長(zhǎng)河壩水電站深孔帷幕灌漿試驗(yàn)與分析

康 路 明,　呂 清 嵐,　楊 培 青

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定　626001)

長(zhǎng)河壩水電站深孔帷幕灌漿試驗(yàn)與分析

康 路 明,呂 清 嵐,楊 培 青

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定626001)

摘要：長(zhǎng)河壩水電站具有工程地質(zhì)條件復(fù)雜、運(yùn)行水頭高、防滲要求高等諸多不利條件為慎重起見，在左岸現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了帷幕灌漿試驗(yàn)，從鉆灌工藝、單位注入率、灌注前后透水率、物探檢測(cè)等方面進(jìn)行分析得知，灌漿效果顯著，達(dá)到了深孔帷幕灌漿試驗(yàn)的預(yù)期目的并得出了帷幕灌漿設(shè)計(jì)的必要參數(shù)，為300 m級(jí)土石壩深孔帷幕灌漿積累了經(jīng)驗(yàn)，可供同類大型土石壩工程施工時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)河壩水電站；深孔帷幕；灌漿試驗(yàn)

1工程概述

長(zhǎng)河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”中的第10級(jí)電站，采用攔河大壩、地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)，電站總裝機(jī)容量2 600MW。攔河大壩最大壩高240m，水庫(kù)正常蓄水位高程1 690m，正常蓄水位以下庫(kù)容為10.15億m3，總庫(kù)容為10.75億m3。壩基承受的最大水頭達(dá)230m。

2試驗(yàn)區(qū)的選擇與布孔

根據(jù)地層情況、孔距、排距的不同，左岸基巖帷幕灌漿試驗(yàn)在高程1 640m灌漿平洞內(nèi)布置了2個(gè)深孔帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布置了3組試驗(yàn)，進(jìn)行排距1.5m和1.2m的比較，孔距2m和1.5m的比較。灌漿孔為兩排，每排分三序施工，灌漿孔和檢查孔均為斜孔，向上游方向傾斜角度為5°。孔位布置見圖1、2。

圖1　試驗(yàn)Ⅰ區(qū)孔位布置圖

3試驗(yàn)?zāi)康?.1確定適宜的孔距與排距

通過(guò)對(duì)不同試驗(yàn)區(qū)、不同分組的試驗(yàn)效果進(jìn)行對(duì)比，確定科學(xué)合理的灌漿施工孔距與排距。

3.2確定合理的灌漿方法及施工參數(shù)

確定符合長(zhǎng)河壩水電站地質(zhì)條件和施工要求的帷幕灌漿施工方法和技術(shù)參數(shù)。

4室內(nèi)漿材試驗(yàn)

圖2　試驗(yàn)Ⅱ區(qū)孔位布置圖

適宜的灌漿材料和漿液是取得良好灌漿效果的重要因素。試驗(yàn)水泥擬用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，分別對(duì)水泥漿液的泌水率等物理性能及抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)(表1、2)。

表1　室內(nèi)純漿液物理性能試驗(yàn)結(jié)果表

表2　室內(nèi)漿液力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)室內(nèi)漿液試驗(yàn)成果，在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)壩區(qū)地層，水泥漿液可選用水灰比5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個(gè)重量比級(jí)。

5帷幕灌漿試驗(yàn)

5.1鉆灌工藝選取

試驗(yàn)用鉆孔設(shè)備為XY-2地質(zhì)鉆機(jī)，采用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。試驗(yàn)區(qū)底板為0.5m厚混凝土蓋重，各序孔在施工時(shí)，先于孔口段進(jìn)行接觸段灌漿后，再埋設(shè)孔口花管待凝24h，而后自上而下分段鉆進(jìn)，安設(shè)孔口封閉器進(jìn)行灌漿，如此循環(huán)鉆灌直至結(jié)束。其中，灌漿孔及檢查孔第一段開孔孔徑為110mm，以下各段孔徑為75mm;段長(zhǎng)劃分情況為：01段～2m，02段～3m,03段～終孔均為5m。

5.2灌漿試驗(yàn)的實(shí)施

(1)試驗(yàn)Ⅰ序孔在灌漿前進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，其余孔各灌漿段在灌漿前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)(壓力為該段灌漿壓力的80%，但不超過(guò)1MPa),以了解該段巖體的透水性。

(2)在灌漿過(guò)程中，結(jié)合被灌地層巖體結(jié)構(gòu)、埋深、透水性、漿液水灰比、抬動(dòng)變形等情況，適當(dāng)調(diào)整灌漿壓力，后次序孔的灌漿壓力可較前次序孔依次提高15%左右，灌漿應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)壓力見表3。

表3　灌漿試驗(yàn)壓力表

(3)對(duì)于注入率較大或易于抬動(dòng)的部位應(yīng)分級(jí)升壓，灌漿試驗(yàn)壓力和注入率關(guān)系見表4。

表4　灌漿試驗(yàn)壓力與注入率關(guān)系表

注：分級(jí)升壓(P為對(duì)應(yīng)孔段的灌漿最大壓力)。

(4)鑒于長(zhǎng)河壩水電站攔河大壩最大壩高為240m并參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2012)，檢查孔壓水試驗(yàn)于灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行，最大壓力值(表壓)為2MPa。考慮到搭接帷幕施工，同時(shí)進(jìn)行壓力值(表壓)1MPa壓水試驗(yàn)對(duì)比。

5.3抬動(dòng)變形觀測(cè)

帷幕灌漿試驗(yàn)在有混凝土蓋重(50cm)的情況下進(jìn)行。灌漿孔段在裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)及灌漿等試驗(yàn)過(guò)程中，在設(shè)計(jì)壓力下，對(duì)于底板混凝土抬動(dòng)變形采用千分表觀測(cè)，具體布置為：在試驗(yàn)Ⅰ區(qū)設(shè)置30m、46m深2個(gè)垂直抬動(dòng)孔；在試驗(yàn)Ⅱ區(qū)設(shè)置30m深1個(gè)垂直抬動(dòng)孔(圖1、2)。

6帷幕灌漿試驗(yàn)效果分析

6.1全景圖像測(cè)試成果

(1)試驗(yàn)Ⅰ區(qū)灌前共完成了3孔鉆孔全景圖像測(cè)試，灌后測(cè)試1孔，各孔全景圖像解譯見表5。灌前鉆孔全景圖像成果表明：試驗(yàn)Ⅰ區(qū)巖體總體較完整，局部裂隙發(fā)育，以閉合緩傾角裂隙為主。灌后測(cè)試成果揭示試驗(yàn)Ⅰ區(qū)第3組部分裂隙填充有水泥結(jié)石。

(2)試驗(yàn)Ⅱ區(qū)灌前共完成了2孔鉆孔全景圖

表5　試驗(yàn)Ⅰ區(qū)鉆孔全景解譯表

像測(cè)試，灌后測(cè)試1孔，各孔全景圖像解譯見表6。灌前鉆孔全景圖像成果表明，試驗(yàn)Ⅱ區(qū)巖體總體較完整，局部裂隙發(fā)育，以閉合緩傾角裂隙為主。灌后測(cè)試成果揭示試驗(yàn)Ⅱ區(qū)第1組未發(fā)現(xiàn)裂隙填充水泥結(jié)石。

6.2單位注入率分析

帷幕灌漿試驗(yàn)共計(jì)完成2個(gè)區(qū)，6個(gè)組，52個(gè)孔，灌漿420段，詳情見表7、8。

表6　試驗(yàn)Ⅱ區(qū)鉆孔全景解譯表

表7　試驗(yàn)Ⅰ區(qū)單位注灰量統(tǒng)計(jì)表

從表7中可以看出：

表7中第1組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了152.1kg/m，降幅為60.9%；Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單位注灰量降低了224.2kg/m，降幅為47.3%；第2組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了180kg/m，降幅為64.1%；Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單位注灰量降低了309.3kg/m，降幅為52.4%。第3組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了275.3kg/m，降幅為77.7%，Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單位注灰量降低了71.6kg/m，降幅為16.8%。

表8中第1組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了144.2kg/m，降幅為74.2%，Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單

表8　試驗(yàn)Ⅱ區(qū)單位注灰量統(tǒng)計(jì)表

位注灰量降低了119.7kg/m，降幅為38.1%；第2組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了59.2kg/m，降幅為54.6%；Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單位注灰量降低了156.7kg/m，降幅為59.1%；第3組Ⅲ序孔平均單位注灰量較Ⅱ序孔平均單位注灰量降低了63.5kg/m，降幅為47.9%；Ⅱ序孔平均單位注灰量較Ⅰ序孔平均單位注灰量降低了119kg/m，降幅為47.3%。

總之，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分序灌注，后序孔平均單耗比前序孔平均單耗存在顯著的降低，符合分序灌漿的一般規(guī)律。

6.3灌注前后巖體透水率分析

本工程深孔帷幕生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)要求：主帷幕幕體的透水率q≤1Lu，不合格孔段的透水率值不大于設(shè)計(jì)要求的200%且不集中，則灌漿質(zhì)量認(rèn)定為合格。灌注前后巖體透水率情況見表9～12。

從表9、10灌前壓水試驗(yàn)可見：強(qiáng)、中等漏失孔段逐步減少，2個(gè)試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序不返水4段，Ⅱ序不返水3段，Ⅲ序不返水1段。

表9　試驗(yàn)Ⅰ區(qū)灌前透水率統(tǒng)計(jì)表

檢查孔進(jìn)行了表壓為1MPa、表壓為2MPa對(duì)比壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)312段次，除有2段(4段次)不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(透水率q≤1Lu)外，其余試段均滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)要求。該2段(4段次)的透水率(壓水壓力1MPa/2MPa)分別為1.83Lu/

1.8Lu、1.3Lu/1.68Lu，大于1Lu，但滿足DL/T

5148-2012 “不合格試段的透水率不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的200%”的要求(以上不合格孔段間排距均為2m×1.5m)。

6.4單點(diǎn)法1MPa、2MPa壓水試驗(yàn)成果對(duì)比分析

單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2012)附錄B(灌漿工程壓水試驗(yàn))執(zhí)行。

6.4.1檢查孔檢查壓水試驗(yàn)壓力值的確定

(1)壩高<50m，試驗(yàn)壓力值一般為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa；

(2)壩高50～100m，試驗(yàn)壓力值取1MPa；

(3)壩高100～200m、>200m，試驗(yàn)壓力值為1MPa，H(m)并不大于2MPa。

6.4.2壓入流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

在穩(wěn)定的壓力下，每3～5min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中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(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。

6.4.3現(xiàn)場(chǎng)檢查孔壓水試驗(yàn)壓力值及成果對(duì)比分析

表10　試驗(yàn)Ⅱ區(qū)灌前透水率統(tǒng)計(jì)表

表11　試驗(yàn)Ⅰ區(qū)灌后檢查孔壓水統(tǒng)計(jì)表

表12　試驗(yàn)Ⅱ區(qū)灌后檢查孔壓水統(tǒng)計(jì)表

(1)孔深5.5m以上孔段，采用1MPa的壓力進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。

(2)孔深5.5m以下檢查孔孔段，采用1MPa、2MPa壓力進(jìn)行單點(diǎn)法壓水對(duì)比試驗(yàn)。

壓水壓力分別為1MPa、2MPa時(shí)的試驗(yàn)成果(所得透水率基本一致，可能存在試驗(yàn)誤差)除2段外，巖體透水率q≤1Lu，滿足設(shè)計(jì)帷幕防滲要求。

試驗(yàn)Ⅱ區(qū)第2組2#檢查孔第10段壓水試驗(yàn)壓力為1MPa時(shí)透水率為1.3Lu，2MPa時(shí)透水率為1.68Lu，不排除已充填裂隙水泥膠結(jié)物在較高壓力下被破壞的可能。

6.5不合格孔段原因分析及處置

6.5.1不合格原因分析

(1)查閱不合格兩段相鄰灌漿孔灌注原始資料，其灌注設(shè)備、機(jī)具、工藝、參數(shù)等均與其他孔段類同，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，可排除因灌注設(shè)備、機(jī)具、工藝、參數(shù)等因素改變?cè)斐刹缓细竦目赡堋?/p>

(2)裂隙發(fā)育，特別是豎直裂隙，一旦被鉆孔揭穿，極易造成鉆孔沿著裂隙偏斜；母巖與水泥結(jié)石的軟硬程度不同，在破碎巖體中也會(huì)造成孔斜偏差，隨著孔深的增加，孔斜偏差加劇且偏移的方位、角度不易控制。

(3)不排除相鄰帷幕孔的孔底孔距可能存在局部超出設(shè)計(jì)最大孔距2m的情況，從而造成相鄰帷幕孔局部孔段灌注擴(kuò)散半徑重疊不夠，甚至漿液隨大的裂隙運(yùn)動(dòng)充填，灌漿壓力不能滿足對(duì)相對(duì)較完好(不能承受檢查壓力)巖體的灌注，兩孔之間存在薄弱部位，進(jìn)而造成帷幕不連續(xù)、壓水不合格的可能。

6.5.2不合格孔段的處置

按照設(shè)計(jì)及規(guī)范帷幕灌漿工程質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，本次灌漿試驗(yàn)帷幕灌漿質(zhì)量壓水試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到：混凝土蓋板與基巖接觸段及其下一段的合格率為100%，其余各段的合格率應(yīng)為90%以上，不合格段的透水率值不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%且不集中，灌漿質(zhì)量滿足合格標(biāo)準(zhǔn)。

為確保工程質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)采取利用檢查孔對(duì)不合格孔段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)灌的處理措施。

6.5.3混凝土蓋重與抬動(dòng)觀測(cè)

(1)虛擬蓋重。

試驗(yàn)區(qū)為0.5m厚混凝土蓋重，各序孔在施工時(shí)混凝土與基巖接觸段按要求灌注后，埋入孔口管后待凝24h。試驗(yàn)證明混凝土連同接觸段形成的虛擬蓋重約為2.5～3m，能滿足接觸段以下各灌漿孔段在裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)及灌漿等施工時(shí)對(duì)混凝土蓋重的需求。

(2)抬動(dòng)孔與抬動(dòng)觀測(cè)。

①在試驗(yàn)施工全過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)抬動(dòng)超限等異常情況發(fā)生，未對(duì)底板混凝土造成破壞。

②依據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2012)，建議施工時(shí)可適當(dāng)減少抬動(dòng)孔數(shù)量及深度，抬動(dòng)孔深度以20m左右為宜，且應(yīng)在臨近灌漿平洞口、強(qiáng)卸荷帶附近布設(shè)并加強(qiáng)觀測(cè)。

7試驗(yàn)成果及建議

7.1孔距與排距

通過(guò)對(duì)各試驗(yàn)區(qū)組進(jìn)行對(duì)比并考慮到巖體特性對(duì)孔底偏差的影響及對(duì)孔底偏差的要求不同、防滲帷幕體的阻水效果、耐久性，為保證防滲帷幕體的厚度及灌漿質(zhì)量，對(duì)帷幕灌漿孔孔距、排距建議如下：

(1)將帷幕孔間、排距縮小為1.5m×1.5m更利于灌漿效果滿足設(shè)計(jì)報(bào)告中的防滲要求。

(2)試驗(yàn)Ⅰ區(qū)、試驗(yàn)Ⅱ區(qū)孔間、排距2m×1.5m分別有一段大于1Lu。經(jīng)綜合考慮，若需要采用孔間、排距2m×1.5m，則應(yīng)采取有效措施加以防控，如增加檢查孔數(shù)量以獲得足夠的效果檢查數(shù)據(jù)且同時(shí)亦可兼作灌漿孔予以補(bǔ)強(qiáng)灌漿等。

(3)在局部強(qiáng)卸荷帶裂隙發(fā)育位置、或因孔底偏差值(孔底孔距)影響，設(shè)計(jì)孔間、排距可能存在局部超出大于設(shè)計(jì)孔距的位置，對(duì)此，筆者建議可增為3排孔，孔間、排距為2m×0.75m。

7.2鉆灌方法與施工參數(shù)

(1)鉆灌方法。

選用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)，采取“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下、分段灌漿”的灌漿工藝，其優(yōu)勢(shì)為：利用鉆桿作為射漿管，孔內(nèi)不需下入灌漿栓塞，從而避免了起、下栓塞和堵塞不嚴(yán)等問(wèn)題。每段灌漿結(jié)束后，一般不需待凝，即可開始下一段的鉆孔，更有利于加快進(jìn)度；“孔內(nèi)循環(huán)”除了主要對(duì)新鉆段進(jìn)行灌漿以外，還可以使以上各段都能得到若干次的重復(fù)灌漿，最終都會(huì)受到最高壓的“考驗(yàn)”，有利于提高灌漿質(zhì)量。

(2)施工參數(shù)。

① 帷幕灌漿水灰比宜選用：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個(gè)重量比級(jí)。

②筆者建議的帷幕灌漿分段長(zhǎng)度值見表13。

表13　帷幕灌漿分段長(zhǎng)度建議值表

注：以上段長(zhǎng)在灌漿過(guò)程中可根據(jù)鉆孔地質(zhì)情況、灌漿分析資料作適當(dāng)調(diào)整。

經(jīng)過(guò)分析、對(duì)比各試驗(yàn)區(qū)成果并結(jié)合本工程自身特點(diǎn)，建議將帷幕灌漿試驗(yàn)用壓力做出一定的調(diào)整，作為帷幕灌漿的設(shè)計(jì)壓力，從而更好地確保帷幕灌漿的施工質(zhì)量。具體灌漿壓力見表14。

表14　灌漿壓力建議值表

8結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)分析表明：采用孔口封閉法灌漿能對(duì)巖體進(jìn)行有效的擠壓、穿插、包裹，處理后的帷幕體密實(shí)、防滲帷幕的防滲能力可以達(dá)到1Lu, 得出了帷幕灌漿設(shè)計(jì)的必要參數(shù)，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康模敬吾∧还酀{試驗(yàn)效果良好。

康路明(1989-)，男，河南秦皇島人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

呂清嵐(1986-)，男，山東鄆城人，助理工程師，從事水利水電施工技術(shù)與管理工作；

楊培青(1987-)，男，河南蘭考人，質(zhì)量管理部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

Test and Analysis for Deep Hole Curtain Grouting at Changgeba Hydropower Station

KANG LumingLU QinglanYANG Peiqing

(Changheba Construction Bureau of Sinohydro Engineering Bureau 5 Corporation,

Kangding , Sichuan , 626001, China)

Abstract:Because of many unfavorable conditions , such as complicated geological conditions, high operation head and high requirements for seepage control , curtain grouting test was performed in left bank with good grouting results by analyzing drilling and grouting technology , unit injection rate , permeability rate before and after injection and geophysical detection , achieving the expected results of deep hole curtain grouting test and gaining necessary parameters for curtain grouting design . Experiences are gained for deep hole curtain grouting for 300m high earth and rockfill dam and references are given to the similar project.

Key words:Changheba hydropower station ; deep hole curtain ; grouting test

收稿日期:2015-05-05

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0031-07

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV543

作者簡(jiǎn)介: