高寒地區(qū)RCC重力壩帷幕灌漿工藝性試驗(yàn)成果淺析

朱寶榮 馮士權(quán) 楊 新

（中國水利水電第十六工程局有限公司 福建福州 350003）

1 工程概況

1.1 概述

工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房和副壩組成，水庫總?cè)?4.19億m3，調(diào)節(jié)庫容19.18億m3，水庫正常蓄水位739m，死水位680m；壩頂高程為745.5m，壩頂寬10m，壩頂總長1570m，壩基最低高程為624m，最大壩高121.50m。

1.2 地質(zhì)條件

樁號0～78為上石炭統(tǒng)變質(zhì)巖；78～143為上石炭統(tǒng)石英片巖；143～270為石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖；270～290為石炭統(tǒng)石英片巖；290～497為石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖；497～635為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵石層，下伏基巖為上石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖；635～767段（河谷右岸坡壩段）為上石炭統(tǒng)變質(zhì)砂巖。壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，緩傾角斷層較多。

2 目的

通過帷幕灌漿試驗(yàn)尋找適宜本工程操作性強(qiáng)的孔距、排距、灌漿機(jī)械設(shè)備、灌漿壓力及方式方法等有關(guān)的技術(shù)參數(shù)和施工意見。

3 試驗(yàn)孔位布置及說明

此次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：主帷幕孔8個(gè)，孔深35m，副帷幕孔3個(gè)，孔深23m，物探孔3個(gè)，孔深35m，檢查孔4個(gè)，孔深35m。其中M3、M10、M11采用卡塞式灌漿方法，其余灌漿孔均采用孔口封閉法灌漿，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序施工，灌漿自上而下進(jìn)行，壓水采用單點(diǎn)法壓水。

M1～M6和M9～M11試驗(yàn)孔孔距為2m，M6～M8之間的孔距為1.5m，帷幕分為上、下兩排，上排為副帷幕，下排為主為帷，主帷幕孔深入基巖35m，副帷幕深入基巖23m。布設(shè)4個(gè)檢查孔，J1在M5～M6之間，檢查采用孔口封閉法灌漿在孔距2m時(shí)的灌漿效果；J2布置在M7～M8之間，檢查采用孔口封閉法在孔距為1.5m時(shí)灌漿效果；J3檢查主帷幕與副帷幕之間的灌漿效果；J4檢查卡塞式灌漿法的灌漿效果。

4 帷幕灌漿試驗(yàn)

4.1 準(zhǔn)備工作

制漿系統(tǒng)：1臺ZJ-400型高速攪拌機(jī)，1臺200升雙層攪拌機(jī)，1臺SGB6-1送漿泵，φ50mm輸漿管道，φ38mm排污管道，制漿站配制0.5：1的濃漿送至雙層攪拌機(jī)內(nèi)，經(jīng)檢測比重后稀釋使用。

灌漿材料：采用42.5級高抗硫酸鹽水泥，通過80μm方孔篩的篩余量＜2%，比表面積＞3500cm2/g。

4.2 鉆孔

灌漿、檢查孔均為φ76mm，取芯鉆進(jìn)，對巖芯進(jìn)行描述，繪制柱狀圖?？孜慌c設(shè)計(jì)孔位偏差＜10cm?？椎灼羁刂疲嚎咨?0m時(shí)＜0.25m；孔深32m時(shí)＜0.5m；孔深40m時(shí)＜0.8m。

物探測試孔鉆孔、取芯、壓水試驗(yàn)按照地質(zhì)勘測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，進(jìn)行灌漿前彈性波速和動(dòng)彈性模量測試，測試完成后封孔，試驗(yàn)區(qū)灌漿結(jié)束后重新掃孔進(jìn)行彈性波速測試。

4.3 鉆孔沖洗、裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)

導(dǎo)管伸入距孔底50cm處，用高速水流沖洗，至回清水后10min結(jié)束，孔內(nèi)沉積厚＜20cm。

裂隙沖洗壓力為灌漿壓力的80%，壓力超過1MPa時(shí)，采用1MPa，裂隙沖洗回清水10min后結(jié)束，裂隙沖洗時(shí)間不得少于30min，串通孔不少于2h。

帷幕灌漿灌漿前均需壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)在裂隙沖洗后進(jìn)行，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法進(jìn)行，壓水試驗(yàn)壓力為該段灌漿壓力的80%。當(dāng)壓力大于1MPa時(shí)，采用1MPa，壓水時(shí)間20min，每5min測一次壓入流量。

4.4 帷幕灌漿

在蓋重混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%以上后施灌，按分序加密原則操作，先下游后上游；M3、M10、M1孔采用自上而下“卡塞式灌漿方法”，其余各灌漿孔采用“孔口封閉法”，進(jìn)行分段、循環(huán)式灌漿，射漿管距孔底≥50cm，在進(jìn)行孔口封閉法灌漿時(shí)采用“自上而下灌漿、小口徑鉆進(jìn)、孔口封閉、不待凝、孔內(nèi)循環(huán)高壓灌漿”的工藝。

漿液應(yīng)由稀到濃逐級變換，水灰比采用5：1、1：1、0.5：1三級（重量比），開灌采用5：1，封孔采用0.5：1，定時(shí)測記漿液密度。

灌漿壓力選取：灌漿分段根據(jù)孔深分為5段以上，1段深2m，壓力≤0.5MPa；2 段深2～5m，壓力≤15MPa；3 段深 5～9m，壓力≤25MPa；4 段深 9～14m，壓力≤4MPa；5 段深 14～19m，壓力≤4MPa；其余段孔深＞19m，壓力≤4MPa。

4.5 結(jié)束和封孔

在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min，繼續(xù)灌注60min；或不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90min，灌漿即可結(jié)束，總灌漿時(shí)間不少于120min。

灌漿孔封孔應(yīng)采用“分段壓力灌漿封孔法”封孔；最后一段灌漿結(jié)束后，利用全孔射漿管，直接壓入0.5：1的濃漿，置換孔內(nèi)稀漿。

5 質(zhì)量檢查及成果分析

5.1 質(zhì)量檢查

試驗(yàn)區(qū)共布置2排孔，總孔數(shù)11個(gè)，灌漿進(jìn)尺339.8m，總注入水泥8043.3kg，最大單注1057.36kg/m，最小單注0kg/m，平均單注23.67kg/m，灌前透水率最大59.87Lu，平均6.17Lu，其中透水率q≤1占35.4%，透水率 q＞（1～5） 占 30.5%，透水率 5≤q＜10 占 24.3%，透水率 10≤q＜50 占6.1%，50≤q＜100占3.7%；單位注入量＜20kg/m占81.71%，單位注入量20～50kg/m占12.21%，單位注入量50～100kg/m占2.44%，單位注入量100～500kg/m占2.44%，單位注入量＞1000kg/m占1.3%。說明試驗(yàn)區(qū)基巖構(gòu)造較完整，但在不同深度存在較多緩傾角構(gòu)造裂隙，個(gè)別部位吸漿量較大，其中Ⅰ序孔平均單注為53.28kg/m，平均透水率為8.28lu；Ⅱ序孔平均單注為7.14kg/m，平均透水率為7.18lu；Ⅲ序孔平均單注為4.27kg/m，平均透水率為3.21lu。

灌漿試驗(yàn)完成之后，選定四個(gè)檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查段次8段，檢查段長為2m、3m、4m、5m、5m、5m、5m、6m。其中，檢查孔J1檢查孔口封閉法灌漿效果，孔距為 2.0m，相應(yīng)段長透水率（lu）為 0.81、0.52、0.18、0.14、0.43、0.43、0.39、0.33，平均透水率 0.4；檢查孔 J2 檢查孔口封閉法灌漿效果，孔距為 1.5m，相應(yīng)段長透水率（lu）為 0.66、0.34、0.2、0.18、0.39、0.37、0.36、0.27，平均透水率0.35；檢查孔J3檢查孔口封閉法灌漿效果，檢查主帷幕與副帷幕灌漿，相應(yīng)段長透水率（lu）為 0.9、0.84、0.52、0.86、0.85、1.25、0.89、0.71，平均透水率 0.74；檢查孔 J4 檢查卡塞式灌漿的效果，相應(yīng)段長透水率（lu）為 0.64、0.3、0.92、0.37、0.38、0.69、0.73、0.57，平均透水率0.58。

根據(jù)檢查孔數(shù)據(jù)分析，采用“孔口封閉法”灌漿的帷幕灌漿孔孔距為1.5m的灌后透水率最小，操作性較強(qiáng)，采用“卡塞式灌漿法”灌漿的效果略差，其透水率相對較大，但均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 成果分析

根據(jù)灌漿前壓水試驗(yàn)分析透水率，Ⅰ序孔平均8.38Lu，Ⅱ序孔平均7.18Lu，Ⅲ序孔平均3.21Lu，說明帷幕灌漿隨著灌漿的延續(xù)，透水率在相應(yīng)減小，效果明顯，說明巖層具有一定的滲透通道，具有可灌性和易灌性。

根據(jù)單位注入率和耗灰量變化分析：透水率普遍在0.5～5Lu之間，試驗(yàn)區(qū)單耗最大孔為Ⅰ序的M1孔，其平均單注量達(dá)53.28kg/m，Ⅱ序孔平均單耗為7.14kg/m，Ⅲ序孔平均單耗為4.27kg/m；單耗從Ⅰ序孔到Ⅱ序孔及到Ⅲ序孔變化明顯，說明灌漿效果明顯，達(dá)到了灌漿目的。

采用“卡塞式灌漿”法，受栓塞安裝影響，僅灌漿段可以施灌，先灌漿區(qū)域?qū)o法續(xù)灌，遇地質(zhì)破碎帶時(shí)，極易形成繞滲，影響質(zhì)量?？妆诘墓饣葘λㄈ拿芊庑杂绊懘螅酀{時(shí)上下移動(dòng)栓塞，栓塞易滑落孔內(nèi)，造成灌漿孔失效。

采用“孔口封閉法”灌漿效果較明顯，同時(shí)帷幕灌漿的壓力較大，若上一段的灌漿壓力不足時(shí)，可以通過下一段的高灌漿壓力進(jìn)行補(bǔ)充，對提高灌漿質(zhì)量有很好的保證。

6 結(jié)論與建議

根據(jù)實(shí)例試驗(yàn)成果分析：投入的鉆孔、灌漿設(shè)備及自動(dòng)記錄儀有較好的適用性；“孔口封閉法”灌漿與“卡塞式”灌漿方法均可滿足設(shè)計(jì)要求，但“孔口封閉法”較“卡塞式灌漿法”更具有可操作性和適用性；造孔、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)和灌漿等工藝配套合理，均能滿足施工要求。