蓋下壩水電站固結(jié)帷幕灌漿施工技術(shù)分析

李明柱，王錦江，金　輝，程　龍

（1.中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州310004；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

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蓋下壩水電站固結(jié)帷幕灌漿施工技術(shù)分析

李明柱1，王錦江1，金輝2，程龍2

（1.中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州310004；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

［摘 要］蓋下壩水電站為混凝土雙曲拱壩工程，設(shè)計在壩基及兩岸設(shè)置固結(jié)灌漿、帷幕灌漿。本文主要介紹工程固結(jié)、帷幕灌漿的施工方法、主要成果及在實際施工中的一些經(jīng)驗總結(jié)。

［關(guān)鍵詞］拱壩；固結(jié)灌漿；帷幕灌漿；蓋下壩水電站

1　工程概述

蓋下壩水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，厚高比0.106，水庫正常蓄水位392.00 m，最大壩高160.00 m。壩基及兩岸廊道內(nèi)布置有壩基固結(jié)灌漿、帷幕灌漿。壩基固結(jié)灌漿采用孔口灌漿塞封閉孔內(nèi)循環(huán)灌漿，主要分二期進行：一期固結(jié)灌漿采用無蓋重固結(jié)灌漿，隨壩體澆筑進度逐層跟進；二期固結(jié)灌漿采用有蓋重埋管法進行。帷幕灌漿主要布置在壩基及兩岸的水平灌漿廊道、灌漿平洞內(nèi)進行，上下層平洞的帷幕通過水平銜接帷幕連接，灌漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)，自上而下灌漿法。

2　地質(zhì)條件

長灘河流域?qū)贅?gòu)造剝蝕中、低山地貌類型，工程區(qū)出露的地層主要為三疊系石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r等碳酸鹽巖類地層和粉砂質(zhì)泥巖、長石石英砂巖等碎屑巖類地層。地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，無區(qū)域性斷裂通過。巖石溶蝕作用輕微，建筑物區(qū)斷層少，規(guī)模也不大，兩岸壩肩無緩傾角斷層，緩傾角節(jié)理亦少見，巖體風(fēng)化帶和卸荷帶厚度均不大，壩基巖體透水率普遍為弱～中等透水。壩址基巖巖質(zhì)堅硬，巖體完整性、均一性均較好，拱壩建基面為弱風(fēng)化巖體下部至微風(fēng)化巖體上部，卸荷帶在壩基范圍已挖除。

3　灌漿施工方法及成果分析

3.1固結(jié)灌漿

3.1.1固結(jié)灌漿施工方法

固結(jié)灌漿分兩序施工，先進行Ⅰ序孔，后進行Ⅱ序孔。一期固結(jié)灌漿隨兩岸壩段的澆筑逐層跟進，采用無蓋重鉆孔灌漿法，灌漿方式為孔內(nèi)循環(huán)灌漿?；鶐r面0～3.0 m采用有蓋重預(yù)埋鐵管法，一期固結(jié)灌漿封孔后對灌漿孔封孔段上部進行1 m的掃孔，然后按照圖紙要求埋設(shè)固結(jié)灌漿管，主管采用1.5寸鐵管，進回漿支管采用1.0寸鐵管，所有灌漿管的主管均引至壩后各層交通橋，所有灌漿管均進行掛牌標示。待蓋重混凝土澆筑完成后進行二期固結(jié)灌漿施工。

1）固結(jié)灌漿工藝流程如圖1，2所示。

圖1　有蓋重固結(jié)灌漿施工工藝流程圖

2）孔位放樣

采用儀器與人工結(jié)合的方法，先用儀器放出各工作面Ⅰ序孔，再用鋼尺放Ⅱ序孔。

3）鉆孔

所有鉆孔均統(tǒng)一編號和分序，有蓋重固結(jié)灌漿造孔采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機金剛石鉆進；岸坡段無蓋重固結(jié)灌漿造孔采用地質(zhì)鉆結(jié)合手風(fēng)鉆鉆孔。常規(guī)固結(jié)灌漿孔孔徑不小于46 mm，岸坡接觸段埋管法固結(jié)灌漿孔孔徑不小于75 mm。

圖2　預(yù)埋管固結(jié)灌漿施工工藝流程圖

4）鉆孔沖洗和壓水試驗

灌漿孔在灌漿前進行了孔壁沖洗和裂隙沖洗?？妆跊_洗采用由導(dǎo)管通入大流量水流從孔底向孔外沖洗的方法，直至回水澄清結(jié)束。裂隙沖洗是在卡緊灌漿栓塞后向裂隙中壓入壓力水流，使裂隙中的充填物被沖刷帶出孔外。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa。沖洗至返水澄清后10 m in為止，但總的時間不小于30 m in。

壓水試驗按照《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》，取5%的灌漿孔逐段作單點法壓水試驗，其余孔段結(jié)合裂隙沖洗進行簡易壓水。

5）灌漿

采用灌漿塞自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法，灌漿壓力按設(shè)計壓力執(zhí)行。漿液水灰比采用3∶1，2∶1，1∶1，0.6∶1（或0.5∶1）（重量比）比級。開灌水灰比采用3∶1。

漿液變換標準：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；在正常灌漿條件下，當(dāng)某一級水灰比的漿液單孔注入量達300 L以上，而灌漿壓力和注入率均無明顯改變時，變濃一級水灰比灌注；當(dāng)注入率大于30 L/nim時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

6）結(jié)束標準和封孔

①結(jié)束標準：在設(shè)計壓力下，注入率不大于1.0 L/m in時，持續(xù)灌注30 m in可結(jié)束灌漿。

②采用“壓力灌漿封孔法”封孔。漿液凝固后及時清除孔內(nèi)浮漿和污水，用200號水泥砂漿回填密實。

7）特殊情況處理

①岸坡無蓋重固結(jié)灌漿在右岸258 m高程附近出現(xiàn)了大量的繞塞返漿現(xiàn)象及灌漿孔周邊裂隙冒漿現(xiàn)象，施工中采取了濃漿、降壓、間歇、限流、待凝等措施，有效地解決了因裂隙發(fā)育出現(xiàn)的串漿、冒漿現(xiàn)象。

②在未進行埋管固結(jié)灌漿前，靠近岸坡的帷幕灌漿已經(jīng)施工，過程中出現(xiàn)預(yù)埋固結(jié)灌漿管路串漿現(xiàn)象，及時采取了通水措施，未造成灌漿管路的堵塞。

8）質(zhì)量檢查

①試驗質(zhì)量評定以檢查孔壓水試驗成果為主，結(jié)合物探測試結(jié)果和檢查孔取芯、施工成果資料分析，進行綜合評定。

②灌漿結(jié)束3～7 d后進行檢查孔施工，14 d后進行灌后物探測試。檢查孔取芯，巖芯應(yīng)進行拍照、編錄、描述、繪制鉆孔柱狀圖，妥善保存，并按灌漿分段逐段作壓水試驗。

3.1.2固結(jié)灌漿成果分析

固結(jié)灌漿一期Ⅰ序孔單位注入量64.52 kg/m，一期Ⅱ序孔單位注入量31.7 kg/m，二期固結(jié)灌漿平均單耗24.14 kg/m，從以上數(shù)據(jù)可以看出各次序孔單位注入量遞減明顯符合灌漿一般規(guī)律。

固結(jié)灌漿共完成檢查孔45個，壓水55段試驗透水率最大值為0.024 L/（m in·m·m），小于設(shè)計要求的壓水試驗透水率不大于0.03 L/（m in·m· m）的標準，壓水試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

3.2帷幕灌漿

3.2.1帷幕灌漿施工方法

1）主要原則及方法

①帷幕灌漿仰孔灌漿采用自下而上、394平洞的副帷幕灌漿采用自上而下、銜接帷幕灌漿采用由外向內(nèi)的灌漿塞分段灌漿法，其他采用“小口徑，孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)”法，孔口封法灌漿的孔口裝置見圖3。

②銜接帷幕施工在該層和上層灌漿平洞及洞口連接廊道內(nèi)的帷幕灌漿孔鉆灌完成后進行，分兩個次序施工，先進行Ⅰ序孔施工，再進行Ⅱ序孔施工。

③抬動觀測

灌漿洞內(nèi)混凝土底板設(shè)置抬動觀測孔，在灌漿等有壓作業(yè)中進行觀測，防止底板抬動破壞?？讖溅?6 mm，孔向均為鉛直孔，孔深均為15 m。其裝置如圖4。

圖3　孔口封閉器示意圖

圖4　抬動觀測裝置安裝示意圖

④帷幕灌漿按分序加密的原則進行，先進行Ⅰ序孔施工，再進行Ⅱ序孔施工，最后進行Ⅲ序孔施工。雙排帷幕先進行主帷幕施工，后進行副帷幕施工。在先施工主帷幕應(yīng)布置先導(dǎo)孔，每隔16 m利用一個Ⅰ序孔做先導(dǎo)孔。

2）帷幕灌漿施工工藝流程

各排帷幕孔按抬動觀測孔→先導(dǎo)孔→帷幕灌漿Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→質(zhì)量檢查孔順序施工。其各孔施工工藝流程：測放孔位→灌漿孔分序→抬動孔鉆孔安裝→首段鉆孔→首段裂隙沖洗→壓水試驗→首段灌漿（抬動變形觀測）→安孔口管次段鉆孔→次段裂隙沖洗→次段壓水試驗→孔口封裝器及射漿管安裝→次段灌漿（抬動觀測）終孔檢測、灌漿→封孔→檢查孔鉆孔→壓水試驗→檢查孔灌漿封孔。

3）主要工序施工方法

帷幕灌漿施工采用“孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)法”灌漿，其主要工序操作方法為：

①孔口管段鉆進及灌漿：采用φ76 mm孔徑鉆進至基巖以上2 m，鉆孔結(jié)束后，將孔底殘留巖粉沖洗干凈，然后將φ75 mm循環(huán)式止?jié){塞置于基巖以上20～50 cm混凝土內(nèi)，進行壓水試驗，壓水結(jié)束后，進行灌漿，按標準結(jié)束后，卸掉止?jié){塞，埋設(shè)孔口管。

②孔口管埋設(shè)：在第一段灌漿結(jié)束起塞后，立即在孔內(nèi)安設(shè)φ73 mm孔口管，安設(shè)時在孔口纏繞麻絲并接上兩用接頭。用φ42 mm鉆桿作射漿管，將0.5∶1.0濃漿注入孔底待孔口管外側(cè)冒出濃漿后，即卸掉射漿及兩用接頭，再用0.5∶1.0濃漿補滿孔口?？卓诠苓x用φ73 mm無縫鋼管，埋設(shè)后露出灌漿廊道底板或混凝土壓漿板以上20 cm。孔口管待凝3 d后，進行下一工序作業(yè)。

③分段鉆進灌漿：從第二段起改用φ56 mm小孔徑分段鉆進，利用孔口封閉器分段灌漿。各段均利用φ42 mm鉆桿作射漿管，鉆孔結(jié)束后，卸下粗徑鉆具將鉆桿下至距孔底30～50 cm處，安設(shè)好進回漿管路及高壓閥，再進行壓水及灌漿，灌漿按標準結(jié)束后，不待凝即進行下一段鉆孔作業(yè)，按此自上而下逐段進行灌注，直至終孔。

①孔位放樣。采用儀器和人工相結(jié)合測放孔位。先用經(jīng)緯儀放設(shè)帷幕軸線和先導(dǎo)孔，再由人工拉尺測放，確保開孔位置與設(shè)計孔位誤差小于10 cm。

②鉆孔。采用SGZ-Ⅲ，SGZ-IB型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機鉆造，金剛石鉆進。帷幕孔選用上海地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JJX-3A、KXP-1型測斜儀進行測斜，發(fā)現(xiàn)偏差及時采取糾偏措施。

③鉆孔沖洗。鉆孔沖洗應(yīng)采用大流量清水沖洗，將孔內(nèi)的巖粉等沉淀物沖出孔外，至回水澄清無沉淀物結(jié)束。裂隙沖洗時間可至回水清凈時10 m in結(jié)束，但總的沖洗時間，單孔不小于30 m in，串通孔不少于2 h。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，壓力超過1 MPa時，則采用1 MPa。

④壓水試驗。先導(dǎo)孔采用“單點法”孔口封閉自上而上分段壓水；檢查孔采用“五點法”壓水自上而上分段阻塞壓水（頂壓式栓塞）；其它各次序孔的各灌漿段進行簡易壓水試驗。壓水試驗壓力為相應(yīng)孔段灌漿壓力的80%，該值若超過1 MPa時，采用1 MPa。壓水試驗按DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌漿技術(shù)規(guī)范》附錄A執(zhí)行。

⑤灌漿。帷幕灌漿水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細度通過80μm方孔篩，篩余量不得大于5%；各部位灌漿壓力按設(shè)計要求執(zhí)行。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀變濃逐級變換，水泥漿液水灰比（重量比）采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1（0.5∶1）等6個比級。灌漿漿液變換與固結(jié)灌漿變換標準相同。

⑥灌漿結(jié)束標準。帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿法，在設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0 L/m in時，繼續(xù)灌注60 m in，灌漿即可結(jié)束。

⑦灌漿孔的封孔：全孔灌漿結(jié)束后采用泵壓漿液方式封孔，具體要求為：封孔時阻漿塞應(yīng)阻在混凝土與基巖接觸面處，將射漿管伸至距孔底20～30 cm處，采用0.5∶1.0的濃漿，排除孔內(nèi)稀漿后，起拔出射漿管再用1.5 MPa的壓力純壓1 h方可結(jié)束；泵壓封孔結(jié)束后，將阻漿塞等拔出孔口，再用0.5∶1.0的濃漿補滿，漿液濃縮后孔口空余部分及時清除松軟水泥結(jié)石，并將孔內(nèi)污物沖洗干凈，再用水泥砂漿（水泥∶砂∶水=1.0∶1.0∶0.5）封填、抹平；對有涌水的灌漿孔，封孔結(jié)束后，用膠球封閉孔口48 h，孔口空余部分按照上一條款封填。

⑧特殊情況處理。右岸394近壩肩部分灌漿孔鉆孔時遇到掉鉆現(xiàn)象，經(jīng)判斷為溶洞。在不具備灌注細石混凝土的條件下采取了孔口沖砂灌注的方法，該部位經(jīng)檢查滿足要求。

⑨帷幕灌漿質(zhì)量檢查。帷幕灌漿質(zhì)量檢查采用鉆檢查孔取芯結(jié)合壓水試驗進行。檢查孔采用五點法壓水試驗，壓水壓力為0.3，0.6，1.0，0.6和0.3 MPa。

3.2.2帷幕灌漿成果分析

帷幕灌漿注入量，主帷幕各次序孔注入量為：Ⅰ序孔單位注入量122.6 kg/m，Ⅱ序孔單位注入量44.9 kg/m，Ⅲ序孔單位注入量16.9 kg/m；副帷幕各次序孔注入量為：Ⅰ序孔單位注入量20.8 kg/ m，Ⅱ序孔單位注入量18.3 kg/m，Ⅲ序孔單位注入量7.9 kg/m；銜接帷幕各次序孔單位注入量為：Ⅰ序孔單位注入量25.6 kg/m，Ⅱ序孔單位注入量11.5 kg/m。根據(jù)各次序孔注入量分析，隨著孔序、排序的遞減，各次序孔單位注入量遞減規(guī)律符合灌漿一般規(guī)律。

帷幕灌漿檢查孔共布置149孔，進行五點法壓水試驗1 338段，合格1 336段，2段不滿足設(shè)計要求的段次分布在兩個不同部位，經(jīng)補灌處理后滿足設(shè)計要求。

4　經(jīng)驗總結(jié)

1）該工程中岸坡固結(jié)灌漿采用兩期固結(jié)，二期固結(jié)灌漿采用有蓋重埋管固結(jié)灌漿，這種方法較好地解決了接觸段的混凝土蓋重齡期與壩體混凝土澆筑的矛盾沖突，但是二期埋管固結(jié)與岸坡帷幕灌漿之間存在一定的沖突，岸坡附近的帷幕灌漿施工中發(fā)生了與二期固結(jié)灌漿孔串漿的現(xiàn)象，主要原因二期固結(jié)灌漿受岸坡接觸灌漿制約導(dǎo)致二期固結(jié)灌漿施工時間在附近帷幕灌漿施工后，盡管帷幕灌漿施工時預(yù)留了一定的安全距離但是還是有串漿現(xiàn)象出現(xiàn)，施工中需加強對附近固結(jié)預(yù)埋管的觀察，發(fā)現(xiàn)串漿及時采取通水措施，防止管路堵塞。

2）岸坡采用無蓋重固結(jié)灌漿時，在巖石裂隙發(fā)育的部位易出現(xiàn)繞塞返漿現(xiàn)象，施工時采取了濃漿、降壓、間歇、待凝等措施最終達到了灌漿結(jié)束標準。但是施工人員需密切觀察防止長時間繞塞返漿造成灌漿塞無法拔出。

3）在壩基部位有蓋重固結(jié)灌漿鉆灌施工中，為有效地防止打穿下層混凝土中預(yù)埋的冷卻水管應(yīng)采用“管避孔”的辦法，在布置每層冷卻水管時，若管路布置路線在固結(jié)灌漿孔位上，則對冷卻水管進行調(diào)整以保證鉆孔位置不變。

蓋下壩水電站施工已經(jīng)結(jié)束并投產(chǎn)發(fā)電，灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計要求。蓋下壩高拱壩固結(jié)、帷幕灌漿的施工方法及過程經(jīng)驗總結(jié)，對后續(xù)拱壩灌漿施工可以起到借鑒作用。

［中圖分類號］TV543+.5

［文獻標識碼］A

［文章編號］1002—0624（2016）07—0025—04

［收稿日期］2015-12-20