某電站壩基千枚巖、綠泥石片巖復(fù)合灌漿施工技術(shù)

吳曉偉

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 某工程壩基地質(zhì)條件概述

某電站為長(zhǎng)江流域中上游支流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的百萬(wàn)千瓦級(jí)水電站，該水電站以發(fā)電為主，兼有蓄能、蓄洪和攔沙作用。大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高超過(guò)250m，高邊坡開(kāi)挖高差超過(guò)300m，樞紐洞室群超過(guò)200km，各項(xiàng)施工技術(shù)較為復(fù)雜，屬世界級(jí)巨型工程。

電站壩址區(qū)域巖體較為破碎，對(duì)壩基巖體承載力及防滲影響較大的斷層較多，右岸斷層主要是f18、f14、f13、L64、L65等。右岸壩基22#壩段帷幕灌漿平洞上游側(cè)分布有較大范圍的炭質(zhì)千枚巖及綠泥石片巖(L64、L65)，往上游側(cè)出壩踵延伸到壩前水庫(kù)，初步探測(cè)往大壩建基面以里延伸約35m～45m。大壩蓄水后庫(kù)水長(zhǎng)期浸透，可能造成炭質(zhì)千枚巖及綠泥石片巖軟化，影響壩基變形穩(wěn)定。

綠片巖L65分布于f14斷層上，建基面出露長(zhǎng)度約22m，寬11m左右，壩踵往上游方向仍有延續(xù)，帷幕洞揭示長(zhǎng)度約30m。巖性以灰綠色綠泥石片巖為主，夾大理巖、大理巖透鏡體;層面裂隙較發(fā)育，發(fā)育少量第②組裂隙;微風(fēng)化～新鮮為主，無(wú)卸荷，遇水易軟化。

綠片巖L64分布于f14斷層上盤(pán)靠帷幕洞一側(cè)，建基面出露長(zhǎng)度約20m，寬1m～5m不等，建基面以里估計(jì)延伸長(zhǎng)度10m～15m，呈透鏡狀?yuàn)A于L65中。巖性為灰黑、黑色千枚巖，部分完全炭化;微風(fēng)化～新鮮為主，無(wú)卸荷，遇水易軟化、泥化。

綠片巖FL62、FL63分別主要沿大理巖透鏡體上、下界面分序，再順層方向略有延伸，建基面出露長(zhǎng)度約15m，寬10cm～20cm，建基面以里延伸長(zhǎng)度15m～20m，呈條帶狀?yuàn)A于L64、L65中。巖性為綠泥石片巖，強(qiáng)風(fēng)化，無(wú)卸荷，遇水易軟化、泥化。

2 施工中的難點(diǎn)

2.1 千枚巖、綠片巖處理屬于地質(zhì)缺陷處理施工，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，須采用化學(xué)灌漿手段處理。項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，施工技術(shù)復(fù)雜，質(zhì)量控制要求高，化學(xué)灌漿施工耗時(shí)非常長(zhǎng)，施工進(jìn)度及施工質(zhì)量目標(biāo)控制難度大。

2.2 灌漿廊道位于斷層下部，鉆孔灌漿均為仰孔施工，現(xiàn)場(chǎng)操作難度極大。

2.3 化學(xué)灌漿廢棄漿液污染性及毒性大，廢棄漿液的集中收集及處理難度極大。

2.4 根據(jù)斷層分布，灌漿孔布置較密集，且大壩澆筑施工已上升至灌漿廊道以上，抬動(dòng)變形風(fēng)險(xiǎn)大，變形監(jiān)測(cè)要求高。

3 施工方案

3.1 本項(xiàng)目各灌漿孔段采用何種漿液灌注的基本原則。當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)透水率小于1.0Lu，直接進(jìn)行化學(xué)灌漿;當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)透水率q≥1.0Lu，先進(jìn)行濕磨細(xì)水泥灌漿，待濕磨細(xì)水泥灌漿完成后，隨即進(jìn)行透水率檢查，在滿足透水率q＜1.0Lu后進(jìn)行化學(xué)灌漿。

3.2 水泥灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)式，化學(xué)灌漿采用純壓式。根據(jù)灌漿實(shí)際情況，可以采用以下兩種灌漿方法:“孔口封閉、自上而下分段”灌漿法;灌漿栓塞阻塞，自下而上、分段灌漿法。

3.3 當(dāng)采用“孔口封閉、自上而下分段灌漿”法施工時(shí)，各灌漿段化學(xué)灌漿完成后，采用W/C=0.5的漿液置換出孔內(nèi)殘余化學(xué)漿液后屏漿20min～30min。屏漿壓力采用化學(xué)灌漿壓力，屏漿完成后再閉漿8h～12h，之后進(jìn)行下一段鉆灌。

3.4 當(dāng)采用“自下而上分段灌漿”法施工時(shí)，先自上而下分段進(jìn)行鉆孔及壓水試驗(yàn)，得出各灌漿段的巖體透水率?？椎锥位瘜W(xué)灌漿完成后，根據(jù)上一段的透水率情況決定是否需要進(jìn)行閉漿處理。

4 處理施工中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 施工布置

本灌漿項(xiàng)目所使用的濕磨細(xì)水泥漿液，由自動(dòng)化制漿系統(tǒng)及濕磨機(jī)配套完成。將自動(dòng)化制漿系統(tǒng)拌制好的W/C=0.5∶1的普通純水泥漿液，經(jīng)三臺(tái)串聯(lián)的濕磨機(jī)濕磨后儲(chǔ)存在400L的儲(chǔ)漿桶內(nèi)，灌漿施工現(xiàn)場(chǎng)所需濕磨細(xì)水泥漿液均由儲(chǔ)漿桶通過(guò)供漿管路提供。

在灌漿過(guò)程中，按照化學(xué)漿材室內(nèi)試驗(yàn)確定的不同配方進(jìn)行漿液配置，漿液配置嚴(yán)格按照“少量多次隨灌隨制”的原則進(jìn)行，以防止?jié){液存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成黏度增大或發(fā)生爆聚影響灌漿效果，造成漿液浪費(fèi)。漿液配置時(shí)，按照漿液的質(zhì)量配比，利用電子秤分別稱(chēng)量好A液和B液，然后按照摻加順序分別倒入攪拌桶內(nèi)進(jìn)行有效攪拌，將攪拌好的化學(xué)漿液放入灌漿泵灌漿桶內(nèi)，利用化學(xué)灌漿泵進(jìn)行灌漿施工。

排污系統(tǒng)根據(jù)1785m洞室群灌漿整體布置，充分利用洞室群排水系統(tǒng)和廢水量大小布設(shè)排污設(shè)施設(shè)置，按照“高水高排、低水低排、污水凈化沉淀”的原則處理。

4.2 造孔

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

該復(fù)合灌漿項(xiàng)目灌漿孔最初按照分序施工，逐序加密，環(huán)間分兩序、環(huán)內(nèi)分兩序進(jìn)行施工。在施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為了防止串漿或減少串漿現(xiàn)象的發(fā)生，將環(huán)內(nèi)兩序調(diào)整成三序施工。在調(diào)整過(guò)程中，因局部已按照兩序進(jìn)行了開(kāi)孔施工，所以在后來(lái)施工中，局部較淺灌漿孔還是按照兩序進(jìn)行，其余灌漿孔調(diào)整為三序施工。

鉆孔采用“孔口封閉，自上而下、分段灌漿”法進(jìn)行施工時(shí)，鉆孔采用XY－2型地質(zhì)鉆機(jī)配φ91mm金剛石鉆頭進(jìn)行孔口段回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，孔口段以下的其它灌漿段，采用φ56mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)。

4.3 孔口管埋設(shè)

分段鉆孔完成后，分段在孔口采用灌漿栓塞灌漿，待終孔段灌漿完成后進(jìn)行漿液置換，再掃孔安裝孔口管進(jìn)行封孔，安裝φ73mm孔口管(孔口管總長(zhǎng)度=入基巖2.0m+混凝土厚度+外露0.2m)。在孔口管與孔壁之間空隙充填0.5∶1摻速凝劑的水泥濃漿，并輕敲孔口管以使周?chē)鷿{液充填密實(shí)，而后待凝等強(qiáng)48h。

4.4 水泥～化學(xué)復(fù)合灌漿

本復(fù)合灌漿項(xiàng)目各灌漿孔段灌漿前，均結(jié)合鉆孔裂隙沖洗進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa時(shí)，采用1MPa。每5min測(cè)讀一次壓入流量，當(dāng)連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于1.0l/min，或最大值與最小值之差小于最終值的10%，視為穩(wěn)定。取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率q表示。本次灌漿均為仰孔，壓水試驗(yàn)壓力應(yīng)加上孔口以上水柱壓力。

各灌漿段化學(xué)灌漿完成后，采用W/C=0.5的漿液置換出孔內(nèi)殘余化學(xué)漿液屏漿20min～30min，屏漿完成后再閉漿，閉漿完成后進(jìn)行下一段鉆灌。本化學(xué)灌漿項(xiàng)目，采用以注入率為主的控制方法協(xié)調(diào)灌漿壓力與注入率的關(guān)系?；瘜W(xué)灌漿過(guò)程中，應(yīng)遵循“長(zhǎng)時(shí)間、慢速率、盡量達(dá)到一定注入量”的原則，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0.05l/min.m～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≥0.1l/min.m時(shí)，適當(dāng)降低灌漿壓力或控制注入量?；瘜W(xué)灌漿開(kāi)灌漿液配方為重量比11∶1，初始黏度為(8～9)MPa.s。在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注入率不大于0.01l/min.m后持續(xù)灌漿4h，可結(jié)束灌漿。

4.5 特殊情況處理

4.5.1 灌漿外漏及處理。灌漿過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理，必要時(shí)對(duì)微小裂隙或孔隙進(jìn)行擴(kuò)挖，再用堵漏王封堵。

4.5.2 孔段較大注入量處理。針對(duì)炭質(zhì)千枚巖水泥——化學(xué)復(fù)合灌漿第一段大漏量，采用530材料進(jìn)行化學(xué)灌漿，以達(dá)到封堵作用，按6∶1配比開(kāi)灌。首先按照原化灌材料配比進(jìn)行化學(xué)灌漿，當(dāng)注入量達(dá)到200kg、壓力小于0.5MPa時(shí)，改530化灌材料進(jìn)行化學(xué)灌漿。

采用530化學(xué)灌漿材料灌漿時(shí)，根據(jù)注入量及灌漿壓力而定，當(dāng)注入量減小，灌漿壓力達(dá)到或接近設(shè)計(jì)灌漿壓力時(shí)，按照孔管容置換501化學(xué)漿材待凝48h，再采用501化學(xué)漿材進(jìn)行灌漿，總時(shí)間按照501材料灌漿時(shí)間不小于70h控制。當(dāng)注入量未減小，壓力無(wú)明顯提高，注入量按照50kg/m控制，待凝48h后采用501化學(xué)漿材繼續(xù)灌漿，總時(shí)間按照501材料灌漿時(shí)間不小于70h控制。

5 處理成果分析

大壩右岸22#壩段炭質(zhì)千枚巖、綠泥石片巖水泥化學(xué)復(fù)合灌漿，采用孔口封閉、自上而下、分段灌漿法進(jìn)行化學(xué)灌漿施工。灌漿采用PSI－501－1地質(zhì)缺陷加固環(huán)氧灌漿材料，該材料具初始黏度低、可操作時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使?jié){液能夠更好地滲透、浸潤(rùn)到巖體中。在造孔灌漿過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行控制，灌后檢查孔透水率均小于0.25Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析物探結(jié)果，大壩右岸22#壩段壩基炭質(zhì)千枚巖、綠泥石片巖化學(xué)灌漿區(qū)，0～5m孔段、5m～孔底段Ⅱ級(jí)大理巖及炭質(zhì)千枚巖化灌后，聲波波速及鉆孔平均變模值均滿足設(shè)計(jì)要求。

從室內(nèi)專(zhuān)項(xiàng)巖體檢測(cè)情況來(lái)看，綠泥石片巖、炭質(zhì)千枚巖軟化系數(shù)均大于等于0.75。從室內(nèi)變形模量來(lái)看，綠泥石片巖及炭質(zhì)千枚巖均大于8GPa。從細(xì)觀結(jié)構(gòu)及漿液充填情況看，斷層內(nèi)的巖體完整性相對(duì)較好，微裂紋及孔隙等發(fā)育并不是很高，因此漿液注入量并不是很高，但是注入漿液對(duì)巖石內(nèi)部存在的微裂隙及孔洞進(jìn)行了很好充填，從而有效地提高了斷層內(nèi)部巖石的完整性、強(qiáng)度及其抗?jié)B性能。

6 結(jié)語(yǔ)

某電站壩基該類(lèi)炭質(zhì)千枚巖及綠泥石片巖軟化，強(qiáng)風(fēng)化，無(wú)卸荷，遇水易軟化、泥化，庫(kù)區(qū)蓄水后易影響壩基變形穩(wěn)定，采用水泥——化學(xué)復(fù)合灌漿施工方法予以固結(jié)，增強(qiáng)巖體整體性，提高抗?jié)B穩(wěn)定。目前，庫(kù)區(qū)蓄水已達(dá)設(shè)計(jì)高程，通過(guò)安全鑒定，說(shuō)明該方法處理此類(lèi)地質(zhì)缺陷效果明顯、可靠。