黃金坪水電站大壩防滲墻下基巖帷幕鉆灌施工技術(shù)研究

魏　祥，　李　陽，　馬 鵬 奎

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都　611130)

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黃金坪水電站大壩防滲墻下基巖帷幕鉆灌施工技術(shù)研究

魏祥，李陽，馬 鵬 奎

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都611130)

摘要：黃金坪水電站大壩座落于大渡河干流深厚覆蓋層上，防滲墻最大深度達130 m。墻下基巖帷幕灌漿施工具有鉆孔深度較深、技術(shù)難度高、施工空間狹小等特點。通過有針對性的采取鉆灌設(shè)備合理選型、預(yù)埋灌漿鋼孔口管、精密控制孔斜等技術(shù)措施，大壩墻下深孔基巖帷幕取得了較好的防滲效果。研究并總結(jié)了黃金坪水電站大壩墻下基巖帷幕灌漿施工所采取的先進鉆灌工藝與技術(shù)，可供類似水利水電工程推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大壩防滲墻下基巖帷幕；無芯鉆孔；合理選型；鉆孔全景圖像；黃金坪水電站

1工程概述

黃金坪水電站攔河大壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程1 481.5 m，最大壩高85.5 m，壩頂寬度為12 m，壩頂長度為407.44 m。

大壩防滲系統(tǒng)自上而下由瀝青混凝土防滲心墻、河床廊道、混凝土防滲墻、基巖防滲帷幕組成。覆蓋層壩基采用一道全封閉混凝土防滲墻防滲，墻厚1.2 m，最大深度130 m。防滲墻底部下接雙排基巖帷幕防滲，最大基巖帷幕設(shè)計鉆灌深度為145.5 m。墻下基巖帷幕灌漿施工在大壩河床灌漿監(jiān)測廊道內(nèi)進行。

瀝青混凝土心墻堆石壩壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)：河床漂(塊)砂卵(碎)礫石覆蓋層，厚度分布約56～130 m，最大厚度為133.92 m。覆蓋層下的基巖主要為斜長花崗巖。大壩左右岸基巖防滲帷幕底線要求深入弱風化巖層q=5 Lu界線以下。

2大壩墻下基巖防滲帷幕的設(shè)計

大壩墻下基巖防滲帷幕沿防滲軸線上下游兩側(cè)共布置2排，排距0.8 m，孔距2.4 m，共計布置了231個基巖帷幕孔，劃分為12個灌漿單元工程(第10單元～第21單元)。

帷幕孔口高程為1 400.5 m，最低終孔高程為1 255 m，設(shè)計總孔深為89.26～145.5 m,設(shè)計最大鉆灌深度為145.5 m。混凝土防滲墻內(nèi)孔口管設(shè)計深度為5.2～129.2 m，基巖灌漿段分布深度為16.3～120.04 m。大壩防滲墻下基巖帷幕灌漿質(zhì)量合格標準：灌后透水率q≤3 Lu。

為防止大壩墻下基巖帷幕灌漿鉆孔鉆穿和壓水試驗、高壓帷幕灌漿劈裂防滲墻混凝土墻體而造成大壩防滲墻混凝土墻體不可修復(fù)的破壞，進而危及堆石壩結(jié)構(gòu)安全，必須對大壩墻下基巖帷幕鉆孔、壓水試驗、灌漿、封孔利用防滲墻內(nèi)預(yù)埋的灌漿鋼孔口管進行施工。

3大壩墻下基巖帷幕灌漿施工

(1)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗。

大壩墻下基巖帷幕結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到建于深厚覆蓋層壩基上的堆石壩的長期安全穩(wěn)定運行，必須對設(shè)計初步擬定的大壩墻下基巖帷幕灌漿施工參數(shù)進行嚴格的生產(chǎn)性試驗和驗證。

大壩深孔基巖防滲帷幕施工難度較大，對地質(zhì)鉆機、灌漿泵等鉆灌設(shè)備選型和鉆灌施工方法、孔內(nèi)灌漿事故預(yù)防等施工技術(shù)均提出了較高的要求，因此，必須進行現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗進行探索、優(yōu)化和論證。

經(jīng)慎重比選，最終選定地質(zhì)條件具有代表性的 壩 段 第 13 單 元——壩0+122.32～壩0+

145.17(高程1 400.5～1 255 m)為大壩墻下基巖帷幕灌漿現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗區(qū)。

(2)鉆灌施工參數(shù)及其主要鉆灌設(shè)備。

①經(jīng)大壩墻下基巖帷幕灌漿現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗論證最終選定了大壩墻下基巖帷幕灌漿施工參數(shù)及其施工工藝：鉆孔采用無芯鉆進工藝，灌漿采用孔口封閉灌漿法等重要施工技術(shù)(表1、2)。

表1　大壩防滲墻下基巖帷幕灌漿鉆灌施工技術(shù)參數(shù)表

表2　大壩墻下基巖帷幕灌漿施工主要鉆灌設(shè)備選型表

②各基巖帷幕孔段無芯鉆進完成后，向上提升鉆桿距孔底20～50 cm，采用灌漿泵進行鉆孔沖洗。鉆孔沖洗合格后，孔內(nèi)鉆桿即做為灌漿射漿管，安裝孔口封閉器后可連續(xù)進行裂隙沖洗、灌前壓水試驗、帷幕灌漿和無芯鉆進下一孔段施工。

③大壩墻下基巖帷幕灌漿漿液比級采用W∶C=5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共計6個比級,開灌水灰比采用W∶C=5∶1。

④大壩墻下基巖帷幕灌漿漿液變換原則：按照《大壩基礎(chǔ)基巖防滲帷幕灌漿施工技術(shù)要求》(2013年12月)和《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5148-2012)執(zhí)行。

⑤大壩墻下基巖帷幕各孔段灌漿結(jié)束標準：在該灌漿段最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min，繼續(xù)灌注30 min后可結(jié)束灌漿。當?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜、地下水流速大、注入量較大、灌漿壓力較低時，持續(xù)屏漿時間應(yīng)延長至60 min。遇有涌水孔段時，其灌后必須采取閉漿待凝措施，閉漿待凝時間不得小于8 h。

⑥大壩墻下基巖帷幕孔的封孔方法：0.5∶1濃漿置換稀漿后，采用全孔灌漿法進行封孔，孔口封閉純壓30 min，封孔壓力采用最大灌漿壓力。

4大壩墻下深孔基巖帷幕施工技術(shù)研究與探討

(1)預(yù)埋灌漿鋼孔口管施工技術(shù)。

為防止大壩墻下基巖帷幕灌漿鋼孔口管在防滲墻混凝土澆筑過程中發(fā)生位移和變形，確保墻下基巖帷幕灌漿鋼孔口管的垂直度和通暢性，必須采用φ22螺紋鋼筋焊接制作剛度較大的灌漿鋼孔口管固定桁架，每節(jié)灌漿鋼孔口管固定桁架長12 m。

大壩墻下基巖帷幕灌漿鋼孔口管采用φ110、壁厚4 mm的鋼管。對鋼孔口管管材及其焊接接頭必須進行抗?jié)B耐壓試驗。抗?jié)B耐壓試驗方法采用壓水試驗進行，其壓水壓力為最大基巖帷幕灌漿壓力(4 MPa)。灌漿鋼孔口管本身也是固定桁架的重要支撐固定構(gòu)件之一。

大壩墻下基巖帷幕灌漿鋼孔口管必須與鋼筋固定桁架或防滲墻鋼筋籠之間焊接固定牢靠。上部防滲墻鋼筋籠和下部鋼筋固定桁架之間的灌漿鋼孔口管必須焊接連接順直。灌漿鋼孔口管固定桁架必須分節(jié)起吊、防滲墻槽孔孔口連接后再整體起吊下放安裝就位。

(2)深孔基巖帷幕鉆孔無芯鉆進工藝。

因大壩墻下基巖帷幕灌漿孔鉆孔較深，為節(jié)省鉆孔取芯和灌漿射漿管下設(shè)工序時間，黃金坪水電站大壩墻下基巖帷幕鉆孔采用了無芯鉆進和無芯鉆桿做為灌漿射漿管的新工藝。無芯鉆頭采用普通金剛石鉆頭，內(nèi)焊合金牙輪，無芯鉆頭和擴孔器總長度為20～30 cm。

(3)深孔基巖帷幕鉆灌施工設(shè)備合理選型。

大壩墻下基巖帷幕設(shè)計總孔深為89.26～145.5 m，為深孔基巖帷幕灌漿施工。在鉆孔孔斜控制、鉆桿起吊或下設(shè)、射漿管鉆桿防鑄等灌漿技術(shù)方面均存在較大的施工難度，在國內(nèi)已建水利水電工程深孔基礎(chǔ)帷幕施工中也是極為少見的。

大壩墻下基巖帷幕鉆孔選用XY-2型地質(zhì)鉆機，先導(dǎo)孔鉆孔取芯采用φ75金剛石取芯鉆頭，普通基巖帷幕孔采用φ75金鋼石無芯鉆頭，選用φ60矩形內(nèi)螺紋鉆桿清水鉆進。

所選用的XY-2型地質(zhì)鉆機在回轉(zhuǎn)扭矩、鉆孔效率、孔斜控制等方面均明顯優(yōu)于XY-2PC型地質(zhì)鉆機。3SNS三缸高壓灌漿泵在輸出排量、泵壓和機械性能穩(wěn)定等方面均較好。

(4)深孔基巖帷幕孔斜測量及其儀器的合理選型。

因大壩墻下基巖帷幕總孔深較深，其終孔孔斜測量驗收采用KXP-1型電子測斜儀，自孔底向孔口每間隔10 m測量一次孔斜值。由于電子測斜儀操作簡便，既保證了基巖帷幕終孔孔斜測量的準確性，也能加快基巖帷幕終孔驗收進度，其終孔驗收效率明顯高于其他機械測斜儀器。

(5)深孔基巖帷幕鉆孔深度測量方法。

為有效控制每一基巖帷幕灌漿孔段的鉆孔深度，防止出現(xiàn)較大的孔深超鉆或欠鉆現(xiàn)象，要求在每一帷幕灌漿孔段鉆孔工作結(jié)束后，必須及時申請讓監(jiān)理測量驗收實際鉆孔的深度。

各基巖帷幕灌漿孔段的鉆孔沖洗合格后，將細鋼繩測繩的測針(φ6圓鋼、L=50 cm)穿過鉆桿中心孔下放至孔底進行孔深測量。

(6)深孔基巖帷幕灌漿施工排污系統(tǒng)。

大壩墻下基巖帷幕灌漿施工位于堆石壩最底層的大壩河床灌漿監(jiān)測廊道內(nèi)。必須及時抽排和清運灌漿施工產(chǎn)生的大量廢水、廢漿、廢渣，以防止其污染基巖帷幕灌漿孔。

大壩墻下基巖帷幕灌漿施工期間，在大壩河床灌漿監(jiān)測廊道內(nèi)布置了1個集水池，2臺37 kW污水泵，經(jīng)4 in(1in=2.54 cm)排污鋼管抽排至洞外沉淀池，再次沉淀后達標排放。各施工班組獨立配置專職清渣人員，將施工廢渣及時裝袋并采用卷揚機提升清運出洞。

5大壩墻下基巖帷幕灌漿質(zhì)量檢查及其防滲效果

(1)鉆孔、壓水試驗質(zhì)量檢查。

為防止大壩墻下基巖帷幕灌漿質(zhì)量檢查鉆孔鉆穿和壓水試驗劈裂防滲墻混凝土墻體而造成大壩防滲墻混凝土墻體不可修復(fù)的破壞，進而危及堆石壩結(jié)構(gòu)安全，將大壩墻下基巖帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔布置在原混凝土防滲墻墻體質(zhì)量取芯孔、墻下基巖帷幕灌漿原孔部位。

大壩墻下基巖帷幕灌漿各質(zhì)量檢查孔鉆孔取芯、壓水試驗分段與灌漿分段段長一致。檢查孔各孔段壓水試驗均采用單點法，自上而下、分段卡塞進行。壓水試驗塞采用頂壓塞結(jié)構(gòu)。

大壩墻下基巖帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔壓水壓力為：第1段(2 m)先采用0.4 MPa壓水壓力進行質(zhì)量檢查，再采用1 MPa壓水壓力進行一次質(zhì)量檢查。其余孔段的壓水壓力均采用1 MPa。大壩墻下基巖帷幕檢查孔壓水試驗合格標準：灌后透水率q≤3 Lu。大壩墻下基巖帷幕灌漿施工監(jiān)理質(zhì)量檢查成果見表2。

(2)鉆孔全景圖像檢查。

為直觀探查大壩墻下基巖帷幕灌漿水泥漿液在壩基花崗巖巖體中的擴散半徑以及裂隙、破碎帶巖體中的充填結(jié)石狀況，采用鉆孔全景圖像檢查方法做為大壩墻下基巖帷幕灌漿施工質(zhì)量檢查的輔助檢查方法。鉆孔全景圖像檢查和檢測成果分析必須由具有相應(yīng)物探檢測資質(zhì)的物探檢測中心進行。

(3)第三方質(zhì)量檢查。

為確保大壩基巖防滲帷幕體系施工質(zhì)量，客觀、準確評價大壩左右岸基巖帷幕灌漿防滲效果，黃金坪水電站工程引入了第三方灌漿質(zhì)量檢查方式。

大壩墻下基巖帷幕灌漿監(jiān)理質(zhì)量檢查完成后，由發(fā)包人重新布置大壩墻下基巖帷幕灌漿第三方質(zhì)量檢查孔，由第三方灌漿質(zhì)量檢查單位獨立進行灌漿質(zhì)量檢查并出具第三方灌漿質(zhì)量檢查報告。大壩墻下基巖帷幕灌漿施工第三方質(zhì)量檢查成果見表3。

表3　大壩墻下基巖帷幕灌漿施工質(zhì)量檢查成果表

(4)大壩墻下基巖帷幕灌漿實際防滲效果。

2015年5月1日，黃金坪水電站工程大壩下閘蓄水，大壩最高蓄水至高程1 472.3 m。根據(jù)對當日大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行的分析：壩基防滲墻前滲壓水位高程為1 472.3 m，防滲墻后滲壓水位高程為1 410.6 m，深厚覆蓋層壩基防滲體系上下游滲透水頭折減61.7 m，折減率為85%。

上述數(shù)據(jù)證明：大壩防滲墻及其墻下基巖防滲帷幕的防滲運行效果較好。無芯鉆孔工藝和孔口封閉灌漿法技術(shù)在黃金坪水電站大壩深孔基巖帷幕灌漿施工中取得了圓滿成功。

6結(jié)語

筆者對黃金坪水電站大壩防滲墻下基巖帷幕灌漿施工中的先進鉆孔工藝、灌漿方法、鉆孔孔深和孔斜測量等施工方法和經(jīng)驗進行了總結(jié)和梳理，希望在今后的大壩深孔基巖防滲帷幕施工中得以合理運用并繼續(xù)驗證、優(yōu)化部分鉆灌施工工藝。

同時，黃金坪水電站大壩墻下基巖帷幕灌漿施工中也出現(xiàn)了值得繼續(xù)探索、研究和論證的大壩深層基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)課題。

(1)大壩深層防滲帷幕鉆灌深度有逐漸加深的趨勢，新型鉆灌設(shè)備和先進的灌漿施工技術(shù)有待積極探索、優(yōu)化、創(chuàng)新。

(2)建議鉆孔沖洗工序應(yīng)做為獨立工序。水利水電工程施工實踐證明：若不采用灌漿泵輸送大流量水流，采用無芯鉆進的深孔基巖帷幕孔則難以將其孔底巖粉沖洗干凈，勢必嚴重影響深孔基巖帷幕灌漿的質(zhì)量。

(3)大壩基巖防滲帷幕灌漿施工應(yīng)重視開灌水灰比的合理選擇。在稀漿開灌階段，稀漿中的水會進一步適度劈裂巖層裂隙，水泥顆粒更易滲入、密實充填于巖層裂隙之中。

(責任編輯：李燕輝)

魏祥(1976-)，男，四川成都人，水利部全國注冊監(jiān)理工程師，工程師，從事水利水電工程建設(shè)監(jiān)理工作；

李陽(1984-)，男，河南信陽人，工程師，碩士，從事水利水電工程建設(shè)監(jiān)理工作；

馬鵬奎(1982-)，男，青海西寧人，工程師，碩士，從事水利水電工程建設(shè)管理工作.

Curtain Drilling and Grouting Technology in Foundation Rock under Diaphragm Wall of the dam at Huangjinping Hydropower Station

WEI XiangLI YangMA Pengkui

(Sichuan Ertan International Engineering Consulting Co.ltd，Chengdu, Sichuan，611130， China)

Abstract:Huangjinping dam is located in the deep overburden on the Dadu River and maximum depth of diaphragm wall is 130m. The curtain grouting construction in foundation rock under diaphragm wall is characterized with deep drilling hole d, great technical challenges, narrow construction space and so on. By reasonable selection of drilling and grouting equipment, pre-buried grouting steel pipe, precision control of hole inclination and other technical measures, curtain grouting in foundation rock under the diaphragm wall of the dam is effective. This paper studies and summarizes the advanced drilling and grouting technology of the foundation curtain grouting of the dam at Huangjinping hydropower station to provide popularization and application in the similar hydropower projects.

Key words:curtain grouting in foundation rock under the diaphragm wall；coreless drilling hole；reasonable selection；panoramic borehole image

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0068-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV543;TV52;TV53+8.1

收稿日期:2016-01-15