無蓋重式固結灌漿在觀音巖水電站壩基施工中的應用

姚 杰，陳建軍

(1.中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130； 2.中國水利水電第七工程局觀音巖項目部，四川 攀枝花，617012)

無蓋重式固結灌漿在觀音巖水電站壩基施工中的應用

姚 杰1，陳建軍2

(1.中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130； 2.中國水利水電第七工程局觀音巖項目部，四川 攀枝花，617012)

位于邊坡區(qū)域的固結灌漿，一般只能采用無蓋重式，這是因為灌漿區(qū)域位于大體積混凝土的一側而不是下部，混凝土澆筑完成后再施工固結灌漿就會增加混凝土內鉆孔深度，從而增加工期；而且大體積混凝土澆筑一經啟動，留給固結灌漿的時間非常有限，故無蓋重式固結灌漿技術的研究非常重要。無蓋重式固結灌漿在觀音巖水電站26#～27#壩段邊坡區(qū)域的成功應用，再一次證明該項技術是成熟的，對其他工程項目無蓋重式固結灌漿有一定指導意義。

無蓋重 固結灌漿 觀音巖水電站 施工工藝

1 工程概況

觀音巖水電站位于云南省麗江市華坪縣與四川省攀枝花市交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段規(guī)劃的八個梯級電站中的最末一級，為一等大(1)型工程，以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、旅游等綜合利用功能。水庫正常蓄水位1134m，庫容約20.72億m3，電站裝機容量3000(5×600)MW。

壩基固結灌漿是與混凝土施工緊密進行的，為了避免影響整體工程進度、避開施工干擾和對接觸灌漿施工的不利因素，經過區(qū)域生產性試驗成果分析，對26#～27#壩段邊坡的固結灌漿進行了無蓋重固結灌漿。

本工程無蓋重固結灌漿施工樁號，為壩縱0+599.651m～0+648.651m,壩橫0-015.000m～0+081.000m范圍。固結灌漿孔根據地質情況及孔深情況分為兩個灌漿區(qū)域(A1、A2區(qū)和B1區(qū))，巖體內鉆孔及灌漿工程量為9568m。

壩基下伏基巖以細粒砂巖為主，夾粉砂巖、少量泥質粉砂巖，各層的巖性比例有差異?？傮w巖層產狀N30°～40°E，SE∠55°～∠65°為斜逆向岸坡。

壩軸線下游巖層中分布有鈣質礫巖、鈣質含礫砂巖、鈣質砂巖，存在鈣質流失而形成的溶蝕孔洞和砂糖狀鈣質流失帶，一般發(fā)育深度至90m左右，局部深達110m～120m。

泄水消能段以微風化巖體為主。巖層中發(fā)育鈣質礫巖、鈣質含礫砂巖、鈣質砂巖現(xiàn)象，并伴有鈣質流失現(xiàn)象且夾有泥質巖層。

施工區(qū)部分區(qū)域沿擠壓面泥化現(xiàn)象和溶蝕現(xiàn)象較為普遍，給施工造成較大難度。

2 施工中的重難點及對策

本工程固結灌漿工程量大、工期緊、施工強度高，且工區(qū)地質條件復雜，裂隙發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象較為嚴重。加之無蓋重固結灌漿是裸巖灌漿，坡表漿液滲漏嚴重，表層段(卡塞段)未能進行灌注，存在一定的灌漿盲區(qū)，這給灌漿施工造成了很大難度，對灌漿質量有一定影響。無蓋重固結灌漿是在腳手架上搭設施工平臺進行施工，屬于高空作業(yè)，存在一定安全隱患。

灌漿施工的快速完成是施工區(qū)混凝土澆筑順利開展的主要條件，且其灌漿質量關系著整個工程基礎的穩(wěn)定性，因此灌漿的進度、質量及安全保證將是本工程的一大重點。

相關對策及措施如下：

(1)合理安排進度計劃。熟悉混凝土施工在本區(qū)域內的生產計劃，抓住有利時機見縫插針，有條不紊地安排生產；

(2)采取高效、高質量的施工方式。合理布置臨建設施，選擇技術先進、性能好、效率高、對工程適用能力強的施工設備，采用合理成熟有效的施工工藝，保證施工進度及質量；

(3)健全質量管理。嚴格實行三檢制，把質量責任落實到人；投入具有豐富經驗的技術工人，充分利用高水平學術機構、大學等的技術優(yōu)勢，積極向基礎處理領域的專家請教咨詢，以高標準確保建設?！熬氖┕?，嚴格管理”對相關施工工人進行技術交底及培訓；

(4)加強漿液質量控制。緊抓原材料質量控制；合理有效布置制漿、輸漿系統(tǒng)，確保漿液供應的時效性和連續(xù)性，規(guī)范化配漿，保證以最佳質量的漿液用于灌漿。為此，我部專門在高程1040m平臺建立了兩套高效、環(huán)保、節(jié)能集中制漿站；

(5)緊抓過程控制。從孔位孔向的確定至灌漿封孔結束，全程嚴格進行工序質量控制，杜絕灌漿過程中造成人為質量事故；

(6)加大資源投入。根據本工程地質條件，結合以往類似工程施工經驗確定施工工效，配備足夠的施工設備和人力資源并考慮一定的富余，保證工程按部就班進行。同時，我部還投入了大量的趕工資源，在一定程度上保證了壩基多個施工部位能同時順利開展；

(7)灌漿試驗指導。由于灌漿施工區(qū)地質情況較為復雜，因此我部特別重視灌漿試驗，通過試驗來檢驗設計工藝、參數的可行性和灌后效果，積累區(qū)域內有代表性地質條件的灌漿方法，以形成成熟可靠的施工、控制和檢查方法，保證工程快速、保質施工；

(8)邊坡表面滲漏處理。本工程固結灌漿是在無蓋重混凝土情況下進行，未能實現(xiàn)坡表封閉。在裂隙較為發(fā)育情況下，漿液會從通道滲漏出坡表，這不僅會釋放出灌漿壓力，還會造成浪費及污染。對此，在灌漿前進行簡易壓水，找出滲漏點，采用表面水泥嵌縫封堵(必要時可采用早強材料進行)、棉花封堵及低壓、限流的方法進行處理，盡量達到設計壓力，保證灌漿質量；

(9)表層段(卡塞段)補強處理。無蓋重情況下，灌漿時孔口有一定深度因為卡塞未能進行灌注，為了保證灌漿質量，加強大壩穩(wěn)定，特對表層段進行補強處理。孔口段3m灌漿后不做封孔處理，在孔口預埋200mm×200mm鋼板和灌漿管(伸入距孔底50cm)引至混凝土倉外，待混凝土澆筑厚度不低于2m后補灌，灌漿壓力0.5MPa。此表層段檢查孔采用手風鉆φ50mm鉆頭鉆孔，入巖1m，成孔后進行壓水試驗和聲波檢測；

(10)健全安全管理體制。設立專門的安全機制，投入具有豐富經驗的安全人員，對施工區(qū)進行安全巡視監(jiān)督管理；加強工人安全教育及培訓；特別對本區(qū)內的邊坡落石、高空作業(yè)、排架安全等危險源的注意事項進行交底，保證施工安全順利進行。并注意在鉆孔過程中，沖擊器的沖擊力對表層松動塊體的擾動塌落。

3 無蓋重固結灌漿施工

3.1 固結灌漿的布置與分區(qū)

無蓋重固結灌漿分布于26#～27#壩段邊坡上，分為A區(qū)和B區(qū)，A區(qū)孔深20m，B區(qū)孔深8m，加密區(qū)孔深30m。物探孔孔深A區(qū)25m，B區(qū)13m。孔排距2.5m×2.5m，成矩陣式布置。鉆孔孔徑為φ76mm。

3.2 施工工藝流程

無蓋重固結灌漿采用自下而上分段卡塞灌漿法，具體施工工藝如下：

(1)搭建排架→鉆機定位→全孔一次鉆進至終孔→鉆孔沖洗、孔底段壓水→自下而上分段卡塞灌漿→表層段補強灌漿

(2)表層段補強灌漿施工工藝：

預埋200mm×200mm鋼板→預埋灌漿管(伸入距孔底50cm)→引至混凝土倉外→待混凝土澆筑厚度不低于2m→補灌

3.3 施工工藝

3.3.1 鉆孔

無蓋重固結灌漿以YXZ-10A型風動潛孔鉆鉆進為主，并結合地質鉆機進行檢查孔施工，同時可一次性對同序孔進行多個成孔。鉆孔孔徑為φ76mm，鉆孔方向為垂直于岸坡巖面，鉆孔孔斜不超過孔深的1/40。鉆進過程中，認真記錄鉆進時間和進尺、巖層巖性、返水顏色等數據，特別對所遇巖層、巖性變化，發(fā)生掉鉆、坍孔、鉆速變化、回水變色、失水、涌水等異常情況要詳細記錄。鉆孔取芯全部采用XY-2型地質鉆機回轉鉆進，采用金剛石鉆頭或硬質合金鉆頭。鉆孔每一循環(huán)的最大長度限制在3m以內。對于1m或大于1m的鉆進循環(huán)，若芯樣獲得率小于80%，則下一次減少循環(huán)深度50%；以后依次減少50%，直至50cm為止。如果芯樣的回收率很低，更換鉆孔機具或改進鉆進方法。

3.3.2 鉆孔沖洗及壓水試驗

回轉鉆進鉆孔(如檢查孔)直接向孔內通入大流量水流進行洗孔，灌漿孔鉆孔結束后先用壓力風反復吹孔，之后從鉆桿通水或下入水管通水的方法沖洗，沖凈孔內巖粉巖屑，至孔內殘存的沉積物厚度不超過20cm。施工過程中若完成鉆孔的多個灌漿孔不連通，可采用不下塞風水聯(lián)合沖洗。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，且最大壓力不超過1MPa，沖洗時間20min；沖洗風一般采用50%的灌漿壓力，且最大壓力不超過0.5MPa。因故中斷時間超過48h者，在灌漿前重新進行裂隙沖洗。當鄰近有正在灌漿的孔或灌漿孔結束不足12h時，不得進行裂隙沖洗。

壓水試驗在裂隙沖洗后開始，采用“簡易壓水”或“單點法”進行，直接利用灌漿泵送水。試驗壓力以孔口壓力計，五點法和單點法壓水試驗按DL/T5148中附錄A執(zhí)行。簡易壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，且不大于1MPa，所有灌漿孔灌前均需做“簡易壓水”試驗，在裂隙沖洗后或結合裂隙沖洗進行，得出灌前的巖體滲透系數。采用自下而上灌漿法時，灌漿前在孔底段進行一次簡易壓水試驗，試驗壓力一般為灌漿壓力的80%～100%，當壓力超過1MPa時，壓力取1MPa；壓水20min，每5min測讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

3.3.3 灌漿

3.3.3.1 一般情況無蓋重灌漿

26#～27#壩段有蓋重固結灌漿在碾壓混凝土直線工期預留的一定時間施工，檢查孔施工安排至下一個混凝土層面的預留期或間歇期內完成。

無蓋重固結灌漿采用綜合灌漿法，對于一次性成孔的采用自下而上的分段卡塞灌漿方法，對于不能一次成孔的采用自上而下分段卡塞法施工。物探孔每個灌漿單元選取5%的I序孔進行，孔深比原孔設計孔加深5m。施工方法：鉆孔第一段后進行單點法壓水，再鉆孔下一段及壓水，至終孔后進行全孔聲波檢測，然后自下而上進行分段灌漿，并在一定范圍內進行兩孔對穿聲波檢測。

灌漿過程中灌漿壓力要嚴格控制，一般不超過1.0MPa，并注意抬動情況。具體分段及壓力詳見表1。

表1 分段灌漿段長與壓力

對于物探孔(灌前單點法壓水孔)，需加深孔深5m作為一段進行壓水灌漿。灌漿壓力為：第一段(0.4MPa);第二段(0.6MPa～0.8MPa)；第三段(0.8MPa～1.0MPa)；第四段(1.0MPa)。

3.3.3.2 特殊部位無蓋重固結灌漿

在地質條件較差部位的灌漿孔，可不進行分序施工，鉆孔過程中如果遇到≥0.5m的溶蝕段，沖洗和鉆開相鄰孔，孔間有通道可利用風水聯(lián)合沖洗或灌漿壓力80%的壓力沖洗，將泥質和夾砂盡量置換，沖洗后灌注該段。灌漿時預留一個孔作為泄壓及排氣孔外，其他孔可以并灌。預留的孔待串出濃漿后即可封堵，灌漿結束后進行掃孔灌漿。

地質條件差的特殊部位采用綜合灌漿方法，根據實際情況劃分段長。在鉆孔過程中，當遇到地質條件原因不能繼續(xù)鉆進時，可先進行灌漿施工，待凝后進入下一道工序。

特殊部位灌漿嚴格控制灌漿壓力，一般不超過1.0MPa，并注意抬動情況。采用灌漿壓力為：第一段(0.3MPa～0.4MPa)；第二段(0.6MPa～0.8MPa)；第三段(0.8MPa～1.0MPa)；第四段(1.0MPa)。其他原則參照一般灌漿孔執(zhí)行。

3.3.3.3 無蓋重表層段固結灌漿措施

(1)無蓋重表層段固結灌漿原因。灌漿過程中由于卡塞位置的影響，在孔口段表層約0.5m范圍內巖體無法進行固結灌漿處理，故在混凝土澆筑以后須對此段進行灌漿施工，灌漿工程量約155.5m；

(2)孔口段3m灌漿后不做封孔處理，在孔口預埋200mm×200mm鋼板(中空)和灌漿管(伸入距孔底50cm)引至混凝土倉外，待混凝土澆筑厚度不低于2m后灌注。

孔口鋼板用水泥固定在巖壁面，并對接觸縫進行嵌縫處理；孔內預埋管采用φ25mm鐵管，穿入鐵板中空位置，后焊接接觸縫。在混凝土澆筑前，采用普通1″PVC管連接φ25mm鐵管，單孔引至一定位置(實際長度根據實際施工情況確定)，在混凝土澆筑間隙時間進行灌漿施工(如圖1所示)。

圖1 孔口預埋灌漿管示意

3.3.4 灌漿材料

灌漿用水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度等級為P.O42.5，細度要求為通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水要符合JGJ63規(guī)定。

3.3.5 漿液水灰比及變換原則

3.3.5.1 灌漿水灰比按照3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1由稀到濃逐級變換，當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不改變水灰比。

3.3.5.2 當某一比級漿液注入量已達300L以上，或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換濃一級水灰比漿液灌注。當注入率大于30L/min時，根據施工具體情況，進行越級變濃。

3.3.6 灌漿結束標準

在規(guī)定壓力下，當注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，灌漿結束。

3.3.7 封孔

孔口段3m灌漿后不做封孔處理，需進行表層補強灌漿預埋管預埋。灌漿結束后，封閉PVC管，待漿液凝固割除外露灌漿管。對脫空段、孔口采用砂漿封填密實并抹平。

3.4 無蓋重固結灌漿質量檢查

無蓋重固結灌漿采用檢查孔壓水試驗和聲波檢測進行質量檢查。26#壩段無蓋重固結灌漿壓水試驗共計施工31個孔105段次，透水率均少于3Lu，符合質量標準。其中，透水率小于1Lu的27段占25.7%；透水率大于1Lu小于2Lu的52段占49.5%；透水率大于2Lu小于3Lu的26段占24.8%。27#壩段無蓋重固結灌漿壓水試驗共計施工27個孔85段次，透水率均小于3Lu，符合質量標準。其中，透水率小于1Lu的27段占31.8%；透水率大于1Lu小于2Lu的45段占52.9%；透水率大于2Lu小于3Lu的13段占15.3%。根據檢測結果顯示，透水率均小于設計規(guī)定的3Lu，符合質量標準。

4 結語

對于無蓋重固結灌漿工程中的坡表出現(xiàn)冒漿、串漿、漏漿、吸漿量大的灌段，按規(guī)范采用嵌縫、封堵、低壓、濃漿、限流、待凝等方法進行處理，以取得較好灌漿效果，必要時可采用早強材料進行表面封堵。

使用無蓋重固結灌漿施工時，要根據現(xiàn)場的地質條件和施工進度情況而定。在觀音巖水電站中，26#～27#壩段邊坡采用無蓋重固結灌漿取得成功，在保證了施工質量的同時也保證了工期的要求。

中國水利水電第七工程局有限公司
第三分局觀音巖電站、安谷電站專輯

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