某水電站f18斷層水泥+化學(xué)漿液復(fù)合灌漿施工

貢建兵，李焰

（1.湖北清江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖北宜昌，443002；2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北宜昌，443002）

1 工程概況

某電站河床f18斷層出露于右岸壩基1605（壩趾）～1583 m（壩踵）高程，斷層面起伏粗糙、銹染，主要為淺灰～灰色厚～巨厚層條紋狀大理巖夾深灰色互層狀大理巖。破碎帶寬一般為5～30 cm，組成物質(zhì)：上游側(cè)主要為重膠結(jié)角礫巖，下游側(cè)主要為無(wú)膠結(jié)的片狀巖、碎裂巖，沿?cái)鄬用鏋?～50 mm厚的連續(xù)褐黃色或黑色斷層泥。影響帶同向裂隙密集發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，影響帶下盤(pán)為煌斑巖脈，下游側(cè)以弱風(fēng)化為主，上游側(cè)主要強(qiáng)風(fēng)化。

f18斷層貫穿壩基上下游，在河床上游與水庫(kù)聯(lián)系，且斷層及下盤(pán)煌斑巖脈巖體破碎、性狀差，在水庫(kù)運(yùn)行期長(zhǎng)期高壓水滲透作用下，可能發(fā)生逐漸軟化、泥化現(xiàn)象，形成滲漏通道，導(dǎo)致壩體局部開(kāi)裂。為了提高該斷層的抗?jié)B、抗變形能力，提高巖體的整體性與均質(zhì)性、巖體抗壓強(qiáng)度與彈性模量，以及減少巖體的變形與不均勻沉陷，需在斷層區(qū)域布置水泥+化學(xué)漿液灌漿孔進(jìn)行復(fù)合灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。至2011年12月，完成水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿工程量4703 m。

2 灌漿設(shè)計(jì)與漿材

復(fù)合灌漿孔設(shè)計(jì)采取矩形方式布置，矩形分為Ⅱ序排、排內(nèi)又分Ⅱ序施工方式，其排距為2 m，孔深分別為12 m、15 m、40 m、50 m等四種，如圖1。

化學(xué)灌漿材料根據(jù)設(shè)計(jì)要求及DL/T 5406-2010《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，其指標(biāo)按表1、表2要求選擇。

表1 環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料漿液性能Table 1 Properties of the epoxy grouting slurry

表2 環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料固化物性能Table 2 Properties of the solidification of the epoxy grouting

灌漿方法為兩種。即Ⅰ序排Ⅰ序孔全部采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法施工，其余孔序全部采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法施工。前者，各灌漿段當(dāng)透水率q≥1.0 Lu時(shí)，采用濕磨細(xì)水泥漿灌注至透水率q＜1.0 Lu；當(dāng)透水率q＜1.0 Lu時(shí)，采用化學(xué)漿液灌漿。化學(xué)灌漿結(jié)束時(shí)立即采用水泥漿液置換孔內(nèi)化學(xué)漿液，置換后水泥漿液需在孔內(nèi)作屏漿及閉漿處理，標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)回漿壓力表“歸零”時(shí)閉漿結(jié)束，最后，等水泥漿待漿到初凝時(shí)再掃孔進(jìn)行下一段鉆灌，如此反復(fù)。后者，當(dāng)灌漿段透水率q≥1.0 Lu時(shí)，立即進(jìn)行濕磨細(xì)水泥灌漿處理直至透水率q＜1.0 Lu；當(dāng)灌漿段透水率q＜1.0 Lu時(shí)，不灌漿繼續(xù)下一段鉆孔及壓水，當(dāng)全孔達(dá)設(shè)計(jì)孔深，再自孔底段向上分段進(jìn)行化學(xué)灌漿，各化學(xué)灌漿段結(jié)束亦要求屏漿和閉漿，閉漿標(biāo)準(zhǔn)同上，如此循環(huán)直到孔口段結(jié)束。

3 鉆孔、灌漿施工

3.1 鉆孔

采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法進(jìn)行施工時(shí)，使用XY-2和XY-2PC地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配?91金剛石鉆頭進(jìn)行孔口段鉆進(jìn)，待灌漿結(jié)束且孔口管安裝完成后，再變徑?76 mm孔徑進(jìn)行全孔一次鉆到設(shè)計(jì)孔深；采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法施工時(shí)，孔口段鉆進(jìn)與前者相同，孔口段以下各灌漿段則采用?56 mm孔徑分段鉆進(jìn)。

鉆孔過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行鉆孔施工，重點(diǎn)控制好鉆孔孔斜。

3.2 灌漿

3.2.1 漿液的配制

濕磨細(xì)水泥漿制備，先集中制備水灰比為W/C=0.5的普通水泥漿，再將普通水泥漿液通過(guò)三次水泥濕磨機(jī)濕磨，最后制備成濕磨細(xì)水泥漿。

化學(xué)漿液選用雙組分漿液，即A、B兩組，按A∶B=6∶1進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置。

圖1 復(fù)合灌漿孔布置圖Fig.1 Distribution of the grouting holes

3.2.2灌漿施工

無(wú)論何種方式方法灌漿，水泥灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)式，化學(xué)灌漿采取純壓式。其中特別要強(qiáng)調(diào)的是，在“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段鉆孔及灌漿施工過(guò)程中，當(dāng)透水率q≥1.0 Lu孔段進(jìn)行濕磨細(xì)水泥灌漿時(shí)，為避免化學(xué)灌漿時(shí)出現(xiàn)漿液繞塞現(xiàn)象，必須嚴(yán)格灌漿質(zhì)量。

采用“孔口封閉、自上而下分段”灌漿法施工和采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上、分段灌漿”法施工時(shí)，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 灌漿工藝流程圖Fig.2 Flow chart of grouting

以上工藝中，化學(xué)灌漿遵循“長(zhǎng)時(shí)間、慢速率、盡量達(dá)到一定注入量”的原則進(jìn)行，控制好灌漿壓力和注入率的協(xié)調(diào)關(guān)系。一般情況下注入率應(yīng)控制在0.05～0.1L/min.m之間。當(dāng)注入率≤0.05L/min.m時(shí)，適當(dāng)升高灌漿壓力，當(dāng)注入率≥0.1 L/min.m時(shí)，適當(dāng)降低灌漿壓力或控制注入量，提高與降低均以設(shè)計(jì)灌漿壓力值為參照。

3.2.3 施工過(guò)程中的特殊情況處理

滲水孔灌漿。先采取濕磨細(xì)水泥灌漿，并適當(dāng)提高灌漿壓力，進(jìn)行純壓式灌漿。漿液中添加一定量的速凝劑，屏漿30 min、閉漿24 h。待水泥漿液凝固后，再進(jìn)行掃孔、洗孔、壓水試驗(yàn)，在透水率小于1.0 Lu時(shí)，再進(jìn)行化學(xué)灌漿。

灌漿過(guò)程中的滑塞情況。①灌漿過(guò)程中，應(yīng)確保卡塞壓力足夠大；當(dāng)壓力略微減小時(shí)及時(shí)補(bǔ)充卡塞壓力（即補(bǔ)充手壓泵壓力）；②卡塞之前，首先檢查栓塞膠囊膨脹性能是否良好，對(duì)多次使用的栓塞要及時(shí)用丙酮進(jìn)行清洗，并用棉紗擦拭干凈，再放入孔內(nèi)卡塞；③多次卡塞失敗的孔段應(yīng)更換新的栓塞進(jìn)行卡塞。

繞塞觀察。灌漿過(guò)程中是否出現(xiàn)繞塞，現(xiàn)場(chǎng)觀察方法一為：將卡塞好的塞上部注滿(mǎn)水，在化學(xué)灌漿的全過(guò)程中隨時(shí)觀察孔口水位變化情況，若未灌漿壓力在不斷增大（直到達(dá)到設(shè)計(jì)壓力），灌漿注入率在持續(xù)減少，未發(fā)現(xiàn)孔口有水或化學(xué)漿液溢出，說(shuō)明沒(méi)有繞塞；方法二：采用風(fēng)管置于栓塞上端部，用壓風(fēng)方式持續(xù)吹孔，若無(wú)化學(xué)漿液流出，可以判斷沒(méi)有繞塞。

繞塞處理措施。灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)繞塞，立即停止灌漿并壓風(fēng)將栓塞上部的水和漿液吹出孔外，迅速提取栓塞進(jìn)行清洗，檢查栓塞完好性及膠囊性能，必要時(shí)更換栓塞。再根據(jù)實(shí)際情況增加或縮短段長(zhǎng)，再次卡塞，直到滿(mǎn)足灌漿卡塞要求時(shí)止。

灌注完成繼續(xù)灌注上段次時(shí)，松塞前先用風(fēng)管置入卡塞上端，壓風(fēng)將孔內(nèi)留水吹出孔外，再啟塞。

化學(xué)灌漿串漿處理。用濕磨細(xì)水泥漿液置換出孔內(nèi)的化學(xué)漿液，必要時(shí)在水泥漿中添加一定量的速凝劑，待水泥漿液凝固后，掃孔復(fù)灌化學(xué)漿液。

3.2.4 灌漿壓力

表3中的灌漿壓力，根據(jù)施工中期布置的檢查取芯發(fā)現(xiàn)，孔頂20 m范圍內(nèi)由于排內(nèi)鉆孔孔間距?。咨?0 m處孔間距為0.96～1.21 m），因此化學(xué)漿液在微小裂隙中充填密實(shí)、飽滿(mǎn)，灌漿效果明顯；隨著鉆孔深度的加大，孔底間距增為1.75～2.02 m，因此化學(xué)漿液充填裂隙不如孔頂20 m范圍。因而經(jīng)過(guò)專(zhuān)家意見(jiàn)，各孔段壓力在原基礎(chǔ)上增加0.5 MPa。

表3 濕磨細(xì)水泥漿及化學(xué)漿液灌漿壓力Table 3 Grouting pressure for the wet grinding fine cement slur?ry and chemical slurry

3.2.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

濕磨細(xì)水泥漿：采用“孔口封閉、自上而下”分段灌漿法時(shí)，灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min，繼續(xù)灌注60 min，可結(jié)束灌漿；采用“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法時(shí)，灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿。

化學(xué)漿液灌漿：在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注入率不大于0.01 L/min.m后持續(xù)灌漿4 h，可結(jié)束灌漿，且每一灌漿段的灌漿時(shí)間不得小于24 h（后期根據(jù)專(zhuān)家咨詢(xún)意見(jiàn)，全部延長(zhǎng)到48 h，待凝時(shí)間增加至36～40 h）。

3.2.6 封孔

采用自上而下灌漿法施工的鉆孔，采用0.5∶1水泥漿自下而上分段進(jìn)行純壓式灌漿封孔。分段長(zhǎng)20 m，封孔灌漿壓力為該灌漿段的最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時(shí)間不小于1 h。如孔內(nèi)水泥漿干縮，上部空腔長(zhǎng)度大于3 m時(shí)，采用同樣的方法進(jìn)行第二次封孔，小于3 m時(shí)，可使用干硬水泥砂漿人工封填搗實(shí)。

采用自下而上灌漿的鉆孔，孔口段灌漿結(jié)束后孔內(nèi)化學(xué)漿液不置換，立即采用該段設(shè)計(jì)灌漿壓力采用化學(xué)漿液進(jìn)行封孔，封孔灌漿持續(xù)時(shí)間不小于1 h?？卓诙位瘜W(xué)漿液凝固后，對(duì)鉆孔上部空隙使用干硬性水泥砂漿人工封填搗實(shí)。

表4 1單元各序孔灌前透水率頻率分布表Table 4 Distribution of the permeability of the grouting holes before grouting

表5 1單元各序孔化學(xué)灌漿單位注入率頻率表Table 5 Distribution of injection rates of the grouting holes in chemical grouting

4 灌漿結(jié)果分析

4.1 各次序孔灌漿孔透水頻率統(tǒng)計(jì)

灌漿分四個(gè)單元，以第一單元為例，見(jiàn)表4、表5，灌漿前后壓水透水率和單位注入率，呈Ⅰ序排Ⅰ序孔＞Ⅱ序排Ⅰ序孔＞Ⅰ序排Ⅱ序孔＞Ⅱ序排Ⅱ序孔分布，符合灌漿遞減規(guī)律。

4.2 灌后芯樣檢查孔及壓水試驗(yàn)

f18斷層共布置質(zhì)量檢查孔12個(gè)。透水率均在0～0.3 Lu之間，全部符合透水率≤1 Lu設(shè)計(jì)要求。從巖芯看，裂隙漿液充填飽滿(mǎn)，巖芯照片見(jiàn)圖3。

圖3 巖芯照片F(xiàn)ig.3 Pictures of the core

4.3 物探檢測(cè)

2011年8-12月，對(duì)斷層水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿進(jìn)行了灌前、中間及灌后物探檢測(cè)。灌前平均聲波波速約4400 m/s，灌后平均聲波波速約4700 m/s?；桶邘r脈灌后比灌前平均聲波波速提高7.0%；灌前平均聲波波速為3900 m/s，灌后平均聲波波速為5000 m/s。f18斷層灌后比灌前平均聲波波速提高5.0%；灌后巖體鉆孔平均變模值約為11.00～13.00GPa。

鉆孔全景圖像資料可見(jiàn)巖體裂隙發(fā)育，完整性較差，有水泥漿液充填和化學(xué)漿液痕跡。

5 結(jié)語(yǔ)

f18斷層水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿自2011年6月開(kāi)始，至2011年12月完成。通過(guò)壓水、物探檢測(cè)、取芯等方法檢查，整體力學(xué)性能較灌前明顯提高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求提高巖體抗?jié)B、抗變形，以及耐久性能的目的。以下經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程借鑒。

（1）“孔口封閉、自上而下分段”灌漿法主要優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，每段灌漿時(shí)均重復(fù)對(duì)上灌漿段進(jìn)行灌漿施工，以彌補(bǔ)灌漿過(guò)程中的局部灌漿缺陷。缺點(diǎn)是化學(xué)灌漿完成后，用水泥漿置換化學(xué)漿，浪費(fèi)大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、安全文明施工控制難，且重復(fù)掃孔工程量大，不利于施工進(jìn)度。

（2）“孔內(nèi)栓塞、自下而上”分段灌漿法施工主要優(yōu)點(diǎn)是，化學(xué)灌漿完成后不需要進(jìn)行漿液置換，施工工藝流程簡(jiǎn)單，不存在化學(xué)漿液的廢棄，節(jié)約工程投資，更有利于施工過(guò)程質(zhì)量控制；施工時(shí)不存在重復(fù)掃孔，有利于施工進(jìn)度控制。主要缺點(diǎn)有灌漿時(shí)可能出現(xiàn)漿液“繞塞”現(xiàn)象，不利于灌漿施工，灌漿過(guò)程中如出現(xiàn)孔內(nèi)事故，事故處理難度大。

（3）為降低同排內(nèi)Ⅱ序孔在壓水過(guò)程中可能會(huì)對(duì)Ⅰ序孔未初凝的化學(xué)漿液造成一定的破壞，有必要減少Ⅱ序孔壓水段次，具體施工可按照灌漿段次的5%控制?！?/p>