角木塘水電站帷幕灌漿施工質量控制及特殊情況處理

(中國水利水電第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概況

角木塘水電站位于貴州省道真縣境內(nèi)，屬于芙蓉江第10級電站，裝機容量70MW，總庫容為3259萬m3，擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，壩高56m，壩軸線長度154.8m，其中溢流壩段長82.5m。工程主要任務是發(fā)電。大壩帷幕灌漿分為三個區(qū)段，即右岸灌漿平洞區(qū)段、大壩區(qū)段、左岸灌漿平洞區(qū)段，帷幕線總長為425m，共計197個灌漿孔，包括22個先導孔;灌漿孔分為單排孔和雙排孔兩種類型，其中雙排孔段僅有32個孔，孔距1.5m；其余全部是單排孔，孔距2.5m，分為三序灌漿施工。

2 帷幕灌漿施工質量控制要點

帷幕灌漿是用漿液灌入巖體或者土層的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以減小滲流量或降低揚壓力的灌漿。角木塘水電站工程帷幕灌漿施工工藝采用自上而下、分段分序鉆孔灌漿法，回旋式地質鉆機鉆孔，高壓灌漿泵注漿，孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)，人工調節(jié)灌漿壓力的施工方法。

2.1 灌漿孔布孔

根據(jù)工程設計參數(shù)要求合理布設灌漿孔。該工程帷幕灌漿多數(shù)為單排灌漿孔，分三序施工，孔距2.5m，孔徑76mm。灌漿孔鉆孔位置與所設計孔位最大偏差不得超過10cm。如果出現(xiàn)特殊情況需要調整孔位，必須上報監(jiān)理工程師批準后方可施工，并認真做好孔位記錄。開展鉆孔施工操作時，機座用水平尺校正水平，保證安全平穩(wěn)、牢固。鉆孔時用清水鉆進，然后根據(jù)巖層情況加壓、慢轉速，逐步進入正常鉆速。

鉆孔的順序要依據(jù)帷幕灌漿分序原則施工，首先進行先導孔施工，相同次序孔可以在相同時間段展開鉆孔施工。鉆孔作為帷幕灌漿施工的首道工序，也是尤為重要的環(huán)節(jié)，成孔質量直接影響帷幕灌漿施工的質量及施工效果。因此，想要又好又快地完成施工，設置鉆架和鉆機時，必須先對場地實施整平清理操作，并依據(jù)工程情況鋪設相應的木板并搭設鉆孔平臺，安裝的鉆機要保持在穩(wěn)定、端正的狀態(tài)。鉆機安放完工后，必須對鉆機進行試驗，明確鉆機的動力、供電等設備后方可正常施工。每次鉆孔時要認真檢查所用鉆桿、鉆具及其零部件，禁止使用彎曲的鉆桿或鉆具。

鉆孔過程中，遇到巖層、巖性變化，發(fā)生掉鉆、塌孔、鉆速變化、回水失色、失水、涌水等異常情況，應詳細做好記錄。

2.2 嚴格控制孔向

帷幕灌漿孔設計要求鉛垂孔，每個灌漿孔實施鉆進操作時必須多次檢測孔斜，實際操作步驟如下：孔深大于30m每隔5m進行一次測斜操作，小于30m每隔10m進行一次測斜。

實際施工時必須注意，合理控制上部20m范圍內(nèi)的孔斜，帷幕灌漿鉆孔孔底最大允許偏差如表1。如果實施測斜操作發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜值大于設定的最大允許規(guī)范值，及時進行針對性的糾偏措施。如果糾偏效果不佳，必須重新開孔，新開孔位距原孔位20cm以內(nèi)，孔底偏差符合允許偏差要求。

表1 鉆孔孔底設定的最大允許偏差值

2.3 孔深及灌漿段長度控制

帷幕灌漿按照分序分段灌漿施工原則，每個鉆進回次，都要對鉆桿和鉆具進行量測，確保每段鉆孔長度符合規(guī)范要求，最終鉆孔深度不小于設計孔深。特殊情況下依據(jù)監(jiān)理工程師意見進行灌漿段長度的適量調整。本工程灌漿段長度為5m，施工中各灌漿段長度誤差控制在30cm以內(nèi)，遇到斷層、巖溶等地質情況，可把灌漿段長調整在3.0m以內(nèi)。因塌孔或掉塊難以鉆進時，可先進行灌漿處理，再鉆進；如發(fā)現(xiàn)漏水或者涌水，查明情況、分析原因，處理后再進行鉆進。

2.4 鉆孔沖洗施工控制

灌漿或壓水試驗前必須進行孔壁和裂隙沖洗。沖洗方法為：鉆灌段成孔后，將鉆具提離孔底20cm，用清水進行初步?jīng)_洗；把灌漿管及栓塞下到位置后，用清水加壓進行脈動沖洗，沖洗壓力不大于本段灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa，則采用1MPa，沖洗至返清水止。

壓水試驗工作包括洗孔、水位測量、儀表安裝和壓力流量觀測等步驟。壓水試驗前應測定地下水位。壓水試驗的壓力為灌漿壓力的80%，壓水試驗采用單點法。

壓入流量穩(wěn)定標準：在穩(wěn)定壓力下，每5min測讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值10%，或最大與最小之差小于1L/min時，本階段試驗即可結束，最終值作為計算值。

2.5 灌漿工序控制

2.5.1 灌漿材料

帷幕灌漿工程采用的水泥品種，應滿足帷幕灌漿施工需要。角木塘電站帷幕灌漿施工使用PO42.5硅酸鹽水泥作為灌漿材料。對灌漿施工中遇到斷層、裂隙及溶腔等特殊地質條件時，采取在水泥漿內(nèi)加入粉煤灰，或者加入鋸末、速凝劑等添加物，其材料的摻入量根據(jù)現(xiàn)場試驗結果確定，并將試驗結果報送監(jiān)理工程師批準后繼續(xù)施工。

2.5.2 帷幕灌漿施工

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法。灌漿方式采用循環(huán)式，射漿管距孔底不大于50cm。帷幕灌漿液濃度應由稀變濃，逐級變換，漿液變換按以下方式執(zhí)行：

(1)當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；

(2)當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達1h而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級；

(3)當注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

采用孔口封閉法灌漿，灌漿段在最大灌漿壓力下，當注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min可結束灌漿。灌漿過程中應經(jīng)常轉動或上下活動灌漿管，以防灌漿管在孔內(nèi)被水泥漿凝住。進行灌漿操作中發(fā)生串孔、冒漿、漏漿、注入率突然增大等方面問題時，應及時制定合理的處理方案，上報監(jiān)理工程師審批后方可施工。

2.6 封孔施工

水利工程完成灌漿后，必須采用置換灌漿封堵法展開孔洞密封操作。帷幕灌漿結束后采用“全孔灌漿法”進行封孔，每一個帷幕灌漿孔結束后，采用0.5∶1的濃漿置換孔內(nèi)清漿，封孔壓力與最大灌漿壓力相同，持續(xù)30min方可結束，孔口空余部分用人工拌制水泥砂漿封滿，孔口與混凝土表面齊平。

3 角木塘電站帷幕灌漿施工中特殊情況處理

針對灌漿過程中出現(xiàn)的特殊情況，現(xiàn)場施工人員和監(jiān)理工程師及時探討，采取如下措施進行了處理，并做好過程記錄。

3.1 冒漿處理方法

在帷幕灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)有漿液通過裂縫向上冒出，或者沿著混凝土與基巖接觸縫冒出時，應根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵等處理措施，同時控制灌漿壓力，加大漿液濃度，設置適當?shù)倪M漿量；等冒漿情況停止后，逐漸增壓至設計壓力，再進行正常灌漿工序施工。

3.2 串漿處理方法

在帷幕灌漿操作時，出現(xiàn)漿液從其它灌漿孔內(nèi)流出，檢查發(fā)現(xiàn)這是因巖石中裂隙互相串通引起的，判斷為灌漿串孔問題。若串漿孔具備灌漿條件，可以同時進行灌漿，應一泵一孔。如果不具備同時灌漿條件，可以堵塞串漿孔，待灌孔灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進或灌漿。同時應適當加長相鄰灌漿孔之間的施工間隔時間，避免新灌入的水泥漿把之前灌入裂隙內(nèi)的漿液凝結物沖開，造成新的問題。

3.3 灌漿中斷情況的處理

在角木塘電站帷幕灌漿施工中，因出現(xiàn)突發(fā)事件造成灌漿中斷施工時，現(xiàn)場施工人員采取以下措施進行了處理：

(1)對影響灌漿的因素進行查找，快速處理，縮短中斷時間，盡快恢復灌漿；

(2)若灌漿中斷時間大于30min時，應立即沖洗鉆孔，再恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效，則應進行掃孔，而后恢復灌漿；

(3)恢復正常灌漿操作后，應使用開灌比級的水泥漿進行灌注。若注入率與中斷前相近，即可采用中斷前水泥漿的比級繼續(xù)灌漿；若注入率較中斷前減少較多，應逐級加濃漿液繼續(xù)灌注；若注入率較中斷前減少很多，且在短時間內(nèi)停止吸漿，應采取補救措施。

3.4 大耗漿孔的處理方法

在角木塘電站帷幕灌漿施工中，因存在斷層或溶腔等地質缺陷，多次出現(xiàn)帷幕灌漿孔耗漿量過大情況，灌漿施工長時間無法達到施工標準，發(fā)現(xiàn)這一問題時，及時報送監(jiān)理工程師一同探討制定了合理的處理措施：

(1)降低灌漿壓力，提高漿液濃度，待耗漿量減小后，再逐步恢復正常灌漿施工；

(2)先灌入一定量的漿液，等待3h后，再進行灌漿，反復待凝直到耗漿量減小，恢復正常灌漿；

(3)針對漿液流量不大，但灌漿時間過長情況，采用在漿液內(nèi)添加速凝劑的方式，加快水泥漿凝結速度，提高灌漿孔周圍裂隙充填效率，從而達到施工標準；

(4)在使用以上方法均無效的情況時，采用砂漿進行溶腔充填，之后重新掃孔，再進行帷幕灌漿施工；或者在灌漿漿液內(nèi)添加鋸末、黃豆等方法，先封堵溶腔和大裂隙，再重新掃孔后進行帷幕灌漿施工。

3.5 出現(xiàn)涌水情況的處理方法

在帷幕灌漿施工中，因存在貫穿的裂隙導致個別灌漿孔有涌水情況，現(xiàn)場施工中及時對灌漿孔進行標識，同時測記涌水壓力和涌水量，根據(jù)涌水情況，選用下列措施綜合處理：

(1)采用自上而下分段灌漿時，縮短灌漿段長，提高灌漿壓力；

(2)采用全段純壓式灌漿，根據(jù)涌水壓力，適當提高灌漿壓力；

(3)采用提高灌漿濃度，添加速凝劑的方式，加快裂隙封堵；

(4)對出現(xiàn)涌水的灌漿段灌漿達到結束條件后，延長繼續(xù)灌漿時間，屏漿等待一段時間后，再進行全段灌漿封孔法封孔。

4 結論

在角木塘水電站工程帷幕灌漿施工中，因地質條件復雜，灌漿施工影響因素較多，灌漿工序控制難度較大，而帷幕灌漿施工質量將直接關系到水庫安全蓄水，乃至電站投產(chǎn)發(fā)電后的正常運行，關乎整個工程的施工質量。因此在帷幕灌漿施工中，我們嚴格按照灌漿施工規(guī)范要求，安排專人對各施工工序進行全程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時查找原因，盡快處理，提高了施工效率和施工質量。