壩基風化囊處理技術及分析

牛浩君，趙均法

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118216）

1 概 況

某水電站為EPC工程，位于非洲中部，屬徑流、低壩有壓引水式電站，以發(fā)電為主，屬Ⅲ等中型工程，電站裝機容量120 MW，裝機4臺，單機容量30 MW。

電站首部樞紐攔河壩由河床段折線型混凝土重力壩和左右岸均質粘土心墻土石壩組成。攔河壩全長383.0 m，最大壩高26.0 m，壩頂高程586.0 m，溢流偃頂工程577.0 m。14號壩段位于右岸河床為溢流重力壩。

攔河壩分二期施工，一期右岸導流，左岸施工1～10號壩段；二期沖砂閘導流，施工右岸11～16號壩段。

壩基坐落在強～弱風化巖石基礎上，強～弱風化巖體較破碎，節(jié)理間距一般為0.3～0.8 m，屬碎裂結構，一般破碎巖體垂直厚度為5～15 m，局部垂直厚度達37 m，巖體質量指標RQD值一般小于50，壩基巖體為Ⅲ(AⅢ2)類。

壩基巖體透水性較強，中等～強透水層厚度較大，一般為20～30 m，中部最深達58 m，局部透水率多在0.9 L/（min·m·m）左右。

2 溢流重力壩14號壩段壩基風化囊處理

由于電站概念設計階段的地質物探資料采用國外某公司的成果，電站施工合同簽訂以后，設計院對電站進行了補充勘探工作，對國外某公司的地勘成果進行了驗證，雖然對攔河壩壩基安排布置了探孔作業(yè)，也探明了14號壩段存在風化囊?guī)?，但未進行加密探孔作業(yè)，在基坑開挖階段，未發(fā)現壩基深層的風化囊?guī)А?/p>

14號壩段清基后進行了基礎混凝土澆筑，在對14號壩基混凝土澆筑3 m厚蓋重后進行固結灌漿鉆孔時，發(fā)現14號壩段距離壩基下部2 m基巖下部存在風化囊，通過鉆孔判斷存在厚度為0.5～5.0 m、面積約50 m2的風化囊?guī)?，風化囊物質為風化砂。

判明壩基存在風化囊后，施工方工程技術人員高度重視，召集由設計院專家參加的課題組，在不破壞已澆筑混凝土前提下對風化囊處理方案進行了深入細致的研究，通過鉆孔勘探等手段，判明了風化囊的深度和范圍，初步擬定了高壓風吹沙將風化囊內的天然沙吹出，然后回填細石混凝土；通過加密孔對風化囊范圍內的基礎進行固結灌漿、帷幕灌漿等手段，確保了風化囊的處理質量。

2.1 高壓風水排沙

根據吹排原理，在已澆筑完成混凝土表面，采用回轉地質鉆機對14號壩段風化囊處進行鉆孔，孔徑φ90 mm，孔距1.5 m，將帶有可控制風水壓力閥門的φ50.0 mm的吹沙導管插入到其中的一個鉆孔中，利用吹孔附近的排沙孔循環(huán)反復向外排沙。經過多次改進吹沙導管，風化囊內大部分的風化沙被成功吹排出。

2.2 人工清理

對未能吹排出的部分風化砂，采取導洞開挖人工挖除的辦法。利用15號壩基斷層破碎帶清理回填后形成的低于14號壩基面2.0 m高差，在14號壩段緊鄰15號壩段的側面開通一個向14號壩基底部風化囊通道，利用已澆筑混凝土整體結構穩(wěn)定性和底部尚存完整巖石的支撐作用，采用人工清除余下部分的風化砂，并用0.2 MPa的加壓風水槍對巖面及角落進行徹底地清洗干凈，滿足驗收條件和具備混凝土澆筑條件。

2.3 混凝土回填

風化囊倉面清理驗收合格后，分4個倉號，采用C25一級配泵送混凝土從風化囊洞由里向外依次進行回填，共回填混凝土114.6 m3。

2.4 灌漿處理

2.4.1 固結灌漿

風化囊混凝土回填齡期達到7 d后，為保證14號壩段基礎處理的質量，對13a和14號壩段進行加密固結灌漿處理。鉆孔采用100B潛孔沖擊鉆鉆孔。

表1 14號壩段固結灌漿成果綜合統(tǒng)計表

14號壩基固結灌漿孔間排距由原設計的3.0 m改為2.5 m，梅花型布置，灌漿按排間分序、排內加密分2序施工，灌漿段長度入巖8.0 m，采用孔口封閉全孔一段一次循環(huán)式灌漿，漿液水灰比：3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1（重量比）6個比級，開灌比3∶1，灌漿壓力0.2～0.7 MPa。當在設計壓力下，注入率小于0.4 L/min，持續(xù)注漿30 min即結束灌漿。

整個灌漿過程中使用全自動記錄儀監(jiān)測記錄、灌漿過程，同時增加抬動監(jiān)測。

2.4.1.1 固結灌漿成果分析

14號壩段固結灌漿成果綜合統(tǒng)計列于表1，從表1中可以看出，Ⅱ序孔平均耗灰量為Ⅰ序孔平均耗灰量的30.6%，遞減明顯，隨著灌漿次序的增加，大耗灰量逐漸減少，小耗灰量逐漸增大，符合灌漿規(guī)律且灌漿效果明顯。

2.4.1.2 檢查孔壓水試驗成果分析

固結灌漿結束3 d后，檢查孔數量按照灌漿孔總數的5%控制，布置3個檢查孔，采用單點法壓水試驗進行檢查，總段數為3段，透水率0.017 5～0.025 8 L/（min·m·m），平均透水率0.021 5 L/（min·m·m）,均小于設計標準0.05 L/（min·m·m），合格率100.0%，滿足設計要求。檢查孔壓水檢查成果統(tǒng)計表見表2。

表2 14號壩段固結灌漿檢查孔壓水檢查成果統(tǒng)計表

2.4.1.3 抬動觀測成果分析

為了解灌漿過程中壓力增大對基巖面及混凝土蓋重的抬動影響，在固結灌漿同時，增設表面抬動觀測，采用千分表進行觀測，觀測結果表明，整個固結灌漿期間，均未發(fā)生抬動現象，說明灌漿壓力參數設計合理，灌漿過程符合設計要求。抬動觀測檢查表見表3。

2.4.2 帷幕灌漿

吉布洛電站大壩河床段混凝土重力壩沿壩下0+1.00設縱向單排間距2.0 m帷幕灌漿孔。14號壩段長14.0 m，共設7個帷幕灌漿孔。帷幕灌漿在相臨部位的固結灌漿結束后開始施工，鉆孔采用用100B潛孔沖擊鉆鉆孔。為避免減少帷幕灌漿對混凝土澆筑的影響，待溢流面混凝土澆筑完成后在溢流面搭設施工平臺進行帷幕灌漿。為保證帷幕灌漿鉆孔孔向，在施工過程中每段都進行孔斜測量、記錄，發(fā)現偏斜過大立即糾偏。

表3 14號壩段抬動觀測檢查表

帷幕灌漿單排孔分3序施工，每孔按3段進行，采用口封閉孔內循環(huán)方式，射漿管距孔底不大于50 cm。第一段段長為2 m，第二段5 m，第三段8 m。單孔灌漿程序自上向下每鉆一段灌一段直至完成。

漿液水灰比：3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1（重量比）等6個比級，灌漿壓力0.3～1.0 MPa。

灌漿過程中使用自動記錄儀監(jiān)測記錄、灌漿過程。注漿量大的孔，滿足變漿標準即進行變漿，節(jié)省材料。注入率大的孔，控制注入率不大于30 L/min，既保證了灌漿質量，又避免了浪費注漿材料。吸漿量不大的孔，灌漿開始后就升壓至設計壓力。當在設計壓力下，注入率小于0.4 L/min，持續(xù)注漿30 min即結束灌漿。

2.4.2.1 帷幕灌漿成果分析

從表4（14號壩段帷幕灌漿成果綜合分析統(tǒng)計表）中可以看出，7個帷幕孔總耗灰量2 144.0 kg，平均單位耗灰量20 kg/m，Ⅰ序孔單位耗灰量為35 kg/m，Ⅱ序孔單位耗灰量為17 kg/m，Ⅲ序孔單位耗灰量為14 kg/m，隨孔序遞減較明顯，符合灌漿一般規(guī)律。

2.4.2.2 檢查孔壓水試驗成果分析

帷幕灌漿結束14 d后進行質量檢查，檢查孔數量按照總灌漿孔數的7%控制，布置一個帷幕灌漿檢查孔。采用回轉式地質鉆機進行鉆孔取芯。由于鉆孔取芯方法不適，致使巖石間的灰漿沖洗、磨損，無法直觀檢查灌漿質量，因此該工程的帷幕灌漿質量檢查只采用五點法壓水分段進行檢查。

表4 14號壩段帷幕灌漿成果綜合統(tǒng)計表

壓水檢查分段進行，平均透水率0.042 8 L/（min·m·m），小于合格標準0.05 L/（min·m·m）。說明帷幕灌漿壓水檢查合格。壓水檢查試驗成果見表5。

表5 14號壩段帷幕灌漿檢查孔壓水試驗成果表

2.5 滲壓監(jiān)測

2.5.1 滲壓計布置

為保證大壩施工期及運行期安全，設計在14號壩段0+212.50橫斷面布設4支BGK-0.5 MPa的振弦式滲壓計，監(jiān)測壩基滲透壓力。滲壓計埋設在14號壩段固結灌漿灌漿結束后開始埋設，埋設后即開始正常讀數。

2.5.2 14號壩段滲壓分析

從圖1、圖2和表6中可以看出，14號溢流壩段滲壓計P1-24～P1-27滲壓計在帷幕灌漿完成右岸圍堰拆除、大壩右岸開始擋水后滲壓水位變化過程線與庫區(qū)蓄水和放水相關性一致，符合滲壓計變化規(guī)律。滲壓計變化沿橫向斷面呈遞減變化明顯，滲壓系數0.85～0.18，消減水頭11.70%～62.21%，說明灌漿效果明顯。壩下0+25.5處P1-27測值高于壩下0+9.0處P1-26測值，主要是受尾水位影響造成的。

表6 2012年12月2日14號壩段0+212.50斷面滲壓計滲壓系數及消減水頭統(tǒng)計表

3 結語

圖1 14號溢流壩段滲壓計P1-24～P1-27滲壓水位變化曲線圖

圖2 14號溢流壩段滲壓計坡降變化過程線

1）14號壩基風化囊?guī)ㄟ^黃河勘察設計院專家的現場指導，有效地解決了風化囊的地質隱患，保證了工程質量和大壩的運行安全。

2）通過灌漿成果及壓水檢查結果分析表明，固結灌漿和帷幕灌漿質量滿足要求，效果明顯。

3）抬動變形觀測結果表明，設計灌漿壓力合理，為有效控制灌漿壓力起到了關鍵作用。

4）通過壩基滲壓計數據分析表明，14號壩段在大壩開始擋水和運行期間，儀器變化隨庫區(qū)水位變化而變化，并沿橫向斷面呈遞減變化，滲壓系數0.85～0.18，消減水頭11.70%～62.21%，儀器符合變化規(guī)律，同時也進一步印證了灌漿效果明顯，風化囊處理后滿足設計要求。

5）作為國際EPC工程，在施工中除應嚴格控制施工質量外，在今后項目的地質勘察設計階段還應做的更細致些，盡量避免發(fā)生類似的情況。