兩河口水電站慶大河攔水壩帷幕灌漿試驗(yàn)

黃 輝，施召云，葉秋強(qiáng)

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司兩河口建設(shè)管理局，四川雅江 627450）

1 概 況

1.1 工程概述

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游梯級(jí)電站的“龍頭水庫(kù)”，壩址位于鮮水河河口以下約1.8 km河段上，控制流域面積約65 599 km2，壩址處多年平均流量670 m3/s，水庫(kù)正常蓄水位2 865.0 m，相應(yīng)庫(kù)容101.54億m3，死水位2 785.00 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容65.6億m3，水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量300萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量113.68億kW·h。

慶大河溝水處理工程擋水壩壩頂高程2 684.00 m，最大壩高約54.40m。壩頂寬10.00 m，壩頂軸線長(zhǎng)約148.35 m，上游邊坡為 1∶2.5，下游邊坡為1∶2.5。攔水壩兩岸地層為T3xd新都橋組砂質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖，層面產(chǎn)狀N55°W/NE∠70°，岸坡淺表層巖體大部分為弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷帶，壩體防滲采用土工膜心墻、壩基混凝土防滲墻及壩基、壩肩帷幕灌漿體系進(jìn)行。此工程設(shè)計(jì)采用單排帷幕對(duì)壩體基巖進(jìn)行防滲處理。

1.2 攔水壩帷幕灌漿目的

根據(jù)設(shè)計(jì)下發(fā)的灌漿試驗(yàn)技術(shù)要求及相關(guān)參數(shù)，選擇合理的施工程序，良好的施工工藝、合宜的灌漿材料和最優(yōu)的漿液配合比，確定滿足壩基帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的鉆孔沖洗、灌漿材料、灌漿孔及灌漿參數(shù)（孔距、排距、防滲帷幕厚度等）、施工工藝（包括灌漿壓力、注漿率、漿液濃度等）等技術(shù)參數(shù)和數(shù)據(jù)，使帷幕灌漿設(shè)計(jì)和施工更符合實(shí)際情況，灌漿孔布置更為合理。

1.3 試驗(yàn)區(qū)選擇及孔位布置

灌漿試驗(yàn)段布置在右岸壩坡碴場(chǎng)臨時(shí)道路以下已澆筑蓋板上，試驗(yàn)段內(nèi)沿壩軸線布置1排試驗(yàn)孔，共5個(gè)試驗(yàn)孔，其中2個(gè)I序孔、1個(gè)II序孔、2個(gè)III序孔，試驗(yàn)孔間距2 m。其中2個(gè)I序孔作為先導(dǎo)孔，利用先導(dǎo)孔鉆孔取芯對(duì)基巖地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)勘，先導(dǎo)孔孔深按50m控制，其它灌漿孔按照灌前巖體透水率小于0.1 L/(min·m·m)即可終孔的原則進(jìn)行。具體見(jiàn)圖1。

圖1 帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)孔位布置圖

1.4 帷幕灌漿試驗(yàn)需解決的難題

1）因該攔水壩壩基巖體防滲僅設(shè)置為單排帷幕，故各單孔帷幕灌漿孔斜控制要求極高，如孔斜控制不滿足要求，施工完成后無(wú)法形成連續(xù)整體帷幕線，攔水壩蓄水期將會(huì)出現(xiàn)“漏點(diǎn)”，嚴(yán)重影響兩河口電站主體大壩基坑施工，為此試驗(yàn)過(guò)程中必須制定可行的孔斜控制工藝及措施。

2）因帷幕灌漿孔布置在攔水壩蓋板混凝土壩軸線位置，岸坡淺表層巖體大部分為弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷帶，灌漿施工過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)在蓋板混凝土周邊位置壩體漏、冒漿及大耗漿情況，為此試驗(yàn)過(guò)程中必須采取可行、的控制措施以保證施工質(zhì)量及控制工程投資。

2 帷幕灌漿施工

2.1 抬動(dòng)觀測(cè)裝置安裝與基巖抬動(dòng)變形觀測(cè)

在灌漿試驗(yàn)區(qū)域的中部位置安設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置，在灌漿前安裝調(diào)試完畢。抬動(dòng)觀測(cè)孔采用φ75 mm金剛石鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆孔總孔深5.8 m，抬動(dòng)觀測(cè)裝置如圖2所示。抬動(dòng)變形觀測(cè)采用千分表測(cè)量，在灌漿過(guò)程中，抬動(dòng)值控制在0.1 mm以內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)變形值達(dá)到或超過(guò)0.1 mm，采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施進(jìn)行處理，避免破壞蓋板混凝土。

圖2 抬動(dòng)觀測(cè)裝置示意圖

說(shuō)明：1.圖中單位為cm。2.千分表距灌漿孔的距離由灌漿混凝土影響的范圍確定。

2.2 帷幕灌漿方式方法

帷幕灌漿采用“孔內(nèi)循環(huán)、孔口封閉、自上而下、分段灌漿”法進(jìn)行灌漿施工，在孔口段灌漿完成后埋設(shè)孔口管，而后自上而下分段鉆進(jìn)，其下各段安設(shè)孔口封閉器進(jìn)行分段灌漿，如此循環(huán)鉆灌直至結(jié)束。

2.3 測(cè)放孔位

嚴(yán)格按照孔位布置圖布置孔位，孔位偏差不大于10 cm，在所測(cè)放孔位處設(shè)置明顯標(biāo)記。

2.4 灌漿孔分序

帷幕灌漿分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ序施工，灌漿孔分序布置見(jiàn)圖3。

圖3 灌漿孔分序布置圖

2.5 灌漿孔鉆灌段長(zhǎng)劃分

1）帷幕灌漿段長(zhǎng)劃分為：第一段2 m，第二段3 m、以下各段一般為5 m，終孔段段長(zhǎng)不大于6 m。在鉆灌過(guò)程中，可根據(jù)被灌巖石的裂隙發(fā)育程度、破碎情況、滲透性，結(jié)合鉆孔過(guò)程中巖性變化情況等因素經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)來(lái)調(diào)整鉆灌段長(zhǎng)。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求及確定的施工方案，試驗(yàn)單元中2個(gè)I序孔按照50 m進(jìn)行施工，其他灌漿孔按照以下原則進(jìn)行孔深控制：當(dāng)灌漿段灌前壓水試驗(yàn)透水率小于0.1 L/(min·m·m)，該孔段即為該孔終孔段，不再繼續(xù)進(jìn)行灌漿施工。

2.6 鉆孔

1）鉆孔方向。灌漿孔沿鉛垂方向進(jìn)行施工。

2）鉆孔孔斜。鉆孔孔斜必須嚴(yán)格的控制，所有鉆孔都要進(jìn)行測(cè)斜。測(cè)斜使用KXP-1型測(cè)斜儀，為了控制鉆孔孔斜偏差，每段鉆孔完成后均應(yīng)進(jìn)行孔斜測(cè)量，鉆孔孔底最大允許偏差值要符合表1規(guī)定:

表1 最大允許偏差值

3）鉆孔方法。①帷幕灌漿先導(dǎo)孔（每單元1個(gè)Ⅰ序孔）、檢查孔采用φ75 mm金剛石單動(dòng)雙管鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；②帷幕灌漿孔采用φ75 mm金剛石單管鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔。

4）孔口管埋設(shè)?？卓诠苈裨O(shè)長(zhǎng)度為2.5 m，為避免混凝土抬動(dòng)，孔口管應(yīng)深入基巖0.5 m。因此，孔口管應(yīng)在第一段灌漿結(jié)束后進(jìn)行?？卓诠芏毋@孔結(jié)束后，將0.5∶1的純水泥漿液置于孔內(nèi)，然后將φ89 mm的孔口管下入到孔底，并導(dǎo)正孔口管?？卓诠苌隙伺c灌孔孔口平，上接孔口封閉器，孔口封閉器與孔口管采用絲扣連接。

5）鉆孔孔斜質(zhì)量保證措施。①開鉆前嚴(yán)格檢查鉆孔平臺(tái)的穩(wěn)定性，鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆孔平臺(tái)穩(wěn)定性進(jìn)行經(jīng)常性檢查，如果作業(yè)平臺(tái)不穩(wěn)，則必須停止鉆孔施工進(jìn)行加固處理。②鉆機(jī)與鉆孔平臺(tái)必須進(jìn)行平面接觸并固定牢固，嚴(yán)禁鉆機(jī)機(jī)臺(tái)底面與鉆孔平臺(tái)呈“間接點(diǎn)”接觸狀態(tài)。③加強(qiáng)鉆孔過(guò)程中的孔斜測(cè)量，每鉆孔完成一段后及時(shí)進(jìn)行孔斜測(cè)量。及時(shí)對(duì)偏差原因進(jìn)行分析，制定糾偏方案。④根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中采取的巖芯、孔內(nèi)返出巖粉顆粒及返水顏色對(duì)地層進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺，遇破碎巖體時(shí)減少?zèng)]回次鉆進(jìn)進(jìn)尺。⑤增長(zhǎng)巖芯管長(zhǎng)度。將原長(zhǎng)1.5 m的巖芯管加長(zhǎng)為3.5 m。⑥當(dāng)鉆進(jìn)過(guò)程中由硬巖體換層進(jìn)入軟巖體時(shí)，適當(dāng)降低泵量，增加轉(zhuǎn)速高速鉆進(jìn)，如果鉆速持續(xù)不降，適當(dāng)增加壓力，使巖心堵塞后，提取巖芯。

2.7 裂隙沖洗

所有孔段在灌漿或壓水前必須采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗有效壓力為該段灌漿壓力的80%，沖洗有效壓力大于1 MPa時(shí)，采用1 MPa，直至回水變清為止，經(jīng)沖洗后的孔底沉積厚度不超過(guò)20 cm。遇地質(zhì)情況特別復(fù)雜地段，鉆孔的沖洗手段應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由監(jiān)理工程師確定。

2.8 壓水試驗(yàn)

1）壓水試驗(yàn)方法選擇。先導(dǎo)孔采用“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)，其余各次序孔做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，檢查孔采用“五點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)。

2）單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。帷幕灌漿孔單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)按DL/T 5148-2001附錄A（灌漿工程壓水試驗(yàn)）執(zhí)行。

①壓水試驗(yàn)壓力值。帷幕灌漿孔單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)壓力值見(jiàn)表2。

表2 帷幕灌漿孔單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)壓力 MPa

②壓入流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。在穩(wěn)定的壓力下，每3～5 min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時(shí)，此階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值套入公式（1）進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果。

3）五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)

檢查孔五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)壓力值分別為0.3，0.6，1.0，0.6，0.3 MPa。五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)成果計(jì)算：以壓水試驗(yàn)三級(jí)壓力中最大壓力（P）及其相應(yīng)的壓入流量（Q）代入套入式（1）進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果。

4）簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)

簡(jiǎn)易壓水壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量。其成果以透水率表示，按下式計(jì)算。

式中：q——透水率，L/(min·m·m)；Q——壓入流量，L/min；P——作用在試段內(nèi)的全壓力，MPa；L——壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)度，m。

2.9 灌漿

1）灌漿材料。①水泥：采用峨塔牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為P.O42.5。水泥細(xì)度要求為通過(guò)80 m方孔篩的篩余量不大于5%。不使用受潮結(jié)塊的水泥，水泥不存放過(guò)久，出廠期超過(guò)2個(gè)月的水泥不使用。②水：符合拌制水工混凝土用水。水溫不得高于40℃。

2）灌漿主要設(shè)備、器具。①主要設(shè)備：XY-2鉆機(jī)，3SNS灌漿泵，高速攪拌機(jī)。②器具：孔口封閉器，射漿管，灌漿塞，高壓管路及接頭，壓力表等；灌漿自動(dòng)記錄儀。

2.10 灌漿壓力

1）灌漿壓力初擬為：第一段0.4 MPa，第二段0.6 MPa，第三段1.0 MPa，再以下各段2.0 MPa，實(shí)際灌漿壓力可根據(jù)地質(zhì)情況作適當(dāng)調(diào)整。

2）灌漿壓力與注入率控制。①當(dāng)?shù)貙游鼭{量較?。ㄗ⑷肼什淮笥?0 L/min）時(shí)，盡快將灌漿壓力升到規(guī)定值，在規(guī)定的灌漿壓力下灌注。②當(dāng)?shù)貙游鼭{量較大時(shí)，將灌漿壓力分為幾個(gè)階段，逐級(jí)升高到規(guī)定的壓力值，并嚴(yán)格控制升壓速度，升壓速度與注入率協(xié)調(diào)，見(jiàn)表3。灌漿開始，如果吸漿量大時(shí)，使用最低一級(jí)的壓力灌注，當(dāng)注入率減少到一定限度，則將壓力升高一級(jí)，如此進(jìn)行下去，直到在規(guī)定壓力下，灌至注入率減少到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可結(jié)束灌漿。

表3 灌漿壓力與注入率關(guān)系

③當(dāng)抬動(dòng)變形值超過(guò)規(guī)定值時(shí)，采取降低灌漿壓力或停止灌漿，并按指示進(jìn)行。

2.11 漿液比級(jí)

選用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1（0.5∶1）7 個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為5∶1（重量比級(jí)）。

2.12 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在該灌漿段最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min時(shí)，再繼續(xù)灌注60 min即可結(jié)束灌漿。

2.13 特殊情況處理

1）冒漿、漏漿

為了較少因冒、漏漿造成灌漿漿液浪費(fèi)而增大工程投資，在進(jìn)行壓水試驗(yàn)過(guò)程中如出現(xiàn)冒、漏水情況，直接采用W/C=0.5的濃漿進(jìn)行灌注，灌注過(guò)程中如出現(xiàn)冒、漏漿而采用嵌縫、表面封堵等方法后效果不佳時(shí)，直接進(jìn)行待凝處理，待凝8 h后掃孔進(jìn)行復(fù)灌。

2）大耗漿量孔段

①灌漿過(guò)程中如出現(xiàn)異常大耗漿量孔段，先對(duì)灌漿區(qū)域周邊進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在冒、漏漿情況，如存在，則采取以上方法進(jìn)行處理。

②當(dāng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)灌漿孔段出現(xiàn)無(wú)回水或回水很小情況時(shí)，直接采用W/C=0.5的濃漿進(jìn)行灌注，灌注采用限流方式進(jìn)行（控制流量在10～15 L/min），當(dāng)灌注單耗達(dá)到200 kg/m時(shí)灌漿壓力無(wú)上升、流量無(wú)減小趨勢(shì)時(shí)，采取待凝進(jìn)行處理，待凝8 h后掃孔進(jìn)行復(fù)灌。

③當(dāng)灌漿孔段進(jìn)行一次復(fù)灌后灌漿壓力和流量仍無(wú)變化時(shí)，在漿液中加入10%的細(xì)砂或加入一定的水玻璃、速凝劑進(jìn)行處理。

④當(dāng)進(jìn)行3次以上復(fù)灌后孔內(nèi)仍無(wú)余漿（即每次灌漿完成后漿液均通過(guò)大裂隙滲流至大壩防滲灌漿區(qū)域，灌漿孔段內(nèi)無(wú)漿液），則可以采取直接在孔口加入粗砂，利用水泥漿液攜帶對(duì)大裂隙進(jìn)行充填封堵（采用無(wú)壓力方式），待孔內(nèi)出現(xiàn)余漿后再掃孔按照灌漿壓力進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿施工。

2.14 封孔

灌漿孔灌漿結(jié)束后，采用全孔灌漿封孔法封孔。① 灌漿孔采用全孔灌漿封孔法封孔。② 待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，對(duì)鉆孔空余部位使用干硬性水泥砂漿封填密實(shí)。

2.15 灌漿工程質(zhì)量檢查

帷幕灌漿工程的質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，并結(jié)合對(duì)施工記錄、成果資料、取芯巖樣等資料的分析，進(jìn)行綜合評(píng)定。檢查孔壓水試驗(yàn)在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行，采用自上而下分段卡塞方式進(jìn)行壓水試驗(yàn)。該工程質(zhì)量檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為0.1 L/(min·m·m)。檢查孔檢查工作結(jié)束后，按技術(shù)要求進(jìn)行檢查孔灌漿和封孔。

3 結(jié)語(yǔ)

灌漿前試驗(yàn)單元灌漿孔各孔段平均透水率為0.348 L/(min·m·m)，灌漿完成后通過(guò)壓水試驗(yàn)檢查，攔水壩帷幕灌漿試驗(yàn)單元質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)平均為0.0255 L/(min·m·m)，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的合格標(biāo)準(zhǔn)（不大于0.1 L/(min·m·m)），其中最大孔壓水為 0.055 L/(min·m·m)，最小為0.014 L/(min·m·m)；灌漿完成后巖體透水率減小92.7%，灌漿效果非常明顯；采取孔斜控制措施后，試驗(yàn)單元5個(gè)孔平均孔底偏距為0.4 m，符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求，確保了灌漿帷幕線的連續(xù)整體性。采取冒、漏漿及大耗漿控制措施后，試驗(yàn)灌漿平均單耗為164.4 kg/m,很好地控制了工程投資，杜絕了漿液浪費(fèi)。由以上數(shù)據(jù)可知，此工程部位防滲帷幕灌漿在上述施工工藝、技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)控制下完全能滿足設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，灌漿質(zhì)量?jī)?yōu)良。通過(guò)此部位帷幕灌漿的工藝技術(shù)分析，可以積累一定的施工經(jīng)驗(yàn)，為后期攔水壩帷幕灌漿打好施工技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］楊世偉、李德勇.錦屏一級(jí)水電站壩基無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工工藝探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（8）.

［2］黃輝，蔣樂(lè)聚.錦屏一級(jí)水電站廠房防滲帷幕灌漿施工工藝［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008（5）.

［3］鄒剛.錦屏二級(jí)水電站隧洞無(wú)蓋重高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（5）.