永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工分析

【摘要】隨著我國建設(shè)工程的大力發(fā)展，各項科技的進步，我國水利水電工程建設(shè)在國民經(jīng)濟中起到了不可怱視的作用。在水利水電工程中，灌漿技術(shù)是進行工程地基處理中一項十分重要且應(yīng)用廣泛工程措施，加上水利水電工程的特殊性，地基處理及灌漿技術(shù)需要有更高的要求。在這些地基處理的灌漿施工中，帷幕灌漿技術(shù)對水利工程修建加固以及防滲都起著重要的作用，本文對永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工全過程分析，揭示了這個帷幕灌漿試驗的全過程，取得了本工程帷幕的施工參數(shù)。對同類工程具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】永定橋；帷幕灌漿試驗；施工分析

1、工程概況

1.1 工程簡介

四川永定橋水利工程為瀑布溝水電站移民安置配套工程，由首部樞紐工程及輸水渠系工程兩大部分組成。永定橋壩址距離下游宜東鄉(xiāng)約3km，宜東至支流許家溝與流沙河匯合口約16km，沿流沙河下行約2km至富莊鄉(xiāng)，下行約10km為九襄，下行約22km至漢源。永定橋壩址距漢源縣城約53km，控制集水面積142.7km2，河長17.6km，河道比降46.0‰，控制面積占流沙河全流域面積的12.4%，壩址處水面高程約1450m。擋水建筑物為重力式碾壓混凝土壩，壩高125米。

1.2 工程地質(zhì)條件

帷幕灌漿試驗區(qū)位于左岸壩肩段，永定橋水庫壩址區(qū)兩岸基巖出露地層主要為志留系中統(tǒng)羅惹坪組（S2l）碳酸巖和三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）砂頁巖，地層產(chǎn)狀 N55°～85°E/SE∠8-25°，總體傾右岸下游。志留系中統(tǒng)羅惹坪組（S2l3）：灰白色中厚層狀細晶白云巖，勘探揭示厚度大于212m，主要分布于壩址谷底及兩岸谷坡，單層厚度以20～40cm為主，60～100cm次之，少量10～20cm。三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）：灰、深灰色厚層狀砂巖及薄層狀炭質(zhì)頁巖夾煤線，勘探揭示厚度大于70m，與下伏志留系白云巖呈平行不整合接觸關(guān)系，分布于壩區(qū)右岸1500～1530m高程以上谷坡。

從地質(zhì)構(gòu)造上看，壩址區(qū)位于宜東向斜北東翼近軸部，巖層舒緩波狀起伏，地層產(chǎn)狀N55°～85°E/SE∠8-25°，總體緩傾右岸略傾下游。壩址區(qū)無大的斷裂分布，構(gòu)造形式以次級小斷層、層間擠壓錯動帶和節(jié)理裂隙為主。據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及勘探平洞揭示，壩址區(qū)內(nèi)有6條小斷層出露，破碎帶寬度一般小于50cm，由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖及線狀斷層泥組成，延伸長度一般小于50m。層間錯動帶由糜棱巖、角礫巖或碎裂巖組成，寬度一般0.2～0.3m，產(chǎn)狀平緩，一般沿巖層界面斷續(xù)延伸長約10～20m。

1.3 工程量及工期

壩基帷幕灌漿工程分為兩個試驗區(qū)，分別在第二和第四單元，于2012年12月10日開孔，2013年6月28日灌漿結(jié)束；累計完成混凝土鉆孔86.35m，巖石鉆灌1582.7m，總注漿量為216637.11kg，平均單耗為136.88kg/m。

2、灌漿試驗布置

2.1帷幕灌漿總體布

根據(jù)永定橋水庫的實際地質(zhì)及地形情況，帷幕灌漿共布置有四層灌漿洞和左岸地面帷幕灌漿，向大壩兩岸延伸至山體深部，形成大壩的整體防滲屏障。防滲帷幕均沿灌漿交通廊道和壩肩的各層灌漿洞布置，各層灌漿洞編號分別為：左、右岸1429灌漿平洞，為雙排帷幕；左、右岸1469灌漿平洞為雙排帷幕；左、右岸1508灌漿平洞，為單排帷幕；右岸1545.5灌漿平洞，為單排帷幕；左岸地面帷幕灌漿，為單排帷幕。帷幕灌漿布置：孔距為2.0m，距灌漿洞上游邊墻0.5m布置。

3、灌漿試驗施工

3.1施工方法

灌漿施工按照逐序加密的原則，對于N1廊道左岸帷幕灌漿試驗段：“下游排先導(dǎo)孔（1個）→下游排Ⅰ序孔（1個）→下游排Ⅱ序孔（1個）→下游排Ⅲ序孔（2個）→上游排先導(dǎo)孔（1個）→上游排Ⅰ序孔（1個）→上游排Ⅱ序孔（2個）→上游排Ⅲ序孔（1個）”的順序進行；對于N1廊道壩基帷幕灌漿試驗段：“下游排Ⅰ序孔（2個）→下游排Ⅱ序孔（2個）→下游排Ⅲ序孔（1個）→上游排先導(dǎo)孔（1個）→上游排Ⅰ序孔（1個）→上游排Ⅱ序孔（2個）→上游排Ⅲ序孔（1個）”的順序進行，序間在巖石中灌漿的間隔高差不得小于15m。灌漿開始前布置抬動觀測孔，灌漿完成不少于3天后進行灌漿檢查孔的施工。

3.2鉆進成孔

（1）鉆孔

鉆孔采用XY-2鉆機回轉(zhuǎn)鉆進成孔回轉(zhuǎn)鉆進成孔的方法。灌漿孔的鉆孔直徑為Ф59mm，檢查孔和先導(dǎo)孔的鉆孔直徑均為Ф75mm?？卓诙危卓诠苈裨O(shè)段）鉆孔為Ф91mm。

鉆孔過程中做好班報記錄。灌漿試驗孔及檢查孔均采取巖芯，并拍照、描繪處理。

成孔質(zhì)量按照帷幕灌漿孔的設(shè)計要求進行控制，孔位偏差不大于10cm，孔深符合設(shè)計規(guī)定。各鉆孔孔底偏差均符合DL/T 5148-2012灌漿規(guī)范中的有關(guān)孔底偏差規(guī)定。

（2）孔口管的埋設(shè)

上部孔段在灌漿（采用栓塞法）結(jié)束后，埋設(shè)孔口管并待凝24h以上。埋設(shè)深度為深入基巖內(nèi)至少2.0m，并對方位、頂角進行了校核，下游排鉆孔為直孔頂角為0°，上游排鉆孔為斜孔，鉆孔頂角壩體部為5°、左右兩岸廊道上游排為5.06°，垂直于壩軸線向上游方向傾斜，鉆孔取芯及巖芯巖性見先導(dǎo)孔。按照規(guī)范要求，壩基帷幕灌漿采用自上而下進行分段灌漿。

3.3 鉆孔沖洗

為保證裂隙通暢，鉆孔本段鉆進完畢以后均采用有壓沖洗，沖洗在本孔段鉆進結(jié)束后進行，采用壓力水進行沖洗至回清水10分鐘后結(jié)束。

3.4 壓水試驗

鉆孔壓水試驗采用試驗器栓塞隔離試段，進行單點法和五點法（監(jiān)理要求在中間各取兩段）相結(jié)合壓水試驗。

3.5灌漿

3.5.1灌漿方式

采用孔口栓塞法，孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿，根據(jù)孔內(nèi)地層情況，裂隙部位、透水量大的部位等可選用純壓式方法.

3.5.2鉆孔分序

分為三序，其中每排先導(dǎo)孔在每孔段灌漿前進行單點法壓水試驗，其余后序孔均只做簡易壓水，孔序高差要求為15m。

3.5.3孔內(nèi)分段

進入基巖內(nèi)第一段2m，第二段3m，第三段以后一般6m，特殊情況（大量涌水、大量漏水等情況）可適當縮短段長試驗，最后一段可不大于8m，根據(jù)終止孔段應(yīng)滿足透水率不大于3Lu的要求，否則應(yīng)繼續(xù)加深試驗，直至達到透水率不大于3Lu以下5米。

3.6灌漿設(shè)備

鉆灌孔施工采用XY-2型鉆機，該型鉆孔在全國水利等行業(yè)受到普遍地使用。

灌漿泵采用3SNS黑旋風(fēng)泵。該泵能充分保證灌漿、壓水時壓力和流量的需要。

孔口封閉器采用自行研制的孔口封閉器，該封閉器具有良好性能：灌漿過程中灌漿管可連續(xù)轉(zhuǎn)動和升降，對漿液密封性好，從而有效避免了漿管被凝固等現(xiàn)象發(fā)生。

灌漿、壓水記錄使用FEC-GJ3000型自動記錄儀，該儀器在小浪底等工程中得到了廣泛應(yīng)用。

3.7灌漿材料與漿液制備

3.7.1灌漿材料

灌漿用水泥材料采用四川峨勝水泥集團股份有限公司生產(chǎn)的峨勝牌P.042.5R號普通硅酸鹽水泥，材質(zhì)經(jīng)檢驗合格。為保證拌制漿液的質(zhì)量，嚴禁使用受潮結(jié)塊的水泥。

3.7.2漿液制備

制漿過程中，制漿站配制的水灰比為0.5：1的純水泥濃漿；灌漿現(xiàn)場根據(jù)灌漿需要，對制漿站配制的漿液，定量加水及必要的其它材料進行拌和，配制所需濃度的漿液，配制的漿液分5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5：1等7個濃度級別。

3.8灌漿壓力

第一段采用的灌漿壓力為：（先導(dǎo)孔）第Ⅰ序孔為1.3MPa，第Ⅱ序孔為1.5MPa，第Ⅲ序孔為1.8 MPa。第一段以下的各段，以第一段為基礎(chǔ)，自第一段段頂位置起算，每增加1m孔深，壓力增加0.042-0.046MPa，但最大壓力以2.4～3.0MPa為限，灌漿壓力均指孔口回漿管壓力.

灌漿時根據(jù)實際灌漿情況：涌水量、涌水壓力、單位耗漿量等，在征得現(xiàn)場監(jiān)理工程師同意后，隨時調(diào)整灌漿壓力，以確保灌漿質(zhì)量。按照設(shè)計提供的灌漿壓力計算公式，計算所得灌漿壓力對地層產(chǎn)生的抬動都在設(shè)計范圍之內(nèi)，可以采用。

為保證帷幕灌漿效果，開灌水灰比為5：1，由于0.6：1的水泥漿液與0.5：1的水泥漿液性能基本相似，類似灌漿工程中，很少同時采用0.6：1和0.5：1的水泥漿液。故建議壩基灌漿采用如下：5：1，3：1，2：1，1：1，0.8：1，0.5：1六個比級的水泥漿，由于在鉆進和灌漿過程中出現(xiàn)掉鉆和巖石分層并且在同一層面上相互貫通，我部采取的堵漏特殊處理方案也是可行的。

檢查孔在兩個單元的A19號孔旁邊與A39號孔旁邊在上下游排中間各布1個，分別為N1W-2-J1與N1W-2-J1孔徑Ф76mm，孔深以不大于灌漿孔深為準，都是在序孔結(jié)束7天后進行開孔試驗的。采用金剛石回轉(zhuǎn)取芯鉆進，巖芯按要求保存，并進行相應(yīng)描述，巖芯采取率一般應(yīng)在85%以上。壓水檢查采用單點法壓水。

4、成果分析

灌漿試驗工作結(jié)束后，根據(jù)先導(dǎo)孔和檢查孔的鉆孔、灌漿、壓水檢查等資料的匯總，按照DL/T 5148-2012灌漿技術(shù)規(guī)范中灌漿成果分析的要求，對本次灌漿試驗的灌漿效果進行了如下分析。

4.1壓水試驗透水率分析

各段次的透水率值及頻率分布見下表。

從其透水率值的分布來看，巖體大的裂隙主要分布在60米以上比較集中，巖體整體的透水性較強。

（1）從成果一覽表上的兩個先導(dǎo)孔的透水率看，A19孔和A39號孔的透水性都比較強，且兩孔在同深度位置處，透水率值都比較大；說明巖性的透水性變化比較規(guī)則，大的滲漏點都在同一個裂隙上，而本次排距的布置可以有效避免漏灌區(qū)域的發(fā)生，使帷幕體的形成做到完整性。

（2）從總體的透水率看，位于微弱--較弱透水性的分布區(qū)間內(nèi)的孔段數(shù)占18.9%；其余透水率值較大的孔段中，對防滲的要求影響非常大，可能會因為裂隙過大孔距滿足不了帷幕體的要求，兩岸達不到帷幕線的閉合，透水性較強的部位主要位于0.7～60m孔深范圍內(nèi)，與設(shè)計圖紙中的地質(zhì)勘探資料不相符合。

4.2單位注灰量分析

各孔段的注灰量與壓水試驗的成果是一致的；60米以上孔段的注灰量較大，60米以下孔段注灰量相對較小這充分的說明了巖體的完整性較差。

從各孔段的單位注灰量看，（1） 微弱—弱透水率值的孔段對應(yīng)的單位注灰量均分布于100～500kg/m區(qū)間內(nèi)，說明這些孔段部位巖體完整性比較差，根據(jù)已開挖的大壩壩基巖體來看巖體都是分階層并且空隙較大，這也從側(cè)面印證了本次壓水成果的可信度和準確度；（2） 較強—強透水率值的孔段對應(yīng)的單位注灰量均大于1000kg/m區(qū)間內(nèi)。說明通過本次灌漿施工，每一處透水性強的孔段部位，均得到了很好的灌注，從而充分的保證了巖體防滲帷幕得以逐漸形成。

4.3檢查孔效果檢查分析

4.3.1檢查孔壓水試驗

本次檢查孔完成單點法壓水試驗33段、五點法壓水2段，透水率最大值4.57Lu，大于1.0Lu的占18段，合格率為48.6%，滿足不了工程≤1Lu的防滲要求。各孔段的透水率值見成果一覽表。并按<1、1～2、2～3、3～10、10～100、≥100的頻率區(qū)間。

5、成果結(jié)論

從上述灌漿試驗的布置、施工、灌漿效果檢查、灌漿成果分析等的綜合評價來看，本次灌漿試驗可得出如下結(jié)論：

⑴、巖體情況自孔口至60米以內(nèi)相對比較破碎，分階層向下游滲漏，這是大壩最大的滲漏隱患，60米以外相對比較完整；

⑵、所采用的孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段的灌漿方法是可行的；

⑶、所采用的多水灰比級、純水泥漿液進行灌注是可行的；

⑷、設(shè)計的灌漿孔排距（0.55m）、孔深找到小于3LU帷幕線等布孔參數(shù)是可行的；

⑸、試驗中采用的各孔段設(shè)計灌漿壓力值是合理的，對各項灌漿控制措施是可行的。

⑹、所采用的滲漏特殊處理方案是可行的。

6、結(jié)束語

水利水電工程帷幕灌漿是行業(yè)中涉及面最廣、問題最復(fù)雜的一個施工過程，帷幕灌漿不僅直接關(guān)系到水利樞紐工程功能的正常發(fā)揮，而且對于工程投資也會產(chǎn)生重大的影響。同時也是水利工程安全的重要保障，是保證工程永久利益的必須條件。由于帷幕灌漿引起的工程事故時有發(fā)生，輕則修改設(shè)計延誤工期，嚴重時造成工程失事，給人民生命財產(chǎn)帶來重大損失。而帷幕灌漿試驗是否具有指導(dǎo)性，是水利水電工程帷幕灌漿成敗的關(guān)鍵。本文通過對永定橋水庫帷幕灌漿試驗施工過程的闡述及分析，不僅來永定橋水庫大壩樞紐的帷幕灌漿提供的施工依據(jù)，而且為此類白云巖、灰質(zhì)石灰?guī)r質(zhì)的壩基帷幕灌漿施工提供了參考。具有較強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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作者簡介：高紅星，中國水利水電第四工程局.