楊房溝水電站河床壩段壩基固結灌漿施工技術

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

1.1 工程簡介

楊房溝水電站位于四川省木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上(部分工程位于九龍縣境內(nèi))，電站總裝機容量1500MW。其擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，最大壩高155m，壩頂高程2102m，拱冠梁頂厚9m，底厚32m。拱壩共分17個壩段，其中7#～11#壩段為孔口泄洪壩段。

1.2 地質(zhì)條件

拱壩建基面巖體均為燕山期花崗閃長巖，深灰～淺灰色，花崗結構為主，塊狀構造，該侵入巖呈NNE向穿過壩址，寬660m～760m。河床壩段主要為Ⅱ類巖體，10#壩段局部上游側為Ⅲ1巖體，發(fā)育斷層主要有f596、f1501、f1503、f1504。8#壩段左岸壩基高程1947m～1990m上游側發(fā)育斷層f27，產(chǎn)狀N50°～85°WSW∠55°～65°，寬10cm～15cm，最大達20cm，帶內(nèi)為碎塊巖、蝕變巖、巖屑充填，面平直光滑，沿斷層面兩側分布蝕變巖體，上盤蝕變巖體厚度0.2m～1.5m，下盤蝕變巖體厚度0.6m～2.6m。蝕變巖體單軸飽和抗壓強度20MPa～40MPa，屬Ⅳ類巖體。

2 河床壩段壩基固結灌漿布孔形式

河床壩段壩基固結灌漿主要采用無蓋重固結灌漿?？傮w分為A、C兩個灌漿區(qū)，A區(qū)位于壩段范圍內(nèi)，C區(qū)對應上游壩踵及下游壩趾擴大灌漿區(qū)域。A區(qū)灌漿孔間排距3m×3m，孔深15m，分兩序施工，C區(qū)灌漿孔排距3m(孔距根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定)，孔深15m，分兩序施工。兩序灌漿完成后，對淺表層0～3m段進行補強加密灌漿，加密孔作為Ⅲ序孔，位于原Ⅰ、Ⅱ序孔之間。壩基f27斷層及蝕變巖體先進行槽挖回填混凝土置換，再在該部位采用混凝土蓋重灌漿+系統(tǒng)引管灌漿；Ⅰ、Ⅱ序布孔與上述一致，Ⅲ序孔加深為20m，混凝土蓋重引管灌漿孔間排距為1.5m×3m(順河向×橫河向)，孔深入巖4m，引管灌漿采用循環(huán)式。

3 施工方法與工藝

3.1 主要原材料及施工設備

(1)灌漿材料采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，且所用水泥的細度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通純水泥漿液灌漿，Ⅲ序孔采用濕磨細水泥漿液灌漿。濕磨細水泥漿液采用水灰比為0.5∶1的普通純水泥漿液經(jīng)GSW-Ⅰ型濕磨機濕磨三次，達設計細度要求后再調(diào)稀至設計濃度，經(jīng)普通攪拌機攪拌均勻后，用于灌漿作業(yè)。

(2)灌漿孔采用D7、D9型履帶式液壓鉆機、JH-100潛孔鉆機鉆孔，取芯孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機鉆孔。

(3)灌漿設備采用3SNS高壓灌漿泵，灌漿記錄儀采用北京中大華瑞JT-Ⅳ型記錄儀，三參數(shù)大循環(huán)測記灌漿壓力、流量、漿液密度。

3.2 主要施工方案及工藝流程

采用無蓋重固結灌漿時，優(yōu)先施工上下游邊界部位，以形成相對封閉圈，再施工中間部位。采用分段分序的灌漿方法，首先分兩序完成第一段淺表層灌漿，以形成封閉蓋重，改善淺表巖體的承壓條件，再按自上而下的灌漿方法進行Ⅰ序孔第二段及以下部分施工。Ⅰ序孔灌漿完成后，進行Ⅱ序孔第二段灌漿，然后再按自下而上的灌漿方法進行Ⅱ序孔剩余孔段灌漿，最后采用濕磨細水泥對淺表層0～3m段進行補強加密灌漿。f27斷層及蝕變體刻槽部位，回填混凝土前，固結灌漿孔位預埋鋼管，回填混凝土達到設計強度的50%后，再進行混凝土蓋重固結灌漿；系統(tǒng)固結灌漿及加密灌漿結束后，進行引管固結灌漿鉆孔與管路安裝；待上部大壩混凝土澆筑高度達到30m后，且相應壩段的橫縫接縫灌漿結束3d后，最后進行混凝土蓋重引管灌漿。

主要施工工藝流程：施工準備→孔位放樣→抬動觀測孔→灌前測試孔→Ⅰ序孔第一段→Ⅱ序第一段→Ⅰ序孔第二段及以下段(自上而下)→Ⅱ序孔第二段→Ⅱ序孔剩余孔段(自下而上)→Ⅲ序孔施工(補強加密灌漿)→質(zhì)量檢查。

3.3 抬動孔施工

抬動孔采用XY-2地質(zhì)鉆機配φ91鉆頭進行造孔，每個壩段均獨立布置，孔徑φ91mm，孔深17m，孔向垂直于基巖面。抬動孔底部用水泥漿回填1m，然后下入內(nèi)管。內(nèi)管直徑φ25mm，外管直徑φ50mm，外管露出基巖面0.1m，內(nèi)管露出基巖面0.3m。抬動觀測裝置在灌漿施工前安裝完畢，在裂隙沖洗、壓水試驗及灌漿過程中均對被灌巖體的抬動情況進行監(jiān)測。

抬動變形采用千分表實時觀測，每隔10min測記一次千分表讀數(shù)。施工過程中安排專人嚴密監(jiān)視抬動裝置千分表的變化情況，在基巖抬動值<100μm，灌漿壓力的升壓過程參考表1進行控制。100μm≤基巖抬動值<200μm時，灌漿升壓過程嚴格控制注入率小于10L/min，如果抬動值不再上升，逐級升壓，否則停止升壓；基巖抬動值≥200μm時，停止灌漿，待凝8h后掃孔復灌。每個抬動變形監(jiān)測點采用φ8mm～φ12mm的鋼筋焊接保護架，將保護架罩在抬動變形儀器上方，防止碰撞、破壞。

表1 灌漿壓力與注入率的參考關系

注：P——為各序孔段要求達到的最終設計壓力。

3.4 灌前測試孔施工

每個壩段均獨立布置若干個灌前測試孔(可利用Ⅰ序孔)，并進行壓水試驗、聲波、孔內(nèi)電視及變模檢測。灌前測試孔采用XY-2地質(zhì)鉆機配金剛石鉆頭進行鉆孔，孔徑為φ76mm。

3.5 灌漿孔鉆孔施工

(1)灌漿孔采用D7、D9型液壓履帶鉆機或JH-100潛孔鉆機鉆孔，孔徑為φ76mm，當采用自上而下分段卡塞灌漿法灌漿時，按灌漿分段進行鉆孔、裂隙沖洗、壓水及灌漿；當采用自下而上分段卡塞灌漿法灌漿時，鉆孔一次性鉆至孔底，再自下而上分段卡塞灌漿。

(2)引管固結灌漿鉆孔與管路安裝。f27斷層及蝕變體刻槽部位，回填混凝土前，引管孔位預埋鋼管。在系統(tǒng)固結灌漿及加密灌漿結束后，在預埋管內(nèi)的裸巖面進行一次鉆孔到底，垂直于巖面，孔徑為φ76mm，孔深4m。引管灌漿采用全孔一次灌漿，埋管前掃孔、清洗干凈。驗收孔深后，進行管路安裝，引管至壩后貼角部位，引管采用鋼管，盡量平順，三孔一引，作好標示；灌漿時，其相應壩段可通水平壓，以防漿液串入壩體橫縫中。

3.6 鉆孔沖洗與壓水試驗

(1)鉆孔沖洗

灌漿孔或灌漿段在鉆進完成后，使用大水流沖洗鉆孔，排除孔內(nèi)的巖粉、渣屑，孔底沉積厚度不大于20cm。

(2)裂隙沖洗

灌漿孔或灌漿段在灌漿前采用壓力水進行裂隙沖洗。沖洗水壓為該段灌漿壓力的80%，并且不大于1MPa，沖洗時間至回水清凈為止，或不大于20min。

(3)簡易壓水試驗

在各序孔中選取不少于5%的灌漿孔進行簡易壓水試驗，簡易壓水結合裂隙沖洗進行。

(4)單點法壓水

灌前測試孔和灌后檢查孔均采用“單點法”壓水試驗，壓水壓力為該段灌漿壓力的80%，并不大于1MPa。“單點法”壓水試驗每5min測讀一次壓水壓力和流量，在穩(wěn)定壓力下連續(xù)4次讀數(shù)，最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，壓水試驗即可結束，以最終壓力值和相應流量根據(jù)公式(1)計算透水率。

(5)透水率計算

將壓水流量、壓力及段長代入公式(1)求出該段壓水透水率。

q=Q/(L×P)

(1)

式中：q——透水率，Lu；

Q——壓水流量，L/min；

L——試段長度，m；

P——作用于試段的全壓力，MPa。

3.7 灌漿施工

3.7.1 灌漿壓力與段長控制

固結灌漿壓力及段長控制見表2、表3。

表2 無蓋重固結灌漿壓力及段長

表3 混凝土蓋重引管灌漿壓力及段長

3.7.2 漿液級配

漿液及配合比見表4。

表4 施工用漿液配合比

3.7.3 漿液變換

(1)灌漿施工按既定的水灰比進行施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減小時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

(2)當某級漿液注入量已經(jīng)達到300L以上，或灌漿時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比漿液灌注。

(3)當注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

(4)灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，立即查明原因，并及時匯報，采用處理措施。

(5)當灌漿段在最大灌漿壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，即可結束灌漿。

3.7.4 封孔

全孔灌漿封孔法。采用自上而下分段卡塞灌漿法，全部孔段灌漿結束后，先采用0.5∶1的漿液置換孔內(nèi)稀漿或積水，然后將灌漿塞卡在孔口進行純壓式封孔。封孔壓力使用最大灌漿壓力，采用0.5∶1水泥漿液，封孔持續(xù)時間不小于60min。

采用自下而上分段灌漿法施工，封孔時，直接在孔口段進行封閉灌漿。

封孔完畢后，灌漿孔上部的空腔采用人工回填干硬砂漿封實。

3.8 灌漿過程中的特殊情況處理

(1)灌漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法進行處理。

(2)灌漿過程中發(fā)生串漿時按以下方式進行處理：

①當串漿孔為正在鉆進的孔時，立即停止鉆進，在串漿孔內(nèi)漏漿處以上的部位安設灌漿塞，堵塞嚴密，在灌漿孔中依照施工技術要求正常進行灌漿。待灌漿結束后，串漿孔恢復正常鉆進；

②當串漿孔為待灌的灌漿孔時，若串漿孔與灌漿孔具備同時灌漿條件則一泵一孔同時進行灌漿；若不具備此條件則在串漿孔內(nèi)漏漿處以上的部位安設灌漿塞，堵塞嚴密，在灌漿孔中依照施工技術要求正常進行灌漿。待灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)灌漿；

(3)灌漿必須連續(xù)進行，若因故中斷，按下述原則處理：

①設備故障：當灌漿泵出現(xiàn)故障時，若檢修簡單，則迅速修理以便恢復灌漿，或立即換用備用設備進行灌漿；

②當輸漿管路發(fā)生爆管或脫節(jié)時，迅速換管，及時恢復灌漿；

③當發(fā)生地表冒漿時，及時進行表面封堵以恢復灌漿；

④因故中斷，若中斷時間較短，中斷后在極短的時間內(nèi)能夠恢復灌漿，中斷前灌注稀漿，且注入率較大，則不再進行凈孔沖洗，排除故障后再復灌；

⑤因故中斷，若中斷時間較長時，中斷后在短時間內(nèi)難以恢復灌漿時，立即沖洗鉆孔，待具備灌漿條件后再恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效，則應進行掃孔，再恢復灌漿?；謴凸酀{時,應使用開灌比級的水泥漿進行灌注，如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)灌注；如注入率較中斷前減少較多，應逐級加濃漿液繼續(xù)灌注；如注入率較中斷前減少很多，且在短期內(nèi)停止吸漿，應采取補救措施。

(4)當灌漿段注入量大而難以結束時，采用下列措施進行處理：

①低壓；②濃漿；③限流；④限量；⑤間歇；⑥待凝。

(5)灌漿孔段遇特殊情況，無論采用何種措施處理，其復灌前應進行掃孔，復灌后應達到結束標準。

4 質(zhì)量檢測標準

(1)固結灌漿質(zhì)量檢查以聲波測試巖體波速為主，鉆孔壓水試驗和鉆孔全景圖像為輔，并結合灌漿前后物探成果、有關灌漿施工資料以及鉆孔取芯資料等綜合評定。

(2)檢查孔的數(shù)量不宜少于灌漿孔總數(shù)的5%，一個單元工程內(nèi)至少應布置一個檢查孔。固結灌漿檢查孔根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以取芯，取芯孔需繪制鉆孔柱狀圖。

(3)聲波測試按照每個壩段或單元進行評價，聲波測試應在相應部位灌漿結束14d后進行，聲波測試合格標準見表5。

表5 灌后聲波質(zhì)量檢查標準

(4)固結灌漿工程的質(zhì)量檢查采用鉆孔壓水試驗時，可在該部位灌漿完成7d或3d后進行。工程質(zhì)量合格標準為：單元工程內(nèi)檢查孔試段合格率應在85%以上(透水率不大于3Lu)，不合格試段的透水率不超過設計規(guī)定值的150%，且不集中。

5 對比分析與總結評價

(1)通過質(zhì)量檢測，對灌漿前后壓水資料、物探檢測成果以及鉆孔全景圖像等資料分析，楊房溝水電站河床壩段壩基無蓋重固結灌漿成果總體滿足設計要求。

(2)通過對灌漿資料統(tǒng)計分析，增加Ⅲ序加密固結灌漿孔十分必要，后續(xù)施工中需加強0～3m段灌漿過程控制，以保證無蓋重固結灌漿淺表層灌漿效果。

(3)對比近期同類型工程，白鶴灘、烏東德、錦屏等水電站拱壩壩基均采用了無蓋重固結灌漿技術，事實證明，無蓋重固結灌漿技術是可行的，也是安全可靠的。

(4)通過上述幾個水電站實際對比，無蓋重固結灌漿比有蓋重更有利于施工進度的控制，有利于避開混凝土長間歇期，混凝土質(zhì)量更加得到保證，可有效避開鉆孔過程中打斷冷卻水管、監(jiān)測儀器等事件的發(fā)生，優(yōu)勢及效果十分顯著。