基于EPC模式的拱壩壩基三角區(qū)帷幕灌漿施工技術(shù)

劉 均 鋒，曹 麗 鋒

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)，是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用EPC模式的百萬(wàn)千瓦級(jí)水電站。其擋水建筑為混凝土雙曲拱壩，最大壩高155 m。楊房溝電站拱壩壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)帷幕灌漿設(shè)單排帷幕灌漿孔，孔距均為2 m，孔深均為54 m，左岸19孔，右岸14孔。根據(jù)首臺(tái)機(jī)組在2021年11月30日前投產(chǎn)發(fā)電的要求，該部位帷幕灌漿待大壩混凝土2021年5月澆筑至高程2 102 m且相應(yīng)部位接縫及接觸灌漿施工完成后再進(jìn)行施工。根據(jù)提前發(fā)電的目標(biāo)要求，楊房溝水電站第二階段蓄水計(jì)劃安排在2021年5月1日開(kāi)始，5月20日前蓄水至2 077.4 m，滿足機(jī)組帶水調(diào)試要求，6月30日前蓄水至死水位2 088 m，滿足首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電要求，壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)帷幕灌漿是制約提前發(fā)電的關(guān)鍵項(xiàng)目，為此需對(duì)該部位施工方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2 拱壩壩基三角區(qū)帷幕灌漿方案選擇

按常規(guī)施工進(jìn)度計(jì)劃，大壩混凝土澆筑2020年12月中旬完成→大壩接縫灌漿2021年4月上旬完成→接觸灌漿2021年4月中旬完成→冷卻水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷卻水管封堵期間，完成接縫檢查)→2 054～2 102 m高程三角區(qū)帷幕灌漿2021年8月下旬完成→排水孔2021年10月下旬完成。

根據(jù)下閘蓄水形象面貌：2021年5月1日開(kāi)始水庫(kù)先蓄水至2 077.4 m高程，以滿足帶水調(diào)試最低水位要求。然后再蓄水至死水位2 088 m高程，最終蓄水至正常蓄水位2 094 m。

常規(guī)施工進(jìn)度計(jì)劃與下閘蓄水形象面貌相比，2 054～2 102 m高程三角區(qū)帷幕灌漿施工是制約2021年7月發(fā)電目標(biāo)的關(guān)鍵部位。

為確保下閘蓄水形象面貌和2021年7月發(fā)電目標(biāo)的要求，2 054～2 102 m高程三角區(qū)帷幕灌漿采用“無(wú)蓋重+有蓋重銜接”施工方案，即在2 054～2 102 m高程壩基固結(jié)灌漿完成后大壩混凝土澆筑之前，施工完該部位基巖孔深10 m以下的帷幕灌漿(先對(duì)基巖0～10 m段灌漿形成封閉巖體蓋重)，待大壩澆筑至壩頂時(shí)，且該部位接縫、接觸灌漿完成后，從壩頂施工兩排銜接帷幕對(duì)該部位基巖0～15 m段進(jìn)行帷幕灌漿與原10 m以下的無(wú)蓋重帷幕灌漿有效銜接。

調(diào)整方案后施工進(jìn)度計(jì)劃：壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)無(wú)蓋重帷幕灌漿2020年4月30日完成→大壩混凝土澆筑2020年12月中旬完成→大壩接縫灌漿2021年4月上旬完成→接觸灌漿2021年4月中旬完成→冷卻水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷卻水管封堵期間，完成接縫灌漿檢查)→2 054～2 102 m高程三角區(qū)銜接帷幕灌漿施工2021年6月下旬完成(已利用無(wú)蓋重帷幕灌漿擋水，滿足下閘蓄水形象面貌要求)→排水孔2021年7月下旬完成。

調(diào)整方案后施工進(jìn)度計(jì)劃滿足下閘蓄水形象面貌要求，避免了下閘蓄水后出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，保證了施工質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度。

3 拱壩壩基三角區(qū)帷幕灌漿布孔形式

壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)無(wú)蓋重帷幕灌漿布孔形式為單排，孔距2 m、最大孔深53.32 m、共33孔，見(jiàn)圖1、2。

銜接帷幕灌漿布孔形式為雙排、矩形布置，孔距2 m、排距1 m、最大孔深54 m、共66孔，見(jiàn)圖3、4。

4 帷幕灌漿施工及施工方法

(1)施工程序及方法。無(wú)蓋重帷幕灌漿施工程序：施工準(zhǔn)備→孔位放樣→抬動(dòng)孔施工→先導(dǎo)孔施工→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→檢查孔施工→質(zhì)量驗(yàn)收。銜接帷幕灌漿施工程序：待大壩澆筑高程至2 102 m高程平臺(tái)后進(jìn)行施工準(zhǔn)備→孔位放樣→抬動(dòng)安裝→下游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔)→上游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔) →檢查孔施工→質(zhì)量驗(yàn)收。

圖1 左岸壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)無(wú)蓋重帷幕灌漿布置圖

圖2 右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)無(wú)蓋重帷幕灌漿布置圖

孔深小于20 m無(wú)蓋重帷幕灌漿和銜接帷幕灌漿采用“自上而下”孔內(nèi)阻塞循環(huán)式灌漿法，止?jié){塞阻塞在已灌段底以上0.5 m處，射漿管出口距孔底不大于50 cm。

無(wú)蓋重帷幕灌漿孔深大于20 m時(shí)，帷幕灌漿孔的第一、二段采用 “阻塞灌漿法”進(jìn)行灌漿，第一段止?jié){塞阻塞在距離基巖面不大于40 cm處，第二段灌漿塞阻塞在灌漿段段頂以上0.5 m處。止?jié){塞阻塞在距離灌漿段50 cm處。第三段及以下各段采用自上而下(自孔口向孔底)孔口封閉分段循環(huán)式灌漿法。

圖3 左岸壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)有蓋重銜接帷幕灌漿布置圖

圖4 右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)有蓋重銜接帷幕灌漿布置圖

(2)施工準(zhǔn)備和孔位放樣。為確保施工期安全，無(wú)蓋重帷幕灌漿施工平臺(tái)在壩基固結(jié)灌漿已搭設(shè)的排架基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，以提高安全富裕度，排架間排距及步距由1.8 m×1.8 m×1.8 m調(diào)整為0.9 m×0.9 m×1.8 m，排架搭設(shè)均采用φ48.3 mm×3.6 mm鋼管搭設(shè)。

每個(gè)灌漿孔均經(jīng)測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)質(zhì)檢人員進(jìn)行孔位放樣，所有灌漿孔開(kāi)孔孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于10 cm[1]，鉆機(jī)在孔位、孔向及鉆孔角度調(diào)整好后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)質(zhì)檢人員驗(yàn)收合格后方能開(kāi)鉆。因無(wú)蓋重帷幕灌漿孔孔深較大，帷幕灌漿施工時(shí)，鉆機(jī)固定后，安裝三角輔助架等提升系統(tǒng)升降鉆具。由于帷幕灌漿孔為非垂直孔，安裝三角輔助架時(shí)，應(yīng)盡量使三角架頂部與孔口的連線與孔中心線在一條直線上，以便于施工并減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。

(3)帷幕灌漿施工造孔采用XY2型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配相應(yīng)規(guī)格的金剛石鉆頭和復(fù)合片鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆孔終孔段孔徑不小于φ56 mm[2]。灌漿設(shè)備主要選用3SNS高壓灌漿泵，灌漿自動(dòng)記錄儀為JT-IV型記錄儀。

(4)抬動(dòng)安裝及抬動(dòng)變形觀測(cè)。抬動(dòng)觀測(cè)裝置在壓水和灌漿施工前安裝完畢。拱壩左右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區(qū)無(wú)蓋重，銜接帷幕灌漿每個(gè)壩段各布置一個(gè)抬動(dòng)孔，有蓋重銜接帷幕灌漿抬動(dòng)孔通過(guò)無(wú)蓋重帷幕灌漿抬動(dòng)孔內(nèi)和外管接長(zhǎng)至2 102 m高程壩頂平臺(tái)。抬動(dòng)孔內(nèi)和外管接長(zhǎng)控制措施：有蓋重銜接帷幕灌漿抬動(dòng)孔利用無(wú)蓋重帷幕灌漿抬動(dòng)孔加長(zhǎng)至2 102 m高程壩頂平臺(tái)，提供有蓋重銜接帷幕灌漿抬動(dòng)觀測(cè)使用。為確保內(nèi)、外管接長(zhǎng)施工質(zhì)量，主要采取兩條控制措施：①內(nèi)管和外管管與管之間均利用絲扣管箍連接進(jìn)行加長(zhǎng)，安裝時(shí)通過(guò)加強(qiáng)鋼筋并利用大壩結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行焊接加固，確保內(nèi)、外管垂直度并避免混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)碰撞變形。②為防止混凝土澆筑時(shí)堵塞抬動(dòng)管，安裝時(shí)抬動(dòng)管管口高出混凝土面約0.3 m，管口采用絲堵封堵。

灌漿過(guò)程中，若觀測(cè)到變形現(xiàn)象，應(yīng)立即降低灌漿壓力，在不抬動(dòng)的條件下進(jìn)行灌注；若經(jīng)過(guò)降壓、加濃漿液和較長(zhǎng)時(shí)間的灌注后仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)升壓的目的，就在不抬動(dòng)的條件下灌至不吸漿后待凝，并檢查確定發(fā)生變形部位周?chē)鸁o(wú)安全隱患和其他特殊情況，待凝24 h后掃孔復(fù)灌。

(5)先導(dǎo)孔、檢查孔施工方法和壓水試驗(yàn)、沖洗控制。無(wú)蓋重帷幕灌漿、銜接帷幕灌漿先導(dǎo)孔、檢查孔均采用自上而下分段壓水法，自下而上分段灌漿法。不管采取哪一種方法，灌漿塞阻塞需在各灌漿段段頂以上0.5 m處，射漿管出口距孔底不大于50 cm。先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)采用“單點(diǎn)法”進(jìn)行壓水試驗(yàn)。在灌漿前，對(duì)所有灌漿孔(段)進(jìn)行鉆孔沖洗；沖洗壓力采用灌漿壓力的80%，且不大于1 MPa；沖洗時(shí)間至回水清凈為止，或不大于20 min，孔底沉積厚度不大于20 cm。無(wú)蓋重帷幕灌漿孔10 m以下各灌漿段在灌漿前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，銜接帷幕在各序孔中選取不少于5%的灌漿孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行[3]。

(6)無(wú)蓋重帷幕灌漿孔口管段施工及鉆孔、灌漿段長(zhǎng)、孔深、壓力。

孔口管段指帷幕灌漿孔的第一、二段，鑲鑄孔口管灌漿孔的孔口段鉆孔孔徑φ110 mm，第一、二段灌漿結(jié)束后鑲鑄φ89 mm的孔口管?？卓诠懿捎娩摴埽袢牖鶐r深度為5.0 m，露出孔口0.1～0.2 m?？卓诠芏伟捶峙欧中虻脑瓌t一次性將所有灌漿孔的孔口管段全部完成，采用0.5∶1的水泥漿鑲鑄孔口管。待凝72 h后，按照分排分序逐序加密的原則，再按自上而下分段鉆灌施工。鑲鑄孔口管時(shí)技術(shù)質(zhì)檢人員進(jìn)行旁站，確?？卓诠荑傝T方位角及傾角符合施工圖紙要求。在壩頂最后一倉(cāng)澆筑前預(yù)埋φ159 mm銜接帷幕孔定位鋼管，避開(kāi)大壩預(yù)埋設(shè)施。

灌漿孔分段與鉆孔分段一致。灌漿孔進(jìn)行孔斜測(cè)量，控制孔深20 m以內(nèi)的偏差，孔深20 m以內(nèi)，每5 m測(cè)量一次孔斜，20 m以下每10～15 m測(cè)量一次孔斜。無(wú)蓋重帷幕灌漿0～10 m最大灌漿壓力2.0 MPa，10 m～孔底最大灌漿壓力5 MPa；銜接帷幕灌漿基巖0～15 m最大灌漿壓力2.5 MPa。帷幕灌漿孔口三段以下(10 m以下)灌漿孔段灌前壓水透水率<1.0 Lu時(shí)，該灌漿段與下一灌漿段合并灌漿，但最多不超過(guò)兩個(gè)灌漿段或10 m。

(7)帷幕灌漿施工采用濕磨細(xì)水泥漿液灌注，由稀到濃逐級(jí)變換漿液，水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于P?O42.5。無(wú)蓋重帷幕灌漿孔0～10 m，水灰比為2、1、0.8、0.5四個(gè)比級(jí)；無(wú)蓋重帷幕灌漿孔10 m～孔底，水灰比為3、2、1、0.6四個(gè)比級(jí)灌注；銜接帷幕灌漿水灰比為5、3、2、1、0.6五個(gè)比級(jí)。

漿液變化原則：①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減小時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不能改變水灰比。②當(dāng)某級(jí)漿液注入量已達(dá)500～600 L以上，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，采用濃一級(jí)的水灰比。③逐級(jí)變濃，不能越級(jí)變濃。

帷幕灌漿各灌漿段的結(jié)束條件：當(dāng)灌漿段在最大灌漿壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min后，結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束，封孔如下：①采用自上而下分段灌漿法灌漿結(jié)束后，使用水灰比為0.5的漿液置換孔內(nèi)稀漿或積水，采用全孔灌漿法封孔。封孔灌漿的壓力不小于2 MPa，灌漿持續(xù)時(shí)間不小于1 h。②采用孔口封閉灌漿法灌漿結(jié)束后，采用全孔灌漿法封孔，封孔壓力使用該孔最大灌漿壓力，灌漿持續(xù)時(shí)間不小于1 h。③壩體混凝土內(nèi)銜接帷幕鉆孔封堵采用純壓式灌漿封孔，水灰比為0.5∶1，封孔灌漿的壓力不宜超過(guò)0.1 MPa。④采用全孔灌漿法封孔后，待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余部分大于3 m時(shí)，繼續(xù)采用導(dǎo)管注漿法進(jìn)行封孔。小于3 m時(shí)，使用干硬性水泥砂漿人工封填搗實(shí)。

5 對(duì)施工過(guò)程中特殊情況的處理

(1)無(wú)蓋重帷幕灌漿施工時(shí)，為避免淺表層灌漿漏漿，施工時(shí)先對(duì)淺表層的第一、二段進(jìn)行預(yù)壓水，發(fā)現(xiàn)裂隙滲漏時(shí)，及時(shí)對(duì)裂隙進(jìn)行嵌縫、封堵[4]。

(2)灌漿中斷。為避免灌漿中斷現(xiàn)象發(fā)生，可采用四種方法解決：①選擇規(guī)格達(dá)標(biāo)和質(zhì)量良好的灌漿管材，并在施工前和施工過(guò)程中對(duì)管材進(jìn)行定期檢查。②選用滿足施工要求的設(shè)備，并做好設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)。③施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)校驗(yàn)灌漿儀器、儀表，保證儀器、儀表滿足帷幕灌漿施工要求。④定期檢修供電系統(tǒng)，以避免由于停電而中斷灌漿。若施工中發(fā)生灌漿中斷，應(yīng)盡快排除故障，立即恢復(fù)灌漿。如中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(超過(guò)30 min)，應(yīng)立即沖洗鉆孔，盡快恢復(fù)灌漿；當(dāng)無(wú)法沖洗或沖洗無(wú)效時(shí)，則掃孔后復(fù)灌。

(3)射漿管凝鑄。孔口封閉灌漿過(guò)程中，存在三個(gè)因素：①由于漿液在一定條件下會(huì)產(chǎn)生膠結(jié)凝固現(xiàn)象；②漿液在壓力作用下會(huì)失水，且水泥水化熱使?jié){液凝結(jié)時(shí)間縮短；③射漿管若與孔壁距離過(guò)深，漿液循環(huán)受堵也會(huì)在管口凝結(jié)。以上原因均會(huì)造成射漿管被水泥漿凝鑄，針對(duì)上述問(wèn)題，采取相應(yīng)的措施預(yù)防[5]：在灌漿深孔較大時(shí)將孔口封閉器換成旋轉(zhuǎn)孔口封閉器，并經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)和上下活動(dòng)灌漿管，回漿管保持有15 L/min以上的回漿量，以防止灌漿管在孔內(nèi)被水泥漿凝住。同時(shí)，對(duì)漿液濃度進(jìn)行定期檢測(cè)，如灌漿已進(jìn)入結(jié)束條件的持續(xù)階段，改用水灰比為2或1的較稀漿液灌注。

6 無(wú)蓋重帷幕灌漿效果檢查

帷幕灌漿工程的質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合對(duì)施工記錄、施工成果和檢驗(yàn)測(cè)試資料的分析，進(jìn)行綜合評(píng)定。

(1)壓水試驗(yàn)。左岸無(wú)蓋重帷幕灌漿布置1個(gè)先導(dǎo)孔，進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水7段，最大透水率2.17 Lu，平均透水率1.20 Lu。灌后共布置2個(gè)檢查孔，共計(jì)進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水18段，最大透水率1.03 Lu，平均透水率0.15 Lu。灌后最大透水率較灌前減少52.53%，灌后平均透水率較灌前減少87.50%，灌后檢查孔各段壓水透水率僅1段為1.03 Lu，其余均小于1 Lu，壓水檢查結(jié)果符合壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)不大于3 Lu的要求。

右岸無(wú)蓋重帷幕灌漿布置2個(gè)先導(dǎo)孔，共計(jì)進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水13段，最大透水率13.75 Lu，平均透水率3.67 Lu。灌后共布置3個(gè)檢查孔，共計(jì)進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水21段，最大透水率1.05 Lu，平均透水率0.26 Lu。灌后最大透水率較灌前減少92.36%，灌后平均透水率較灌前減少92.92%，灌后檢查孔各段壓水透水率僅1段為1.05 Lu，其余均小于1 Lu，壓水檢查結(jié)果符合壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)不大于3 Lu的要求。

(2)根據(jù)各次序孔透水率及單位注入量的成果分析，平均單位注入量隨灌漿次序的增加而減少，符合各次序灌漿的變化規(guī)律。

(3)經(jīng)過(guò)灌漿后，灌后檢查孔巖芯裂隙內(nèi)水泥結(jié)石充填較明顯，巖芯完整性較好。

(4)鉆孔全景圖像分析。無(wú)蓋重帷幕灌漿灌后全景圖像顯示：灌后檢測(cè)孔孔壁光滑，巖體完整性好，巖體裂隙中水泥充填明顯。

(5)無(wú)蓋重帷幕灌漿成果總體滿足設(shè)計(jì)要求，為加強(qiáng)巖體淺表層灌漿質(zhì)量，后續(xù)應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)措施進(jìn)行基巖0～15 m銜接帷幕灌漿施工，以確保銜接帷幕灌漿效果。

7 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)蓋重帷幕灌漿壓水成果、取芯芯樣、鉆孔全景圖像等資料分析，無(wú)蓋重帷幕灌漿成果滿足設(shè)計(jì)要求。為加強(qiáng)無(wú)蓋重帷幕灌漿巖體淺表層灌漿質(zhì)量，后續(xù)在大壩澆筑至高程2 102 m且相應(yīng)部位接縫及接觸灌漿施工完成后再進(jìn)行基巖0～15 m銜接帷幕灌漿施工，以保證無(wú)蓋重帷幕灌漿淺表層灌漿效果。三角區(qū)“無(wú)蓋重+有蓋重銜接”帷幕灌漿通過(guò)實(shí)踐證明，在保證施工質(zhì)量、安全的前提下，確保了工程下閘蓄水和首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)，是一套較為完善的、成熟的施工技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)和效果明顯。楊房溝水電站拱壩壩基三角區(qū)帷幕灌漿施工技術(shù)可行且合理可靠，對(duì)下閘蓄水和提前發(fā)電的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要意義，同時(shí)也為類似水電站壩基三角區(qū)帷幕灌漿施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有推廣價(jià)值。