旁多大壩基礎處理二期帷幕灌漿工程施工方法

劉中秋

(中國水電基礎局有限公司，天津301700)

1 工程概況

旁多水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km處的拉薩河干流上，距下游拉薩市直線距離約63 km，為拉薩河中段梯級開發(fā)之首，工程任務以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水。樞紐由大壩、泄洪洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、灌溉輸水洞等組成。

右岸帷幕灌漿工程主要分為3個區(qū)域，第三分區(qū)為樁號0+757.6～0+968 m，帷幕灌漿在二期防滲墻內預埋灌管和防滲墻上游區(qū)域施工;第四分區(qū)為樁號0+968～1+052.0 m沒，鉆孔灌漿在右岸斜坡段瀝青混凝土心墻基座上施工。第五區(qū)為樁號1+052.0～1+127 m，鉆孔灌漿在右岸永久上壩公路和灌漿平洞內進行施工。帷幕灌漿全部采用雙排孔布置，基本孔距為2 m，排距為1.5 m。

區(qū)域地質條件:從已施工的二期防滲墻基巖取芯和壓水情況來看，墻下帷幕灌漿段基巖主要為閃長玢巖和熔解凝灰?guī)r;從右岸邊坡開挖出露的基巖來看邊坡下伏基巖為閃長玢巖、熔結凝灰?guī)r，熔結凝灰?guī)r出露于山體坡腳，閃長玢巖與熔結凝灰?guī)r呈熔融接觸，中等風化帶厚度約為30～120 m。灌漿平洞基巖主要為閃長玢巖，右岸壩頭有f4斷層，斷層寬約5～25 cm，破碎帶由碎裂巖和黃褐色斷層泥組成，該斷層為順坡向逆斷層。地下水埋深1.5～50 m，基巖的平均透水率平均在5～50 Lu之間。

2 旁多大壩處理工程二期帷幕灌漿工程的難點

1)海拔較高天氣寒冷，水泥漿液凝固時間長。高水頭下帷幕灌漿涌水現(xiàn)象較為普遍，為此經常要采用待凝與復灌等措施，并還會出現(xiàn)同一段次的反復復灌、待凝。在內地一般待凝時間為24～48 h，可在高海拔較為寒冷地區(qū)待凝時間要增加1倍，無疑嚴重制約工程施工進度。

2)動水條件下的造孔及成幕問題。旁多大壩處理工程二期帷幕灌漿工程由于上游垂直防滲未達到防滲效果，造成帷幕灌漿在高水頭下進行，受滲流及動水壓力影響，造孔護壁漿液及灌漿漿液被不斷稀釋、滲流沖刷及涌水反向擠出，造孔及成幕十分困難。

3)砂卵石覆蓋層較厚而砂卵石粒徑不均衡漂石較多，對打孔機具性能要求較為先進，施工成本較高。

3 施工程序及工藝

3.1 孔位布置

旁多水利樞紐右岸帷幕灌漿工程按分序加密的原則進行。樁號0+757.6～0+963.5 m為防滲墻墻下灌漿段，采用雙排孔布置，原防滲墻軸線預埋灌漿孔為下游排優(yōu)先施工，防滲墻軸線以上1.5 m布置另一排孔。上下游排采用梅花型布孔，孔距為2 m。樁號0+963.5～1+057 m為右岸斜坡灌漿段，帷幕灌漿在混凝土基座上進行。該段采用雙排孔布置，以瀝青心墻基座為中心上下游各0.75 m布置兩排孔，上下游排采用梅花形布孔，孔距為2 m。樁號1+057～1+126 m為壩頂及灌漿平洞施工段，由于壩頂公路段已經提前施工所以灌漿主要在帷幕灌漿平洞內進行。該段仍采用雙排孔布置，以灌漿平洞軸線為中心上下游各0.75 m布置兩排孔，上下游排采用梅花形布孔，孔距為2 m。

3.2 施工順序

右岸3個區(qū)上下游排均分為兩序孔施工。按單元劃分進行上下游排施工，先進行下游排Ⅰ序孔施工，然后進行下游排Ⅱ序孔施工，在每個單元下游排Ⅰ序孔全部封孔Ⅱ序孔施工至15 m以下時可以進行該單元上游排施工。上游排各序孔第一段為形成蓋板防止?jié){液上竄，可不分序同時施工，以下各段仍按下游排分序施工。

另外在下游排每個單元選取一個Ⅰ序孔作為先導孔最先施工。每個單元灌漿孔鉆灌結束后，即可按規(guī)范要求進行該單元的檢查孔施工。

3.3 施工工藝流程

右岸帷幕灌漿按照施工工藝流程施工。

3.4 鉆孔施工

1)鉆孔機具和方法。帷幕灌漿鉆孔根據(jù)不同的地層情況采用適宜的鉆機和鉆具進行施工。在墻下灌漿基巖段、右邊坡及灌漿平洞純基巖鉆孔采用XY—2型回轉地質鉆機，金剛石或合金鉆頭鉆進。在第三區(qū)灌漿上游排砂卵石地層中采用KR804和HR180型潛孔跟管鉆機鉆進，以提高鉆孔功效。在灌漿段砂卵石中采用XY—2型回轉地質鉆機在泥漿護壁下鉆進，上部非灌段使用套管隔離。

2)鉆孔孔位要通過專業(yè)的測量工程師放樣并作好標記，在開孔前進行復核。

3)鉆孔開孔孔徑根據(jù)鉆孔深度及變徑需要確定，一般非灌段孔徑應≥Φ91 mm，考慮到覆蓋層較厚地層較差，在鉆孔過程中考慮采用兩次變徑。灌漿段孔徑一般為Φ76 mm，終孔孔徑≥Φ56 mm。

4)非灌段鉆完應及時下設護壁套管，護壁套管采用Φ89 mm鋼管。由于上部覆蓋層地層復雜，鉆進時要根據(jù)地層情況隨時調整鉆壓、轉速、泵壓和泵量等技術參數(shù)，提高鉆孔效率并保證鉆孔質量。鉆進過程中隨時注意返水和地層情況，采用不同鉆液，防止燒鉆、塌孔等事故的發(fā)生。

5)鉆孔孔位控制。鉆機安裝平整穩(wěn)固，鉆孔時必須保證孔位及孔向準確。開孔位置與設計孔位的偏差前后左右均≤10 cm。

6)鉆孔孔斜控制。對右岸墻下灌漿的孔斜墻下灌漿孔斜≤1%，且墻內孔不得出墻。對于防滲墻上游排孔孔斜≤1.5%，且鉆孔不得破壞防滲墻墻體。對于右岸斜坡段和灌漿平洞段純基巖雙排孔鉆孔孔斜控制標準按照水利灌漿規(guī)范SL 62—94執(zhí)行。

由于墻下為帷幕灌漿段覆蓋層鉆孔和終孔孔深較深，覆蓋層最深達到80 m左右，帷幕孔最大終孔深度達到110 m左右，地質條件較差不同深度存在漂石、孤石、粉細砂、泥加石等地層較多，孔斜很難控制。因此，在鉆孔過程中采取有效措施嚴格控制孔斜。

7)為加快施工進度，防滲墻上游排覆蓋層鉆孔和鑲管不受孔排序限制可與下游排灌漿孔同時施工。

8)鉆孔取芯。帷幕灌漿先導孔、檢查孔，按要求全孔取芯，按取芯次序統(tǒng)一編號，填牌裝箱，并繪制鉆孔柱狀圖和進行巖芯描述。保存的巖芯，應按指定地點妥善保管，不得散失、混裝。

3.5 鑲鑄護壁套管和孔口管

根據(jù)施工要求，本工程第三區(qū)上游排非灌段需要鑲鑄護壁套管，同時作為“孔口封閉法”灌漿的孔口管用。非灌段最大深度達到70 m左右，在潛孔跟管鉆機鉆進至設計深度后下設Φ89 mm鋼管。

鑲鑄護壁套管的步驟如下:

1)待跟管鉆機鉆進至設計深度后，下設Φ89 mm護壁套管，護壁套管采用直接焊接的方式，一定要保證焊接的同心度和強度，同時一定要將整個接縫滿焊保證接縫的密封性。

2)Φ89 mm護壁套管下設至設計深度后將跟管鉆機的套管拔出，待鉆機套管拔出后，用注漿管或其他管路下設到孔底向孔內注入0.5∶1的濃水泥漿，待護壁套管內外均充滿0.5∶1的水泥漿后進行待凝，待凝時間≥48 h。為防止鉆進過程中護壁套管活動，需用干水泥或混凝土將套管孔口部分加固。

3.6 鉆孔沖洗與壓水

帷幕灌漿在各段鉆孔結束后，要對所有孔段進行裂隙沖洗和壓水。

1)鉆孔沖洗。鉆孔沖洗是在每段鉆孔結束后，不應立即起鉆而是利用大流量清水將孔內的巖粉和沉渣沖出孔外。鉆孔沖洗的結束標準為:在孔口返水澄清后即可結束鉆孔沖洗。

2)裂隙沖洗。裂隙沖洗采用導入大水流沖洗時，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，最大壓力≤1 MPa，沖洗時間直至回水清凈為止。

3)壓水。一般灌漿孔采用簡易壓水試驗，先導孔和檢查孔采用單點法壓水試驗。簡易壓水應在裂隙沖洗后或結合裂隙沖洗進行。壓力為灌漿壓力的80%，該值若＞1.0 MPa，采用1.0 MPa;壓水時間20 min，每5 min記錄一次壓水流量，取最后的流量作為計算值，其成果以透水率表示。

先導孔壓水為單點法。采用鉆一段、壓一段、灌一段的方式進行。單點法壓水壓力為:當灌漿壓力≥1.0 MPa，壓水壓力為1.0 MPa，當灌漿壓力 ＜1.0 MPa時，壓水壓力為0.3 MPa。壓水試驗的穩(wěn)定標準:在穩(wěn)定的壓力下每5 min記錄一次壓水流量，連續(xù)4次的讀數(shù)中最大值和最小值之差小于最終值的10%，或最大值最小值之差＜1 L/min時本階段試驗即可結束，取最后的流量作為透水率的計算值。

檢查孔壓水為單點法。當灌漿壓力＜1.0 MPa時，壓水壓力為灌漿壓力的80%，當灌漿壓力≥1.0 MPa，壓水壓力為1.0 MPa。在壓力穩(wěn)定后每個壓力下每5 min記錄一次壓水流量，連續(xù)4次的讀數(shù)中最大值和最小值之差小于最終值的10%，或最大值最小值之差＜1 L/min，取最后的流量作為透水率的計算值。

3.7 帷幕灌漿材料及設備

3.7.1 灌漿材料

1)水泥:本次用于帷幕灌漿的水泥采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥(拉薩水泥廠生產的“高爭牌”水泥)。帷幕灌漿的水泥細度要求為通過80μm方孔篩，其篩余量≤5%。灌漿用的水泥必須符合規(guī)定的質量標準，不得使用受潮結塊的水泥。

2)水:灌漿用水要符合JGJ 63—2006的規(guī)定，拌漿用水的溫度≤40℃。

3.7.2 主要灌漿設備

灌漿設備采用右岸灌漿試驗中所采用的設備，主要包括:3SNS型灌漿泵、高速攪拌制漿機、立式雙桶儲漿攪拌機、灌漿自動記錄儀、孔口封閉器、活塞式機械膨脹塞等。

3.7.3 漿液制備

1)制漿材料稱量。制漿材料必須稱量，稱量誤差小于5%。水泥等固相材料應采用質量(重量)稱量法。

2)漿液攪拌。各類漿液必須攪拌均勻，測定漿液密度和溫度等參數(shù)，并做好記錄。

3)集中制漿。配合帷幕灌漿施工，本灌漿工程采用自動化集中制漿站和普通制漿站制備水泥漿液。

3.7.4 漿液水灰比

通過右岸帷幕灌漿試驗成果和北京專家咨詢會建議，確定采用水灰比為 3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1 和 0.5∶1 的水泥漿是適宜的，開灌比為 3∶1。

3.8 帷幕灌漿施工

帷幕灌漿采用孔口封閉灌漿法與自上而下分段卡塞灌漿法相結合的方式。

對于地層破碎、裂隙發(fā)育和覆蓋層內不易成孔的孔段，為了有效避免繞塞返漿等孔故的發(fā)生，采用孔口封閉灌漿法;對于巖石完整、裂隙不發(fā)育的孔段則采用自上而下分段卡塞灌漿法。

3.8.1 灌漿段長與灌漿壓力

右岸帷幕灌漿段長在基巖內按照第一段2 m，第二段3 m，第三段及以下5 m，終孔段≤8 m劃分。在覆蓋層內鉆孔由于塌孔等原因成孔難度較大，可根據(jù)施工情況適當縮短段長。本次帷幕灌漿由于不同分區(qū)灌漿的地層不同，上部的蓋重也不盡相同。

3.8.2 漿液變換

灌漿開灌水灰比為3∶1，灌注過程中根據(jù)不同孔段的吃漿量、流量和壓力情況需要變換漿液比級。漿液變換標準為:

1)當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，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)當某一比級漿液注入量已達300 L或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比;

3)當注入率＞30 L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變漿。

3.8.3 灌漿結束標準

采用孔口封閉灌漿法還是自上而下分段灌漿法，灌漿段在該段設計的最大壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，即可結束該段灌漿。

采用自下而上分段灌漿法，在該段最大設計壓力下，注入率≤0.4 L/min后，繼續(xù)灌注30 min;或注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，即可結束該段灌漿。

4 質量檢查

帷幕灌漿質量檢查內容和方法如下:

1)帷幕灌漿質量檢查以分析檢查孔壓水試驗成果為主，結合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄和測試成果等綜合評定其質量。檢查孔鉆孔采用Φ76 mm雙管鉆進，巖芯取出后應及時整理、編錄、拍照、繪制柱狀圖并且要妥善保存。

2)按監(jiān)理人指示布置檢查孔。

3)帷幕灌漿檢查孔的數(shù)量應為灌漿孔總數(shù)的10%，每個單元工程內至少應布置1個檢查孔。

4)帷幕灌漿檢查孔壓水試驗應在該部位灌漿結束14 d后進行。

5)帷幕灌漿檢查孔應按要求進行采取巖芯。

6)帷幕灌漿工程質量合格的評定標準:壩體混凝土與基巖接觸段及其下一段的合格率為100%，再以下的各段的合格率應＞90%。不合格試段的透水率不超過設計規(guī)定的100%，且不合格試段的分布不集中。

7)灌漿帷幕檢查孔壓水試驗透水率值≤3 Lu。

5 灌漿成果及分析

1)單位注灰量可反映出灌漿過程所采用的工藝技術、灌注材料及漿液配比是否具有合理性。一般情況下，單位注入量應具有隨孔序逐序遞減的規(guī)律。各次序孔的單位注灰量基本上遵循逐序遞減的規(guī)律，說明隨著灌漿次序的增進，巖體逐漸被灌注密實。

2)壓水試驗檢查情況。灌漿前對先導孔進行了壓水試驗。各單元灌漿完成后由監(jiān)理工程師會同設計布置了檢查孔，對全孔自上而下分段卡塞進行了單點壓水試驗，各單元灌漿前的先導孔壓水試驗與灌漿后檢查孔壓實試驗結果表明，灌漿前各單元先導孔平均透水率為40 Lu，灌漿后各單元檢查孔檢查結果均＜5 Lu。

6 結語

在高海拔，砂卵石覆蓋層較深地區(qū)及高水頭條件下進行帷幕灌漿，鉆孔設備優(yōu)先考慮性能較為先進的風動跟管鉆機，保證成孔及功效。灌漿過程中經常會出現(xiàn)復灌、待凝，要增加待凝時間保證待凝效果并在灌漿結束后進行長時間的閉漿，防止地下水滲流及動水壓力將漿液反向擠出影響灌漿效果。

［1］中華人民共和國水利部.SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，2001.

［2］DL/T5148—2001水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，2001.