重慶蹇家灣水電站壩基巖體固結灌漿效果分析

鄧 勇

(重慶市電力公司，重慶市 400014)

1 工程概況

重慶蹇家灣水電站工程位于重慶市城口縣漢江支流——任河上游河段，壩址及廠房均位于重慶市城口縣龍田鄉境內，壩址上游距城口縣城約11 km，距下游在建的巴山水電站壩址約25 km，工程區有城口縣至巴山鎮的公路通過，交通較為便利。

蹇家灣水電站為單一發電工程，水庫為日調節，正常蓄水位高程716 m，電站總裝機容量2×13 MW。根據《防洪標準》GB50201—94，蹇家灣水電站屬Ⅳ等小(1)型工程。蹇家灣水電站工程由攔河壩、引水系統及地面廠房樞紐組成，主要建筑物為4級建筑物。

攔河壩由擋、泄水建筑物和取水建筑物組成，擋、泄水建筑物包括碾壓混凝土重力壩、溢流閘孔。大壩基礎高程為669 m，壩頂高程719.5 m，最大壩高50.5 m，壩頂長96 m，正常水位高程716 m，水庫總庫容893萬m3。

區內地層為元古界震旦系、古生界寒武系至中生界第四系。巖性以碎屑巖為主，間夾碳酸鹽類巖石。第四系為松散堆積層，主要分布溝谷及山坡，厚度一般小于20 m。由于壩基巖體較為破碎，承載力和抗滲性能均較差，不能滿足規范對壩基巖體承載力和抗滲性能的要求，為提高擋水建筑物基礎的承載能力，設計要求對攔河壩基礎進行固結灌漿處理，固結灌漿孔按梅花形布置，孔深均為5 m，共57個。施工中分Ⅰ、Ⅱ序進行，灌漿區分為A、B兩區。

2 灌漿施工及質量控制

2.1 鉆孔與沖洗

蹇家灣水電站工程固結灌漿采用機械鉆孔，灌漿孔和檢查孔孔徑均為76 mm，孔深5 m。鉆孔遵循分序加密的原則進行。鑒于鉆孔的質量對灌漿效果的影響很大，首先要確保孔深、孔向以及孔位符合設計要求;其次要力求孔徑上下均一、孔壁平順，以保證灌漿塞能夠卡牢，灌漿時不至于返漿;此外，還要求對鉆進過程中產生的巖粉細屑要少，盡量避免因巖屑過多堵塞灌漿孔壁的縫隙而影響灌漿質量。

鉆孔結束后應進行沖洗，一是將殘存在鉆孔底和粘滯在孔壁的巖粉鐵屑等沖洗下來，二是沖洗掉巖層裂隙中的填充物以便為漿液騰出空間使漿液結石與基巖膠結成整體。該工程采用灌漿泵將水壓入孔內的循環管路進行沖洗。鉆孔沖洗時，將鉆桿下到孔底，從鉆桿通入壓力水進行沖洗。沖洗時流量要大，要使孔內回水的流速足以將殘留在孔內的巖粉、鐵末沖出孔外，沖孔一定要到回水澄清5～10 min后結束。

2.2 灌漿施工

固結灌漿的漿液均采用3∶1;封口采用0.53∶1。灌漿壓力是控制灌漿質量、提高灌漿效益的重要因素，按照不破壞基礎和壩體的前提下盡可能提高灌漿壓力的原則進行確定。因為灌漿壓力的提高可以使漿液更好的壓入空隙、增大漿液擴散半徑，提高灌漿的密實度。結合該工程地質條件，經綜合考慮并參照類似工程，最終確定該灌漿壓力為0.5 MPa。灌漿壓力以回漿管壓力表平均讀數為準。

灌漿結束的條件采用兩個指標進行控制:一是殘余吸漿量;另一個是閉漿時間，即在吸漿量不變的情況下保持設計規定壓力的延續時間。結合該工程的實際情況，最終確定的灌漿結束條件為:在設計壓力下，灌漿段吸漿量不大于0.4 L/min后持續30 min灌漿結束。

灌漿結束后，必須做好封孔工作。封口前，將孔內稀漿排除干凈后，用0.53∶1的濃漿采用固結灌漿設計的最大允許壓力機械封孔堵實。

2.3 灌漿效果檢測

在沖洗完成后、灌漿施工前進行壓水試驗，用以測定地層的滲透特性，為灌漿提供基本的技術資料。試驗時，在0.4 MPa壓力下，每隔5 min記錄一次流量讀數，直到流量穩定30～60 min后，按以下公式計算透水率:

式中 q為透水率，單位:Lu;Q為單位時間內試驗段的注水總量，單位:L/min;P為作用于試驗段內的全壓力，單位:MPa;L為壓水試驗段的長度，單位:m。

由于混凝土蓋比較薄，故灌漿施工中對巖層進行了抬動監測，在沖洗、壓水試驗和灌漿的全過程中觀測記錄巖層的抬動值。由于所有操作均按施工要求進行，故抬動值均為0。

在固結灌漿施工中，監理工程師嚴格依據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》以及設計院的《灌漿施工技術要求》等規定對漿液灌注、封孔、檢查孔壓水試驗等工序進行質量控制和檢查，并對控制灌漿作業進行了全過程監控，故效果較為滿意。由于基巖灌漿屬于隱蔽工程，故必須加強灌漿質量的控制和檢查。為此，首先要做好原始記錄;其次，要在灌漿結束以后進行專門的質量檢查并做出科學合理的質量評定。

灌漿質量檢查采用壓水試驗的方法，檢查在灌漿結束至少3 d后進行。該工程根據檢查孔數不少于灌漿孔總數5%的規定布設了3個灌漿孔。參照類似工程，該工程質量采用雙指標控制，即以灌漿后壓水試驗的透水率q值為主要控制指標，以平均單位耗灰量作為第二控制指標。若q值滿足設計要求，則檢查平均單位耗灰量是否小于設計控制標準，如果兩項指標均滿足要求則認為合格。

3 灌漿成果及分析

3.1 壓水試驗成果分析

為了評價壩基巖體固結灌漿的實施效果，采用壓水試驗對固結灌漿巖體的抗滲性能進行了檢測。固結灌漿壓水試驗成果見表1、2。

表1 攔河壩A區固結灌漿壓水試驗成果表

表2 攔河壩B區固結灌漿壓水試驗成果表

從表1和表2中可以看出，A區和B區通過Ⅰ序孔的灌漿施工后，Ⅱ序孔的平均透水率分別由Ⅰ序孔的6.83 Lu和5.21 Lu減少到4.4 Lu和1.9 Lu。說明經Ⅰ序孔的灌漿后對壩基巖體的抗滲性能在一定程度提高的基礎上再進行Ⅱ序孔的灌漿，對壩基巖體的抗滲性能有大幅度的提高。

根據Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔固結灌漿前壓水試驗的成果，做出了Ⅰ、Ⅱ灌漿序孔的透水率累積頻率曲線，如圖1所示。從圖1中可以很明顯的發現:在Ⅰ序孔灌前透水率主要集中在5～10 Lu與超過設計要求的5 Lu，而通過Ⅰ序孔的灌漿施工后，Ⅱ序孔的灌前透水率主要為1～4 Lu。說明Ⅰ序孔灌漿效果使透水率減小至3～4 Lu，灌漿效果明顯。

為檢查灌漿質量該工程共布設了3個灌漿檢查孔進行壓水試驗。.壓水試驗成果顯示，透水率為0.8 ～1.5 Lu，均小于設計的要求 5 Lu，合格率為100%。3個壩基巖體灌漿效果檢查孔的壓水試驗成果如表3所示:

表3 固結灌漿檢查孔壓水試驗成果

圖1 壩基巖體灌漿效果壓水試驗成果圖

3.2 單位注入量分析

固結灌漿分兩序施工，攔河壩A區和B區各序灌漿的單位注入量如表4、5所示。

根據表4和表5的灌漿單位注入量成果可以看出:A區和B區通過Ⅰ序孔的灌漿后，Ⅱ序孔的平均單位注入量分別由8.35和9.54減少到了6.8和5.77，說明Ⅰ序孔灌漿效果較明顯。灌漿過程各序的單位注入量如圖2所示。

表4 攔河壩A區固結灌漿單位注入量表

表5 攔河壩B區固結灌漿單位注入量表

圖2 灌漿單位注入量成果圖

根據Ⅰ、Ⅱ序灌漿孔灌漿量的實際施工情況以及原始數據做出Ⅰ、Ⅱ序孔單位注漿量分析圖。從圖2中可以發現:Ⅰ序孔的單位注漿量集中在5～11 kg/m，通過Ⅰ序孔的施工后Ⅱ序孔的單位注漿量主要集中在5～7 kg/m，減少量集中在3～4 kg/m，即單位注漿量隨孔序增加而減少，灌漿效果明顯。壩基巖體固結灌漿過程中，Ⅰ序孔的單位注入量相對較大，這是由于灌漿初期巖體較為破碎，節理裂隙發育，持漿量較大，但隨著灌漿的不斷進行，節理裂隙部分得到充填閉合，在進行Ⅱ序孔灌漿時，單位注漿量比Ⅰ序孔有明顯的減小，說明Ⅰ序孔的灌漿質量較好。經過Ⅱ序孔的灌漿處理，壩基巖體質量得到了明顯的改善。

4 結論

蹇家灣水電站攔河壩固結灌漿施工嚴格按照規程、規范和施工技術要求進行，施工過程中實施了全面的質量管理和施工單位自檢、質安部門復檢以及監理工程師抽檢，從而保證了該工程的高標準、高質量施工。

經對施工工藝檢查結果、檢查孔壓水試驗成果和灌漿效果三方面成果綜合進行分析得知，蹇家灣水電站壩基巖體固結灌漿工程質量滿足設計要求。

[1]鐘登華，袁光裕，胡志根.水利工程施工——第5版[M].北京:中國水利水電出版社，2009.

[2]水工建筑物水泥灌漿施工技術規范，DL/T5148－2001[S].