澤城西安水電站工程帷幕灌漿施工與質(zhì)量控制

劉艷明

（山西水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概況

山西省澤城西安水電站（二期）工程地處山西省晉中市左權(quán)縣境內(nèi)的清漳河干流上，是山西省首座混凝土面板堆石壩。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），工程等別為Ⅲ等，屬中型。主要建筑物大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞和發(fā)電引水洞為3級(jí)，其它次級(jí)建筑物為4級(jí)。樞紐工程主要由擋水壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、發(fā)電引水洞及水電站等建筑物組成。根據(jù)本工程的實(shí)際施工情況，文中詳細(xì)地闡述了帷幕灌漿施工與質(zhì)量控制。

2 工程地質(zhì)

2.1 壩基滲漏

壩基地層巖性主要為卵石混合土、混合土卵石，局部夾級(jí)配不良卵石層、級(jí)配不良砂層，結(jié)構(gòu)松散至中密，厚度為20.0～52.0 m。本次工作在壩址區(qū)下游及上游分別布置了抽水井，根據(jù)抽水井資料，采用《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5213—2005）中完整孔單孔抽水滲透計(jì)算公式來(lái)計(jì)算壩基覆蓋層的滲透系數(shù)K值，其中S09-1井采用費(fèi)爾格伊米爾潛水公式，S09-2號(hào)井采用裘布衣潛水公式來(lái)計(jì)算。

結(jié)合前期探坑滲水試驗(yàn)和鉆孔抽水試驗(yàn)的滲透系數(shù)67.6～80.0 m/d,壩基覆蓋層滲透系數(shù)取最大值與最小值的平均值K值為54.2m/d,壩基覆蓋層屬?gòu)?qiáng)透水層。根據(jù)壩址區(qū)鉆孔壓水試驗(yàn)資料，壩基基巖面以下50 m以內(nèi)巖層透水率變化較大，河谷中心與兩側(cè)由于受節(jié)理裂隙的影響，透水層巖層分布不均，呂榮值為10～52.0 Lu，對(duì)應(yīng)的透水系數(shù)為0.2～1.04m/d，屬中等透水層。由趾板線上鉆孔資料可知，基巖中等透水層厚度為8.1～34.3m，取最大厚度34.3m做為中等透水層的厚度，下部石英砂巖透水率小于10 Lu，屬弱透水巖層。從壩基基巖中等透水層滲漏量計(jì)算結(jié)果來(lái)看，總滲漏量為495.87m3/d,其中以河底深槽及河谷右半部滲漏較為嚴(yán)重。

根據(jù)壩基滲漏層的顆粒組成、巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和滲透性等綜合分析，壩基卵石混合土采用防滲墻，中等透水石英砂巖采取帷幕灌漿，防滲墻深度應(yīng)大于基巖強(qiáng)風(fēng)化下限，帷幕灌漿深度應(yīng)大于壩基基巖中等透水層下限，深入弱透水層3～5m?；炷练罎B墻下帷幕灌漿見(jiàn)圖1。

圖1 防滲墻下帷幕灌漿縱斷示意圖。

2.2 左壩肩繞壩滲漏

左壩肩巖體中主要發(fā)育NE、NW高傾角節(jié)理裂隙，尤其在常州溝組第六巖組底部、第五巖組底部及兩巖組的交接節(jié)理裂隙發(fā)育，且受風(fēng)化和卸荷影響，卸荷帶和過(guò)渡帶中的節(jié)理裂隙均不同程度的張開(kāi)，裂隙寬度1～30 mm不等，延伸較長(zhǎng)具有一定的滲透性，左壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題。壩肩ZK76—10號(hào)鉆孔距壩頂約57m，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、左壩肩巖體風(fēng)化、節(jié)理裂隙、構(gòu)造情況及壩肩ZK76—10壓水試驗(yàn)資料，在簡(jiǎn)化水文地質(zhì)條件下，左壩肩繞滲半徑（r0）考慮為1m，繞滲帶長(zhǎng)度考慮（B）60 m，繞壩滲漏采用裘布衣公式分別計(jì)算左邊肩繞壩的滲漏量。滲漏量計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 左壩肩滲漏量計(jì)算

左壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題，建議采用帷幕灌漿防滲，沿左壩肩向上游延伸長(zhǎng)度約300 m，防滲帷幕灌漿深度至弱透水層。

2.3 右壩肩繞壩滲漏

巖體中主要發(fā)育NE、NW高傾角節(jié)理裂隙，且受風(fēng)化和卸荷影響，卸荷帶和過(guò)渡帶中的節(jié)理裂隙均不同程度的張開(kāi)，裂隙寬度1～30 mm不等，延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有一定的滲透性。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、右壩肩巖體風(fēng)化、節(jié)理裂隙及構(gòu)造情況，根據(jù)右壩肩鉆孔壓水試驗(yàn)資料，壩肩巖體高程796m以下為弱透水層，以上為中等透水層，透水層厚度按56m考慮。右壩肩鉆孔距壩頂約46m，在簡(jiǎn)化水文地質(zhì)條件下，左壩肩繞滲半徑（r0）考慮為1m，繞滲帶長(zhǎng)度考慮（B）50 m，繞壩滲漏采用裘布衣公式分別計(jì)算右壩肩繞壩的滲漏量。滲漏量計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 右壩肩滲漏量計(jì)算統(tǒng)計(jì)

右壩肩均存在繞壩滲漏問(wèn)題，進(jìn)行防滲帷幕灌漿，防滲長(zhǎng)度沿右壩肩向上游延伸700 m，與右壩肩單薄山梁防滲帷幕結(jié)合，防滲帷幕灌漿深度至弱透水層。

3 帷幕灌漿的目的和范圍

為提高樞紐壩基及壩肩的滲透穩(wěn)定性和巖石的整體性,避免受滲透水影響給大壩的安全運(yùn)行帶來(lái)影響，澤城水利樞紐工程在防滲墻和固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了帷幕灌漿。

帷幕灌漿范圍包括：防滲墻下帷幕灌漿，大壩趾板下基巖帷幕灌漿和水庫(kù)兩岸基巖帷幕灌漿，防滲墻下帷幕灌漿沿防滲墻軸線預(yù)埋灌漿管，對(duì)墻下基巖進(jìn)行帷幕灌漿，水庫(kù)右岸沿壩頂公路經(jīng)溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞向上游延伸約700 m，灌漿平均深度66m，左岸沿壩頂公路經(jīng)發(fā)電引水洞向上游延伸約300 m，灌漿平均深度66m。

圖2 帷幕灌漿線的布置示意圖。

4 帷幕灌漿的施工工藝

4.1 帷幕灌漿施工程序

帷幕灌漿采用單排孔布置，分三序孔施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序，最后Ⅲ序孔施工。帷幕灌漿孔距2m，孔徑不小于89mm，鉆孔孔壁應(yīng)平直完整，孔向與大地垂直。帷幕灌漿施工程序如圖3所示。

圖3 帷幕灌漿施工程序

1）鉆孔及取芯：鉆孔均自上而下分段鉆進(jìn)，鉆孔孔位應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工，所有鉆孔應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)和按次序施工；灌漿孔的孔位誤差不得大于10 cm，孔深應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，實(shí)際孔位和孔深應(yīng)有記錄；帷幕灌漿孔孔向與大地垂直,采用KXP-1型測(cè)斜儀進(jìn)行孔斜測(cè)量。發(fā)現(xiàn)偏斜超過(guò)要求時(shí)應(yīng)及時(shí)糾偏，且應(yīng)嚴(yán)格控制孔深20 m以內(nèi)的偏差；鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)孔內(nèi)出現(xiàn)的各種情況，如覆蓋層厚度、斷層、破碎掉塊、塌孔、涌水、漏水等情況及其位置做詳細(xì)記錄，作為灌漿施工和驗(yàn)收分析質(zhì)量的主要依據(jù)。導(dǎo)孔、質(zhì)量檢查孔均鉆孔取芯,按取芯的先后順序統(tǒng)一編號(hào)，對(duì)取芯的芯樣拍照留存并繪制鉆孔柱狀圖進(jìn)行巖芯描述。每回次鉆取芯樣的最大長(zhǎng)度控制在3m以內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)芯樣卡鉆或被磨損，要立即取出。

2）灌漿設(shè)備的配置：根據(jù)本工程的地形及施工環(huán)境條件等因素影響，本工程選用設(shè)備有3SNS型灌漿泵、立式雙桶儲(chǔ)漿攪拌機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀、孔口封閉器等設(shè)備。

3）灌漿漿液制備：灌漿漿液為水灰比0.5:1的濃漿，通過(guò)輸漿設(shè)備將漿液輸送至各灌漿作業(yè)面，輸送漿液的流速控制在1.4～2.0 m/s，作業(yè)面施工技術(shù)組測(cè)定輸送的漿液密度將其調(diào)配成所需要的配比漿液進(jìn)行灌注施工。灌漿漿液溫度控制在5℃～40℃，低于或超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)的必須廢棄。

4）壓水試驗(yàn)：壓水試驗(yàn)應(yīng)在裂隙沖洗后進(jìn)行，采用“簡(jiǎn)易壓水”。先導(dǎo)孔和檢查孔均采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。

5）抬動(dòng)觀測(cè)孔：為防止灌漿過(guò)程中對(duì)巖石、混凝土底板造成破壞性變形，在灌漿工程施工之前，選取適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)孔的鉆孔和安設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置，在灌漿過(guò)程中實(shí)時(shí)觀測(cè)記錄抬動(dòng)變形情況。

6）特殊地段施工：帷幕灌漿孔的第1段在不能滿足孔口管入巖深度時(shí)，該孔段采用“卡塞灌漿法”施工，灌漿塞卡在灌漿巖面高程50 cm以上基巖內(nèi)，能滿足孔口管入巖深度的第一段及以下各段采用“孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”（孔口封閉法）進(jìn)行灌漿。

7）灌漿記錄儀：采用FEC-GJ3000型灌漿自動(dòng)記錄儀，儀器主要處理系統(tǒng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，穩(wěn)定性強(qiáng)；適合水電工地長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作、電壓波動(dòng)大、潮濕、煙塵、頻繁移動(dòng)等惡劣工況，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌漿壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)行壓水和灌漿全過(guò)程的監(jiān)控和記錄，隨時(shí)對(duì)灌漿過(guò)程中的注入率、灌漿壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的壓力適時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)壓閥門使管路壓力達(dá)到指定范圍，工作人員只需設(shè)置好灌漿設(shè)計(jì)壓力，整個(gè)灌漿過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了灌漿的自動(dòng)化。

8）灌漿施工：帷幕灌漿由單排孔組成，孔距為2.0 m，灌漿按照單元?jiǎng)澐职磫卧中蚣用茉瓌t進(jìn)行施工，同一排孔分三個(gè)次序施工；同排內(nèi)的同序灌漿孔同時(shí)施工，同一排相鄰的兩個(gè)次序孔之間，在基巖中鉆孔灌漿的高差大于15m后，下一次序孔再進(jìn)行鉆孔灌漿。左右岸址板帷幕灌漿第一段鉆進(jìn)混凝土并入巖2m，卡塞灌漿而后鑲筑孔口管；防滲墻下帷幕灌漿鉆進(jìn)混凝土到達(dá)基巖面后鑲筑孔口管；左、右岸延伸段帷幕灌漿孔的第1段在不能滿足孔口管入巖深度時(shí)，該孔段采用“卡塞灌漿法”施工，而后鑲筑孔口管。

9）封孔：本工程所有灌漿孔、質(zhì)量檢查孔采用置換和壓力灌漿封孔法封孔。當(dāng)最下面一段灌漿結(jié)束后，利用原灌漿管灌入水灰比為O.6：1的濃漿，將孔中余漿全部頂出，直至孔口返出濃漿止。而后提升灌漿管，在提升過(guò)程中，嚴(yán)禁用水沖洗灌漿管，嚴(yán)防地面廢漿和污水流入孔內(nèi)，同時(shí)，還應(yīng)不斷地向孔內(nèi)補(bǔ)入0.6：1的濃漿 (或待灌漿管全部提出后再向孔內(nèi)補(bǔ)入O.6：1的濃漿也可)。最后，在孔口進(jìn)行純壓式封孔灌漿1h，仍用O.6：1的濃漿，壓力為灌漿最大壓力。

4.2 帷幕灌漿注意事項(xiàng)

1）防滲墻下的檢查孔應(yīng)重點(diǎn)注意控制孔斜率，保證鉆孔在有效的灌漿范圍內(nèi)，保證鉆孔不偏出防滲墻體外。

2）鉆孔施工完經(jīng)驗(yàn)收合格后應(yīng)立即進(jìn)行灌漿，灌漿作業(yè)需做到相鄰孔不同時(shí)灌漿。

3）灌漿時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)分段長(zhǎng)度進(jìn)行施工，不得以任意長(zhǎng)度單獨(dú)灌漿。

5 帷幕灌漿成果分析

①防滲墻下帷幕灌漿分部工程共有99個(gè)鉆孔693個(gè)段次進(jìn)行了灌漿前壓水試驗(yàn)，成果以透水率q表示，各次序孔壓水成果見(jiàn)表3。

表3 防滲墻下帷幕灌漿各次序孔壓水成果

由表3可知各次序灌漿孔透水率有隨灌漿次序的逐次增加而逐次減小的明顯趨勢(shì)，其中Ⅱ序孔相較于Ⅰ序孔透水率減小17.3%，Ⅲ序孔相較于Ⅱ序孔透水率減小22.0%；末序孔壓水試驗(yàn)透水率大部分小于或接近設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，表明灌漿效果是良好的。

防滲墻下帷幕灌漿分部工程共99個(gè)灌漿孔，監(jiān)理工程師布置11個(gè)檢查孔，檢查孔壓水77段，壓水成果見(jiàn)表4。

從灌漿前后壓水試驗(yàn)對(duì)比可以看出，帷幕灌漿滿足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（檢查孔壓水最大透水率3.44Lu，最小透水率0.80 Lu。）

表4 防滲墻下帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果

②左右岸趾板灌漿工程帷幕灌漿共有105個(gè)鉆孔1131個(gè)段次進(jìn)行了灌前壓水試驗(yàn)，成果以透水率q表示，各次序孔壓水成果見(jiàn)表5。

表5 左右岸趾板帷幕灌漿各次序孔壓水成果

由表5可知各次序灌漿孔透水率有隨灌漿次序的逐次增加而逐次減小的明顯趨勢(shì)，其中Ⅱ序孔相較于Ⅰ序孔透水率減小12.9%，Ⅲ序孔相較于Ⅱ序孔透水率減小16.9%，表明灌漿效果是良好的。左右岸趾板帷幕灌漿工程共有105個(gè)灌漿孔，監(jiān)理工程師布置了12個(gè)檢查孔，檢查孔壓水128段，壓水成果見(jiàn)表6。

表6 左右岸趾板帷幕灌漿檢查各孔壓水試驗(yàn)成果

從灌漿前后壓水試驗(yàn)對(duì)比可以看出，左右岸址板帷幕灌漿滿足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（檢查孔壓水最大透水率4.61Lu，最小透水率0.86Lu。）

③左岸延伸段帷幕灌漿分部工程共有157個(gè)鉆孔2194個(gè)段次進(jìn)行了灌前壓水試驗(yàn)，成果以透水率q表示，各次序孔壓水成果見(jiàn)表7。

表7 左岸延伸段帷幕灌漿各次序孔壓水成果

由表7可知各次序灌漿孔透水率有隨灌漿次序的逐次增加而逐次減小的明顯趨勢(shì)，其中Ⅱ序孔相較于Ⅰ序孔透水率減小62.7%，Ⅲ序孔相較于Ⅱ序孔透水率減小49.2%；末序孔壓水試驗(yàn)透水率大部分小于或接近設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，表明灌漿效果是良好的。

左岸延伸段帷幕灌漿工程共157個(gè)灌漿孔，監(jiān)理工程師布置17個(gè)檢查孔，檢查孔壓水238段，壓水成果見(jiàn)表8。

表8 左岸延伸段帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果

從灌漿前后壓水試驗(yàn)對(duì)比可以看出，左岸延伸段帷幕灌漿滿足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（檢查孔壓水最大透水率3.46Lu，最小透水率0.96Lu。）

④右岸延伸段帷幕灌漿（YYW0＋000～0＋340）工程共有167個(gè)鉆孔2210個(gè)段次進(jìn)行了灌前壓水試驗(yàn)，成果以透水率q表示，各次序孔壓水成果見(jiàn)表9。

表9 右岸延伸段帷幕灌漿各次序孔壓水成果

由表9可知各次序灌漿孔透水率有隨灌漿次序的逐次增加而逐次減小的明顯趨勢(shì)，其中Ⅱ序孔相較于Ⅰ序孔透水率減小34.9%，Ⅲ序孔相較于Ⅱ序孔透水率減小37.1%；末序孔壓水試驗(yàn)透水率大部分小于或接近設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，表明灌漿效果是良好的。

右岸延伸段帷幕灌漿（YYW0＋000～0＋340）工程共167個(gè)灌漿孔，監(jiān)理工程師布置17個(gè)檢查孔，檢查孔壓水238段，壓水成果見(jiàn)表10。

表10 右岸延伸段帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果

從灌漿前后壓水試驗(yàn)對(duì)比可以看出，右岸延伸段帷幕灌漿（YYW0＋000～0＋340）滿足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（檢查孔壓水最大透水率3.08Lu，最小透水率0.76Lu。）

6 質(zhì)量保證措施

為確保灌漿工程的工程質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和行業(yè)有關(guān)技術(shù)規(guī)程、規(guī)范及合同規(guī)定技術(shù)要求。項(xiàng)目部建立健全質(zhì)量管理體系，以項(xiàng)目經(jīng)理為第一責(zé)任人全面負(fù)責(zé)管理。成立了項(xiàng)目部質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，建立了健全的質(zhì)量保證體系，制定了質(zhì)量管理制度，明確了項(xiàng)目部各級(jí)人員的職責(zé)分工，正確合理地分配質(zhì)量管理要素，實(shí)施全面質(zhì)量管理。在施工過(guò)程中：嚴(yán)格按照已通過(guò)的ISO9002質(zhì)量保證體系，對(duì)原材料按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求定期定量的進(jìn)行檢查，做到不合格料不進(jìn)場(chǎng)，尊重監(jiān)理和第三方檢測(cè)單位，積極的配合原材料取樣，報(bào)送原材的檢測(cè)結(jié)果。積極開(kāi)展員工質(zhì)量教育活動(dòng)，從思想上不斷地提升。嚴(yán)格執(zhí)行“班組自檢、施工隊(duì)復(fù)檢、項(xiàng)目部質(zhì)檢部終檢”的“三檢制”和“質(zhì)量一票否決制”；堅(jiān)持技術(shù)交底制度；執(zhí)行質(zhì)量獎(jiǎng)罰制度，落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制，加強(qiáng)控制和試驗(yàn)檢測(cè)。通過(guò)以上一系列的質(zhì)量保證制度和措施，確保了本工程的施工質(zhì)量。

7 結(jié)束語(yǔ)

帷幕灌漿對(duì)于減小大壩滲漏至關(guān)重要,但此部分屬于隱蔽工程,施工過(guò)程較難控制,稍有不慎,則會(huì)對(duì)工程造成很大影響,因而對(duì)于灌漿施工一定要做好前期的施工準(zhǔn)備和施工過(guò)程中的質(zhì)量控制,嚴(yán)格控制每一道工序,狠抓質(zhì)量,確保萬(wàn)無(wú)一失。