金沙江溪洛渡水利樞紐二道壩壩基固結(jié)灌漿技術(shù)

張明磊 ，張家托

（1.河北工程大學，河北 邯鄲 056038；2.中國水利水電十三工程局有限公司，天津 西青區(qū) 300000；3.武漢大學，湖北 武漢 430072；4.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 611130）

1 工程概況

溪洛渡水利樞紐位于四川云南交界的金沙江峽谷段，洪水流量大，設(shè)計洪水洪峰流量43 700 m3／s，總泄洪功率高達100 000 MW，位居世界之首。電站攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.50 m。按照“分散泄洪、分區(qū)消能”的布置原則，樞紐泄洪設(shè)施由壩身7個表孔、8個深孔和左右岸各2條泄洪洞組成。壩身最大泄洪流量為32 278 m3／s，約占總泄洪流量的66%。壩身孔口采用“分層出流、空中碰撞”的布置形式，壩后設(shè)水墊塘和二道壩消能。

水墊塘末端設(shè)置的二道壩為重力壩，壩頂高程386.00 m，基礎(chǔ)高程334.00 m，最大壩高52.0 m，壩上游373.40 m高程以下坡度為1∶0.5，下游坡度為1∶0.8，壩頂寬4.36 m。二道壩分為8個壩段，壩段頂長21.0～23.5 m，壩段最大長度59.08 m。

二道壩建基面主要位于弱風化下端、弱卸荷的Ⅲ1及巖體上，壩基巖體由4層下部含斑玄武巖組成，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，中等透水為主。由于基巖裂縫發(fā)育，巖體較破碎，對地基進行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿孔呈梅花形布置，原設(shè)計孔間排距為3 m×3 m，孔深為入巖5 m，灌漿壓力為0.4 MPa。后來，根據(jù)現(xiàn)場固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗結(jié)果，將固結(jié)灌漿孔間排距調(diào)整為2.5 m×2.5 m。二道壩固結(jié)灌漿完成主要工程量如表1所示。

2 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿主要技術(shù)要求[1]

（1）在進行灌漿作業(yè)前，應結(jié)合現(xiàn)場情況進行生產(chǎn)性灌漿試驗，并對試驗效果作出評價，以便調(diào)整和改進灌漿設(shè)計和施工工藝。灌漿試驗的地點應具有代表性。當在工程建設(shè)部位進行試驗時，不得采取對工程可能產(chǎn)生不良后果的試驗方法。

表1 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿完成鉆孔工程量Table 1 Drill work of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

（2）固結(jié)灌漿主要在無混凝土蓋重的條件下進行，局部采取有混凝土蓋重的條件進行施工。

（3）用于固結(jié)灌漿的普通硅酸鹽水泥強度等級不應低于42.5，水泥細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%。

（4）孔深不得低于設(shè)計孔深，固結(jié)灌漿終孔孔徑應不小于48 mm。

（5）有混凝土蓋重的固結(jié)灌漿孔的開孔孔位嚴格按坐標精確定位，其與設(shè)計孔位的偏差不得大于5 cm；無混凝土蓋重的固結(jié)灌漿孔的開孔孔位與設(shè)計孔位的偏差值不得大于20 cm。因故變更孔位，應征得監(jiān)理人同意，并記錄實際孔位。固結(jié)灌漿孔孔底偏差應不大于0.50 m。

（6）連通率不大的層內(nèi)錯動帶、裂隙沖洗時，首先采用高壓水連續(xù)沖洗5～10 min，再將孔口壓力在極短時間內(nèi)突然降到零，形成反向脈沖流；當回水由混變清后，再升到原來的沖洗壓力，持續(xù)5～10 min后，再次突然降到零。如此一升一降，一壓一放，反復沖洗，直至回水潔凈后，再延續(xù)10 min。也可以采用壓力風沖洗、風水輪換沖洗的方法進行裂隙沖洗。

（7）沖洗壓力應嚴格控制，不使混凝土被抬動。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力。當灌漿壓力超過1 MPa時，采用1 MPa；沖洗風壓采用灌漿壓力的50%，當灌漿壓力超過0.5 MPa時，采用0.5 MPa。

（8）裂隙沖洗總的時間要求為：單孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。

（9）壓水試驗應在裂隙沖洗后進行。固結(jié)灌漿灌前選取5%的鉆孔、灌后要按總孔數(shù)的5%進行檢查，均進行“單點法”壓水試驗；固結(jié)灌漿各孔段均進行“簡易壓水”。

（10）普通水泥漿液采用 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1（重量比）4 個比級，細水泥漿液采用 1∶1、0.8∶1、0.5∶1（重量比）3個比級。根據(jù)灌漿試驗成果，亦可采用監(jiān)理人批準的其他水灰比施灌。灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。

（11）以混凝土或巖石面不抬動為原則，初步確定基巖抬動變形允許值為200 μm，混凝土抬動變形允許值為100 μm。在施工過程中，可根據(jù)最新地質(zhì)情況進行調(diào)整，但應記錄引起調(diào)整的因素及其基本資料，并報請監(jiān)理批準。固結(jié)灌漿壓力設(shè)計參考值：無蓋重固結(jié)灌漿壓力為0.3～0.5 MPa，有蓋重固結(jié)灌漿壓力為 0.4～0.7 MPa。

3 固結(jié)灌漿施工

3．1 施工工藝流程

3．1．1 固結(jié)灌漿總體施工工藝流程

固結(jié)灌漿總體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿施工流程圖Fig.1 Consolidation grouting construction flow of Xilouodu auxiliary weir

3．1．2 灌漿孔單孔施工工藝流程

本次固結(jié)灌漿孔孔深相對較淺，采用全孔一次成孔一次灌漿（無蓋重）的施工方法。具體施工工藝流程為：鉆機對中調(diào)平固定→鉆出全孔→終孔驗收合格→阻塞沖洗、壓水、灌漿→封孔 →二次回填。

3．2 固結(jié)灌漿施工方法[2]

3.2.1 鉆孔

采用XY-2型地質(zhì)鉆和100B型潛孔鉆鉆孔，孔徑為56～76 mm。所有鉆孔應按設(shè)計圖紙統(tǒng)一編號、放點，按照技術(shù)要求和規(guī)范控制開孔位、孔深、孔斜等。如遇施工埋件、監(jiān)測儀器，經(jīng)監(jiān)理工程師同意后，可調(diào)整避讓。做好鉆孔記錄，尤其是對終孔位于斷層帶、結(jié)構(gòu)面時（如有），應詳細記錄。

3.2.2 鉆孔和裂隙沖洗

鉆孔驗收合格后，進行鉆孔及裂隙沖洗。裂隙沖洗方式及結(jié)束標準按照主要技術(shù)要求的第 （6）、（8）款執(zhí)行。當鄰近的灌漿孔正在灌漿或灌漿結(jié)束不足24 h時，不得進行裂隙沖洗。同一孔段裂隙沖洗后，應及時進行下一工序施工。因故中斷間隔超過24 h的，應重新進行裂隙沖洗。

3.2.3 孔內(nèi)壓水試驗

壓水試驗應在鉆孔沖洗后24 h內(nèi)進行。灌漿前，選5%的鉆孔（先導孔）進行“單點法”壓水試驗?！皢吸c法”壓水試驗的最大壓力按0.3 MPa控制，采用全孔段封閉純壓式壓水施工工藝。一般灌漿孔段進行“簡易壓水”試驗。簡易壓水試驗的壓力為灌漿壓力的80%，即0.3 MPa。

3.2.4 灌漿工藝

固結(jié)灌漿采用分序加密，孔內(nèi)循環(huán)的施工工藝。

（1）灌漿參數(shù)。灌漿參數(shù)按照生產(chǎn)性試驗成果確定的參數(shù)及工藝確定。

（2）灌注方式。一般采用單孔灌注，也可采用并聯(lián)灌注，但每組并聯(lián)孔數(shù)不宜超過3孔，不得采用串聯(lián)灌注。壓水后，因故中斷間隔超過24 h未進行灌漿，灌前應重新進行裂隙沖洗、壓水試驗。灌漿結(jié)束待加深或鉆孔結(jié)束待灌漿時，灌漿孔孔口應妥善保護，嚴防污水，污物流入孔內(nèi)。

（3）固結(jié)灌漿阻塞。采用無蓋重一次成孔全孔灌漿方式時，阻塞應在孔口以下50 cm以內(nèi)；若阻塞不住時，則可適當向上或向下移動阻塞器。各孔段射漿管在阻塞器移動后距孔底不應大于0.5 m，否則應重新配置射漿管。

（4）灌漿壓力。固結(jié)灌漿壓力按0.4 MPa控制。灌漿時，應盡快達到設(shè)計壓力，對于灌漿過程中注入量較大的孔段，可采用分級升壓或間歇升壓法使灌漿壓力與注入率相適應。實施時，采用以壓水試驗壓力為基礎(chǔ)，按每0.05MPa為一級，逐級升壓至設(shè)計壓力，分級升壓力時每級壓力的純灌時間不少于15min。灌漿壓力以壓力表控制為主和記錄儀壓力控制為輔，壓力表讀數(shù)采用以中值為準。資料分析整理時注意壓力表高程與孔口高程之間漿柱壓力的換算。對于串通孔或多孔并聯(lián)灌漿時，應嚴格控制灌漿壓力，同時應加強抬動監(jiān)測，防止基巖發(fā)生抬動破壞。

（5）漿液水灰比及變漿標準。根據(jù)灌漿生產(chǎn)性試驗及施工技術(shù)要求，漿液水灰比采用 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級，開灌水灰比為2∶1。灌漿過程中，變換漿比以測定的回漿管的漿比為準；變漿標準及灌漿結(jié)束標準按照施工技術(shù)要求及 《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL／T 5148-2012）執(zhí)行。

3.2.5 封孔

全孔灌漿結(jié)束后，即可進行封孔。封孔采用“全孔灌漿封孔法”或“導管注漿封孔法”，漿液水灰比采用0.5∶1的濃漿。待凝24 h后，應清除孔內(nèi)污水、浮漿，并用干硬性水泥沙漿封填灌漿孔。單元固結(jié)灌漿完工后，對其他各類鉆孔，如抬動觀測孔、物探測試孔等均需按要求進行封孔。

3.2.6 特殊事故的處理

（1）灌漿過程中，有地表冒（漏）漿情況，據(jù)冒（漏）漿量的大小，可采用下述方法處理：如冒（漏）漿量較小，可不作專門處理，按正常灌漿方法灌注結(jié)束；如冒（漏）漿量較大，一般可采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法處理，必要時應采取嵌縫、地表封堵方法處理。

（2）在鉆孔穿過斷裂構(gòu)造發(fā)育帶，發(fā)生塌孔、掉塊或集中滲漏時，應立即停鉆，查明原因，采取縮短段長進行灌漿處理。

（3）鉆孔過程中，當發(fā)現(xiàn)與灌漿孔串通時，應立即停鉆封堵，查明串通部位和串通量。灌漿結(jié)束后，對原鉆進孔重新掃孔。

（4）灌漿過程中，灌漿壓力或注入量突然改變較大時，應立即查明原因，并采取相應的處理措施。

（5）在固結(jié)灌漿施工時，對孔口有涌水的孔段，應記錄灌漿前的涌水壓力和涌水量，并做出相應處理。

（6）灌漿工作應連續(xù)進行。因故中斷，應盡早恢復灌漿?；謴凸酀{時，如注入率與中斷前相近，可用中斷前水灰比的漿液灌注；如注入率比中斷前減少很多，且在短時間內(nèi)停止吸漿，與監(jiān)理工程師共同研究處理措施。

4 固結(jié)灌漿效果分析

4．1 灌前壓水透水率分析

二道壩固結(jié)灌漿灌前壓水透水率分析如表2所示。

表2中，二道壩1#～8#壩段固結(jié)灌漿累計完成1 502個孔，壓水檢查1 532段，平均透水率73.90 Lu。透水率＞10 Lu的孔段占55%，壩基開挖后卸荷松弛嚴重（因工期及地質(zhì)原因，未實施水平預裂爆破），裂隙連通率高。由此可以看出，隨著孔序的加密，二道壩固結(jié)灌漿各序孔簡易壓水透水率呈遞減的趨勢，符合灌漿的一般規(guī)律。

4．2 單位注漿量分析

根據(jù)灌漿成果資料，將二道壩固結(jié)灌漿單位注入量分序統(tǒng)計列于表3。

表3中，二道壩1#～8#壩段固結(jié)灌漿累計完成1 533段，1 502個孔，平均單位注入量135.55 kg／m。單位注入量＞10 kg／m的孔段占48%，壩基開挖后卸荷松弛嚴重，裂隙連通率高，可灌性較好。由此可以看出，隨著孔序的加密，二道壩固結(jié)灌漿各序孔單位注入量遞減趨勢明顯，總體符合灌漿的一般規(guī)律。

5 施工質(zhì)量檢查及評價

5．1 物探測試（聲波）檢查及評價

物探測試采用布置聲波檢測孔的方法進行，即在灌漿前后，結(jié)合先導孔和其他質(zhì)量檢查孔布設(shè)聲波檢測孔。檢測結(jié)果如表4所示。

經(jīng)對原始資料進行復查，二道壩6#壩段斜坡區(qū)域JC-10號檢查孔平均聲波值小于4 000 m／s（其余檢查孔聲波值滿足設(shè)計要求）。根據(jù)孔內(nèi)成像及對聲波曲線圖分析認為，該地段地質(zhì)存在泥質(zhì)夾層，可灌性差。鑒于二道壩6#壩段13個檢查孔的平均聲波值為4 839 m／s，單孔聲波值合格率為92.31%，滿足設(shè)計要求。二道壩7#壩段總共布了10個灌前物探孔，其中有5個在高程341.0 m平臺上面，做物探時，EDB7-P01～EDB7-P05孔內(nèi)巖體卸荷松弛嚴重，孔內(nèi)無法注滿水，故灌前EDB7-P01～EDB7-P05未做孔內(nèi)聲波檢測，所以無數(shù)據(jù)。EDB7-P06～EDB7-P10灌前聲波平均值為3423.4 m／s。7#壩段前期共布設(shè)12個檢查孔，其中EDB7-JC06、EDB7-JC08、EDB7-JC10 3個孔聲波速度平均值小于4 000 m／s。之后，又對7#壩段進行了加密補強灌漿，重新布設(shè)2組對穿聲波檢查孔，其波速平均值均大于4 000 m／s，較灌前平均波速的提高率為30.81%。該單元單孔合格率為91.7%，單元工程平均波速大于4 200 m／s滿足設(shè)計要求。

表2 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿前壓水透水率分析表Table 2 Pressurized-water permeable rate analysis before Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

表3 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿單位注漿量分析表Table 3 Unit injection rate analysis of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

表4 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿前、后聲波值統(tǒng)計表Table 4 Sound wave statistics before and after Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

經(jīng)過上述分析，灌后檢查孔單孔聲波滿足設(shè)計要求（平均值大于4000m／s，合格率應≥80%）。灌后聲波平均值較灌前平均波速值均有提高，壩段內(nèi)所有檢查孔聲波平均值應大于4200m／s，滿足設(shè)計要求。

5．2 壓水質(zhì)量檢查成果

二道壩固結(jié)灌漿壓水試驗檢查成果綜合統(tǒng)計如表5所示。

表5 溪洛渡二道壩固結(jié)灌漿壓水試驗檢查成果綜合統(tǒng)計表Table 5 Pressurized-water test check result statistics of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

查閱相關(guān)記錄資料，5#壩段壓水檢查時，上游齒槽邊上的檢查孔超出設(shè)計要求的150%。這是由于該檢查孔周圍的灌漿孔灌漿時，上游齒槽還未澆筑，為臨空面。出現(xiàn)漏漿時，采用待凝處理方法。在壓水過程中，壓力水從這些沒有充填的裂隙通道流走，故壓水透水率較大，后進行了補強灌漿處理，并增補8個質(zhì)量檢查孔對補強效果進行檢查，全部合格。由于不合格孔作為后續(xù)補強灌漿孔，且補強灌漿后，檢查合格，故原不合格段壓水成果數(shù)據(jù)不作統(tǒng)計。綜合上述，二道壩壩基基礎(chǔ)固結(jié)灌漿滿足設(shè)計要求。

5．3 灌后其他質(zhì)量檢查成果

（1）鉆孔取芯。灌漿施工完成后，根據(jù)灌漿成果和設(shè)計人員提出的要求，布置檢查孔。檢查孔應進行取芯。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。這說明，巖體的可灌漿性能比較好。

（2）孔內(nèi)電視成像。應用孔內(nèi)全景式電視成像系統(tǒng)對取芯后的孔進行攝像，其成果與其他檢查成果無異常。

5．4 施工質(zhì)量評價[3~4]

二道壩壩基基礎(chǔ)固結(jié)灌漿工程共8個單元。根據(jù) 《水利水電工程單元工程質(zhì)量驗收評定標準—地基處理與基礎(chǔ)工程》（SL 633-2012）評定：合格單元8個，優(yōu)良單元8個，優(yōu)良率100%。 本工程施工質(zhì)量滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，根據(jù)《水利水電工程施工質(zhì)量評定規(guī)程》（SL 176-2007），等級評定為優(yōu)良。

6 結(jié)語

溪洛渡水利樞紐二道壩壩基無蓋重固結(jié)灌漿嚴格按照設(shè)計要求和規(guī)范施工，鉆孔灌漿、壓水試驗各項工序嚴格執(zhí)行“三檢一驗”制，單元工程施工完畢后，及時進行了單元工程質(zhì)量評定，均滿足設(shè)計要求。從灌漿分序單位注入明顯遞減、灌后聲波波速均有提高和巖體透水性明顯降低看，各單元固結(jié)灌漿均符合一般灌漿規(guī)律，灌漿效果明顯。從后期其他施工及工程運行情況看，巖體均一性和整體性得到改善，進而反應設(shè)計參數(shù)總體合理，施工工藝可行。

［1］DL／T 5148-2012，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］夏可風．水工建筑物水泥灌漿與邊坡支護技術(shù)［M］．北京:中國水利水電出版社，2007:260-320．

［3］SL 633-2012，水利水電工程單元工程質(zhì)量驗收評定標準—地基處理與基礎(chǔ)工程［S］．

［4］SL 176-2007，水利水電工程施工質(zhì)量評定規(guī)程［S］．