶市 400014)

1 工程概況

重慶蹇家灣水電站工程位于重慶市城口縣漢江支流——任河上游河段，壩址及廠房均位于重慶市城口縣龍?zhí)镟l(xiāng)境內(nèi)，壩址上游距城口縣城約11 km，距下游在建的巴山水電站壩址約25 km，工程區(qū)有城口縣至巴山鎮(zhèn)的公路通過，交通較為便利。

蹇家灣水電站為單一發(fā)電工程，水庫為日調(diào)節(jié)，正常蓄水位高程716 m，電站總裝機(jī)容量2×13 MW。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201—94，蹇家灣水電站屬Ⅳ等小(1)型工程。蹇家灣水電站工程由攔河壩、引水系統(tǒng)及地面廠房樞紐組成，主要建筑物為4級建筑物。

攔河壩由擋、泄水建筑物和取水建筑物組成，擋、泄水建筑物包括碾壓混凝土重力壩、溢流閘孔。大壩基礎(chǔ)高程為669 m，壩頂高程719.5 m，最大壩高50.5 m，壩頂長96 m，正常水位高程716 m，水庫總庫容893萬m3。

區(qū)內(nèi)地層為元古界震旦系、古生界寒武系至中生界第四系。巖性以碎屑巖為主，間夾碳酸鹽類巖石。第四系為松散堆積層，主要分布溝谷及山坡，厚度一般小于20 m。由于壩基巖體較為破碎，承載力和抗?jié)B性能均較差，不能滿足規(guī)范對壩基巖體承載力和抗?jié)B性能的要求，為提高擋水建筑物基礎(chǔ)的承載能力，設(shè)計要求對攔河壩基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，固結(jié)灌漿孔按梅花形布置，孔深均為5 m，共57個。施工中分Ⅰ、Ⅱ序進(jìn)行，灌漿區(qū)分為A、B兩區(qū)。

2 灌漿施工及質(zhì)量控制

2.1 鉆孔與沖洗

蹇家灣水電站工程固結(jié)灌漿采用機(jī)械鉆孔，灌漿孔和檢查孔孔徑均為76 mm，孔深5 m。鉆孔遵循分序加密的原則進(jìn)行。鑒于鉆孔的質(zhì)量對灌漿效果的影響很大，首先要確?？咨?、孔向以及孔位符合設(shè)計要求;其次要力求孔徑上下均一、孔壁平順，以保證灌漿塞能夠卡牢，灌漿時不至于返漿;此外，還要求對鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖粉細(xì)屑要少，盡量避免因巖屑過多堵塞灌漿孔壁的縫隙而影響灌漿質(zhì)量。

鉆孔結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行沖洗，一是將殘存在鉆孔底和粘滯在孔壁的巖粉鐵屑等沖洗下來，二是沖洗掉巖層裂隙中的填充物以便為漿液騰出空間使?jié){液結(jié)石與基巖膠結(jié)成整體。該工程采用灌漿泵將水壓入孔內(nèi)的循環(huán)管路進(jìn)行沖洗。鉆孔沖洗時，將鉆桿下到孔底，從鉆桿通入壓力水進(jìn)行沖洗。沖洗時流量要大，要使孔內(nèi)回水的流速足以將殘留在孔內(nèi)的巖粉、鐵末沖出孔外，沖孔一定要到回水澄清5～10 min后結(jié)束。

2.2 灌漿施工

固結(jié)灌漿的漿液均采用3∶1;封口采用0.53∶1。灌漿壓力是控制灌漿質(zhì)量、提高灌漿效益的重要因素，按照不破壞基礎(chǔ)和壩體的前提下盡可能提高灌漿壓力的原則進(jìn)行確定。因?yàn)楣酀{壓力的提高可以使?jié){液更好的壓入空隙、增大漿液擴(kuò)散半徑，提高灌漿的密實(shí)度。結(jié)合該工程地質(zhì)條件，經(jīng)綜合考慮并參照類似工程，最終確定該灌漿壓力為0.5 MPa。灌漿壓力以回漿管壓力表平均讀數(shù)為準(zhǔn)。

灌漿結(jié)束的條件采用兩個指標(biāo)進(jìn)行控制:一是殘余吸漿量;另一個是閉漿時間，即在吸漿量不變的情況下保持設(shè)計規(guī)定壓力的延續(xù)時間。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，最終確定的灌漿結(jié)束條件為:在設(shè)計壓力下，灌漿段吸漿量不大于0.4 L/min后持續(xù)30 min灌漿結(jié)束。

灌漿結(jié)束后，必須做好封孔工作。封口前，將孔內(nèi)稀漿排除干凈后，用0.53∶1的濃漿采用固結(jié)灌漿設(shè)計的最大允許壓力機(jī)械封孔堵實(shí)。

2.3 灌漿效果檢測

在沖洗完成后、灌漿施工前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，用以測定地層的滲透特性，為灌漿提供基本的技術(shù)資料。試驗(yàn)時，在0.4 MPa壓力下，每隔5 min記錄一次流量讀數(shù)，直到流量穩(wěn)定30～60 min后，按以下公式計算透水率:

式中 q為透水率，單位:Lu;Q為單位時間內(nèi)試驗(yàn)段的注水總量，單位:L/min;P為作用于試驗(yàn)段內(nèi)的全壓力，單位:MPa;L為壓水試驗(yàn)段的長度，單位:m。

由于混凝土蓋比較薄，故灌漿施工中對巖層進(jìn)行了抬動監(jiān)測，在沖洗、壓水試驗(yàn)和灌漿的全過程中觀測記錄巖層的抬動值。由于所有操作均按施工要求進(jìn)行，故抬動值均為0。

在固結(jié)灌漿施工中，監(jiān)理工程師嚴(yán)格依據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》以及設(shè)計院的《灌漿施工技術(shù)要求》等規(guī)定對漿液灌注、封孔、檢查孔壓水試驗(yàn)等工序進(jìn)行質(zhì)量控制和檢查，并對控制灌漿作業(yè)進(jìn)行了全過程監(jiān)控，故效果較為滿意。由于基巖灌漿屬于隱蔽工程，故必須加強(qiáng)灌漿質(zhì)量的控制和檢查。為此，首先要做好原始記錄;其次，要在灌漿結(jié)束以后進(jìn)行專門的質(zhì)量檢查并做出科學(xué)合理的質(zhì)量評定。

灌漿質(zhì)量檢查采用壓水試驗(yàn)的方法，檢查在灌漿結(jié)束至少3 d后進(jìn)行。該工程根據(jù)檢查孔數(shù)不少于灌漿孔總數(shù)5%的規(guī)定布設(shè)了3個灌漿孔。參照類似工程，該工程質(zhì)量采用雙指標(biāo)控制，即以灌漿后壓水試驗(yàn)的透水率q值為主要控制指標(biāo)，以平均單位耗灰量作為第二控制指標(biāo)。若q值滿足設(shè)計要求，則檢查平均單位耗灰量是否小于設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)，如果兩項指標(biāo)均滿足要求則認(rèn)為合格。

3 灌漿成果及分析

3.1 壓水試驗(yàn)成果分析

為了評價壩基巖體固結(jié)灌漿的實(shí)施效果，采用壓水試驗(yàn)對固結(jié)灌漿巖體的抗?jié)B性能進(jìn)行了檢測。固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)成果見表1、2。

表1 攔河壩A區(qū)固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)成果表

表2 攔河壩B區(qū)固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)成果表

從表1和表2中可以看出，A區(qū)和B區(qū)通過Ⅰ序孔的灌漿施工后，Ⅱ序孔的平均透水率分別由Ⅰ序孔的6.83 Lu和5.21 Lu減少到4.4 Lu和1.9 Lu。說明經(jīng)Ⅰ序孔的灌漿后對壩基巖體的抗?jié)B性能在一定程度提高的基礎(chǔ)上再進(jìn)行Ⅱ序孔的灌漿，對壩基巖體的抗?jié)B性能有大幅度的提高。

根據(jù)Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔固結(jié)灌漿前壓水試驗(yàn)的成果，做出了Ⅰ、Ⅱ灌漿序孔的透水率累積頻率曲線，如圖1所示。從圖1中可以很明顯的發(fā)現(xiàn):在Ⅰ序孔灌前透水率主要集中在5～10 Lu與超過設(shè)計要求的5 Lu，而通過Ⅰ序孔的灌漿施工后，Ⅱ序孔的灌前透水率主要為1～4 Lu。說明Ⅰ序孔灌漿效果使透水率減小至3～4 Lu，灌漿效果明顯。

為檢查灌漿質(zhì)量該工程共布設(shè)了3個灌漿檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)。.壓水試驗(yàn)成果顯示，透水率為0.8 ～1.5 Lu，均小于設(shè)計的要求 5 Lu，合格率為100%。3個壩基巖體灌漿效果檢查孔的壓水試驗(yàn)成果如表3所示:

表3 固結(jié)灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果

圖1 壩基巖體灌漿效果壓水試驗(yàn)成果圖

3.2 單位注入量分析

固結(jié)灌漿分兩序施工，攔河壩A區(qū)和B區(qū)各序灌漿的單位注入量如表4、5所示。

根據(jù)表4和表5的灌漿單位注入量成果可以看出:A區(qū)和B區(qū)通過Ⅰ序孔的灌漿后，Ⅱ序孔的平均單位注入量分別由8.35和9.54減少到了6.8和5.77，說明Ⅰ序孔灌漿效果較明顯。灌漿過程各序的單位注入量如圖2所示。

表4 攔河壩A區(qū)固結(jié)灌漿單位注入量表

表5 攔河壩B區(qū)固結(jié)灌漿單位注入量表

圖2 灌漿單位注入量成果圖

根據(jù)Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔灌漿量的實(shí)際施工情況以及原始數(shù)據(jù)做出Ⅰ、Ⅱ序孔單位注漿量分析圖。從圖2中可以發(fā)現(xiàn):Ⅰ序孔的單位注漿量集中在5～11 kg/m，通過Ⅰ序孔的施工后Ⅱ序孔的單位注漿量主要集中在5～7 kg/m，減少量集中在3～4 kg/m，即單位注漿量隨孔序增加而減少，灌漿效果明顯。壩基巖體固結(jié)灌漿過程中，Ⅰ序孔的單位注入量相對較大，這是由于灌漿初期巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，持漿量較大，但隨著灌漿的不斷進(jìn)行，節(jié)理裂隙部分得到充填閉合，在進(jìn)行Ⅱ序孔灌漿時，單位注漿量比Ⅰ序孔有明顯的減小，說明Ⅰ序孔的灌漿質(zhì)量較好。經(jīng)過Ⅱ序孔的灌漿處理，壩基巖體質(zhì)量得到了明顯的改善。

4 結(jié)論

蹇家灣水電站攔河壩固結(jié)灌漿施工嚴(yán)格按照規(guī)程、規(guī)范和施工技術(shù)要求進(jìn)行，施工過程中實(shí)施了全面的質(zhì)量管理和施工單位自檢、質(zhì)安部門復(fù)檢以及監(jiān)理工程師抽檢，從而保證了該工程的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量施工。

經(jīng)對施工工藝檢查結(jié)果、檢查孔壓水試驗(yàn)成果和灌漿效果三方面成果綜合進(jìn)行分析得知，蹇家灣水電站壩基巖體固結(jié)灌漿工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

[1]鐘登華，袁光裕，胡志根.水利工程施工——第5版[M].北京:中國水利水電出版社，2009.

[2]水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范，DL/T5148－2001[S].