藏木水電站帷幕灌漿施工工藝及質量控制

李宏義，張　剛

(1.中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000; 2.浙江華東工程有限公司，浙江杭州 310000 )

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藏木水電站帷幕灌漿施工工藝及質量控制

李宏義1，張剛2

(1.中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000; 2.浙江華東工程有限公司，浙江杭州 310000 )

【摘要】帷幕灌漿在壩基防滲、河堤防滲處理方面得到了廣泛的應用,但因具體工程規模及地質構造不同,灌漿施工工藝不盡相同。藏木水電站基礎處理中遇到陡傾角、大裂隙、較大涌水等現象，文章對其灌漿設計從開工條件、漿孔分布、施工工藝流程、單孔施工流程、鉆孔沖洗和灌前壓水試驗、灌漿質量檢查等方面作了詳細論述。從檢查孔壓水檢測、孔內電視及聲波測試成果分析,說明灌漿使巖體間裂隙得到有效的填充,巖體密實度加強,證明藏木水電站大壩壩基帷幕灌漿效果達到了設計要求。

【關鍵詞】藏木水電站；基礎處理；帷幕灌漿；施工工藝；質量控制

1工程地質

2施工工藝

2.1帷幕灌漿施工方法

本次帷幕灌漿采取 “孔口封閉、自上而下分段、孔內循環灌漿法”施工。

2.2主要施工程序

2.2.1總體施工程序：

帷幕灌漿必須按“先固結灌漿，后帷幕灌漿”；“先主帷幕，后副帷幕”的順序進行。壩基帷幕灌漿的主要施工工序為：場地清理→下游排帷幕孔(主帷幕)→上游排帷幕孔(副帷幕)；各序孔施工順序：抬動觀測孔→先導孔→主帷幕Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔→副帷幕Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔→灌后檢查孔。帷幕灌漿施工需滿足DL/T 5148-2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》中對不同排、不同序孔保證15 m落差同時施工等相關技術條款的要求。

2.2.2單孔施工程序(自上而下)

鉆機對中孔位→整平固定鉆機→第一段造孔→測孔深、孔斜→下阻塞器→洗孔、壓水、灌漿→下孔口管(待凝72 h)→第二段造孔→測孔深、孔斜、洗孔、壓水、灌漿→……第五段造孔→(奇數段測斜)→……全孔驗收→壓水→終孔段灌漿→機械封孔(人工封孔)。

2.3施工原材料及儀器、儀表檢測

(1)灌漿水泥：采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。質量必須符合(GB175)標準的規定。

(2)水：采用供水系統供應的系統水。

(3)漿液：制漿的水溫及漿液溫度不宜高于30℃。高溫天氣應采取溫控措施，防制漿升溫。儲漿筒內的水泥漿液應連續攪拌，超過4 h以上未灌注的漿液不得使用，作廢漿處理。

(4)外加劑及摻合料：帷幕灌漿使用純水泥漿液灌漿，在遇到特殊情況需要要摻入時需報監理批準。外加劑的品種及其最優摻量通過室內漿液試驗或者現場生產性試驗確定。任何情況下帷幕灌漿試驗漿液中不得摻膨脹土和粘土。所有能溶于水的外加劑應以水溶液狀態加入。

(5)施工使用的儀器、儀表均在施工前進行了檢測，均有合格證書及出廠證明，測斜儀、流量計、壓力計、自動記錄儀均經廠家檢測合格后使用。

2.4抬動觀測孔

2.4.1抬動觀測孔施工

每一施工單元至少布置1個抬動觀測孔。抬動孔入巖15 m，孔徑為76 mm，鉆孔結束后按技術規范要求進行抬動設備安裝。

抬動觀測裝置完畢，待48 h后進行灌漿作業施工。

抬動觀測裝置具體安裝步驟：清除孔內積水→孔底下入水泥砂漿約(1 m)→下入黃油石膏約1 m→下入外管(外管采用φ40鋼管，下入黃油石膏內20 cm)→進行內管埋設(采用φ19 mm鋼管，內管埋設距孔底20 cm)

抬動變形觀測使用的千分表，在使用前進行檢驗，使用過程中進行檢查、校核，確保其靈敏性和準確性。抬動觀測孔抬動觀測裝置在灌漿作業前完成安裝、調試工作。

2.4.2抬動變形觀測

(1)抬動變形觀測允許值小于200 μm。

(2)設有抬動變形觀測裝置的部位，對觀測孔周邊的灌漿孔段在裂隙沖洗、壓水試驗、灌漿全過程中派專人進行抬動變形觀測，每5 min測記一次讀數，并密切注意變形動態，抬動變形值超過允許設計值200 μm時立即停止施工，并報請監理工程師共同研究處理措施。

(3)抬動變形觀測使用的千分表，在使用前進行檢驗，使用過程中進行檢查、校核，確保其靈敏性和準確性。

(4)灌漿完成后，抬動變形觀測孔采用全孔灌漿封孔法進行封孔處理，封孔壓力采用全孔最大壓力，封孔時間60 min。

2.5施工工藝

2.5.1鉆孔

(1)帷幕灌漿孔采用回轉式地質鉆機進行鉆孔施工，鉆機擺放應平整穩固。

(2)先導孔及檢查孔等取芯鉆孔要求使用雙管鉆具取芯，減少沖洗液對芯樣沖刷和巖芯間磨損。

(3)鉆孔孔徑：孔口段需要埋設孔口管的部位采用φ91的鉆頭進行鉆進，埋設φ89孔口管(無縫鋼管，埋入基巖深度為2.0 m，露出孔口0.1 m)，其余段鉆孔孔徑不小于φ56。先導孔、質量檢查孔以及其它要求取芯的孔孔徑為φ75。

(4)鉆孔孔深、排距、孔距：根據原設計圖紙。

(5)鉆孔時對孔內各種情況，如深度、涌水、漏水、斷層構造、塌孔、掉塊、卡鉆、巖層變化等情況進行記錄，作為分析鉆孔灌漿質量的基本依據。鉆孔遇有洞穴、塌孔或掉塊難于鉆進時，可先進行灌漿處理，再行鉆進。如發現集中漏水或涌水，應查明情況，分析原因，經處理后再鉆進。

(6)帷幕灌漿孔要進行孔斜測量，根據監理工程師指令，按每10 m一段進行孔斜測量。

2.5.2孔段沖洗和壓水試驗

2.5.2.1沖洗

(1)每個灌漿段鉆孔結束后，應立即進行孔洞沖洗，孔底殘留物厚度不大于20 cm；灌漿前應進行孔壁沖洗，直至回水澄清后結束后進行裂隙沖洗，裂隙沖洗采用導管通入大流量水流，從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗；沖洗壓力采用80%的灌漿壓力，壓力超過1 MPa時，采用1 MPa。裂隙沖洗應沖洗至回水澄清后10 min結束，且總沖洗時間不少于20 min。裂隙沖洗可結合簡易壓水進行。

(2)灌漿孔(段)裂隙沖洗結束24 h內應進行該孔的帷幕灌漿施工，否則應在灌前重新進行裂隙沖洗。

(3)沖洗過程及返水情況應詳細、如實記錄。

2.5.2.2壓水

帷幕灌漿孔先導孔采用自上而下分段卡塞和“單點法”進行壓水試驗，分段長度與灌漿分段長度相同。其余帷幕灌漿孔段在灌漿前采用簡易壓水。灌漿前壓水試驗壓力為該段灌漿壓力的80 %，并不大于1 MPa。

簡易壓水穩定標準：壓力為灌漿壓力的80 %，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa；壓水20 min，每5 min測一次壓水流量，取最后的流量值作為計算Lu值。單點法壓水穩定標準：每5 min測一次壓入流量，連續4次讀數中，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1 L/min即可結束，取最終值計算Lu值。

計算公式：q=Q/PL

式中：q為透水率(Lu)；Q為壓水流量(L/min)；P為作用于試段內的全壓力(MPa)；L為試驗段長(m)。

2.5.3灌漿

灌漿壓力：帷幕灌漿壓力見表1。

表1　各孔段灌漿壓力

灌漿壓力應盡快達到設計值，在Ⅰ序孔2～12 m灌漿段和其他注入率大于30 L/min的孔段應采用分級升壓至設計壓力。分級壓力可根據具體情況確定，升壓速度控制在0.5 MPa/(10 min)以內，分級壓力時每級壓力的純灌時間不少于15 min。在灌漿部位設置抬動觀測孔，采用千分表對抬動值進行觀測，抬動及變形允許值為0.1 mm。

帷幕灌漿漿液的濃度由稀到濃，逐級變換。漿液的水灰比采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1共6個比級,開灌水灰比為5:1，詳見表2。

表2　漿液配比

2.5.4漿液變換標準

(1)灌漿漿液由稀到濃逐級變換。

(2)當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或注入率不變灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。

(3)當某一比級漿液注入量大于30 L/min時，可視具體情況越級變濃。

(4)當某級漿液的注入量大于300 L或灌注時間超過30 min，而灌漿壓力或注入率無改變或改變不明顯時，漿液應改濃一級。

2.5.5灌漿結束標準

(1)灌漿段在最大設計壓力下，當注入率小于1 L/min，繼續灌注60 min后結束灌漿。如當孔端處地下承壓區域，有涌水時注入率小于1 L/min后，持續灌注60 min后結束灌漿。

(2)灌漿達不到結束標準且持續較長時間時，或灌漿接近結束而發生回漿變濃，不能達到閉漿標準時，報請監理工程師共同研究處理措施。

2.5.6封孔

帷幕灌漿孔及灌后檢查孔采用置換和壓力灌漿法封孔。灌漿結束后，利用射漿管，直接用0.5∶1的濃漿置換孔內稀漿，待回漿管返出0.5∶1的濃漿，置換充分后，提出射漿管，補充漿液后采用孔口封閉壓力灌漿封孔法，在灌漿最大設計壓力下，屏漿60 min。

2.5.7特殊情況處理

(1)帷幕灌漿終孔段透水率大于設計要求的透水率標準時，鉆孔應繼續加深，每次加深段長5 m，直至達到要求。

(2)鉆孔發生塌孔、掉塊或集中滲漏時，應立即停鉆，查明原因。一般情況下，可縮短段長進行灌漿處理后再進行下一段的鉆灌作業。

(3)灌漿過程中，如發現灌漿孔串通時，若串漿孔具備灌漿條件時，應采用一泵一孔同時進行灌漿。否則應堵塞串漿孔，待灌漿孔灌漿結束后，再行掃孔、沖洗后繼續鉆孔灌漿。

(4)對孔口有涌水的孔段，如涌水較大，灌前應測計涌水壓力和涌水量。并根據涌水情況結合灌漿試驗所取得的經驗，采取以下措施：帷幕灌漿孔段出現涌水，測量涌水流量、涌水壓力，在灌漿時要求相應提高灌漿壓力(一般按設計灌漿壓力+涌水壓力)；屏漿延長時間至150 min，每3段進行一次閉漿待凝，待凝時間為12 h；對于灌前涌水流量Q>15 L/min灌漿孔段單段進行待凝，待凝時間為24 h。

(5)灌漿過程中如發生回漿變濃，應改用回濃前的水灰比新漿進行灌注，若繼續回濃，延續30 min后可結束灌漿作業。

(6)灌漿孔段遇特殊情況，無論采取何種措施處理，其復灌前均應掃孔，復灌后應達到相關規定的結束條件。

(7)灌漿作業因故中斷，應盡快恢復。恢復灌漿時使用開灌水灰比的漿液灌注。如注入率與中斷前接近可改用中斷前水灰比的漿液灌注；如恢復灌漿后，注入較中斷前減少較多，且在短時間內停止吸漿，應報告監理,研究相應的施工措施。

(8)在灌漿過程中，當變位置超過允許值200 μm，采用降壓措施灌漿，如變位置恢復或維持這一定值不再升高達30 min后，可逐級提高到原灌漿壓力灌注；如壓力升高而變為隨之增加，則再降低壓力灌注，直至維持到灌漿結束。此段應及時進行處理，直至合格為止；如恢復到原來灌漿壓力值而變位不增加，應繼續灌注直至正常灌漿結束。

3質量控制

建立、健全質量檢查監督體系，配備專職質檢人員，指定完善的質檢制度。隨時在現場巡視，發現不符合安全操作規程作業及安全隱患，及時進行處理或制訂完善的質檢制度。

3.1灌漿施工過程中質量控制

(1)施工過程中嚴格按照技術要求和國家規范進行，采用質檢員跟班的方式管理，實行嚴格的“三檢一驗”制度和終孔驗收制度，及時解決施工中的技術問題，并檢查施工質量。

(2)灌漿作業過程中，嚴格控制灌漿段長、灌漿壓力及漿液水灰比，對灌漿壓力和漿液水灰比及時進行記錄，以確保灌漿質量；及時整理原始資料和施工記錄，分析施工質量及效果，對不合格的孔段采取補救措施。

(3)鉆孔過程中，嚴格控制鉆孔孔斜，若發現鉆孔孔向偏差，應及時糾偏。

(4)帷幕灌漿的封孔質量應進行抽查,抽查孔數為灌漿孔的5 %,且每個壩段或每個單元至少抽查1個,若抽查不合格,應加倍抽查。

3.2灌漿結束后質量控制

帷幕灌漿質量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，結合對施工記錄、成果資料和檢驗測試資料的分析綜合評定。

按監理工程師指示布置檢查孔，其鉆孔位置選擇及要求為：

(1)帷幕中心線上。

(2)巖石破碎、斷層、大孔隙等地質條件復雜的部位。

(3)注入量大的孔段附近。

(4)灌漿情況不正常以及分析認為帷幕灌漿質量有問題的部位。

(5)帷幕灌漿檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結束14 d后進行；并在灌漿結束后7 d或監理工程師指示的時間內，將有關資料提交監理人，以便確定檢查孔的位置。

(6)帷幕灌漿檢查孔數量為灌漿孔總數的10%，但一個單元工程內至少布置1個檢查孔。

(7)帷幕灌漿檢查孔按技術要求的規定提取巖芯，繪制鉆孔柱狀圖。

(8)帷幕灌漿試驗區壓水試驗透水率合格標準見技術要求。

(9)檢查孔的鉆孔取芯要求與先導孔相同。

4結論

藏木水電站壩基帷幕灌漿施工工藝嚴格遵守設計要求完成,從下游排、上游排、中間排以及各排孔綜合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的單位注入量來看,都呈現遞減趨勢,且成果與壓水試驗成果相對應,符合一般灌漿規律。從帷幕灌漿成果分析看,又能證明施工過程是得到控制的,通過帷幕灌漿,使壩基巖體的各方面性能都得到了提高,灌漿效果顯著,施工質量優良,滿足施工規范要求,大壩擋水防滲處于受控狀態。

參考文獻

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[作者簡介]李宏義(1989～)，男，學士，主要從事水利水電施工管理工作。

【中圖分類號】TV543+.5

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-15