灌漿生產試驗及物探檢查在立洲水電站雙曲高拱壩防滲帷幕施工中的指導作用

孫孝勇（四川鹽源華電新能源有限公司，四川省鹽源縣615713）

灌漿生產試驗及物探檢查在立洲水電站雙曲高拱壩防滲帷幕施工中的指導作用

孫孝勇（四川鹽源華電新能源有限公司，四川省鹽源縣615713）

喀斯特發育地區修建高拱壩地質條件復雜、水頭高，防滲要求較高，主要采用帷幕防滲，工程量大，技術工藝復雜，質量要求高。施工前進行灌漿生產試驗及物探檢查主要解決選定適宜配套設備和鉆灌方法，推薦合理的施工工藝程序，提出灌漿參數和質量檢查方法，評價試驗效果，指導防滲帷幕施工，確保質量可靠，經濟合理。

生產試驗；物探檢查；指導；防滲帷幕；施工

1 概述

立洲水電站系木里河干流上第六個梯級電站，為雙曲碾壓混凝土拱壩，最大壩高138.0m，正常蓄水位2088.0m，總庫容1.869億m3，裝機總容量355MW。壩址區發育4條主要斷層，分別為F10、f2、f4、f5，其中F10規模較大；發育fj1～fj4層間剪切帶和長大裂隙L1、L2和L285，近EW向I、IV組最發育；卸荷裂隙有LP1-x1、LP4-x1、LP4-x2、LP4-x3。灌漿廊道高程為EL.1970.0m、EL.2020.0m和EL.2092.0m，帷幕和搭接帷幕總長98958m。

2 選取典型試驗區

根據防滲地質剖面圖分析，主要通過F10斷層，上盤為二疊系卡翁溝組（PK）底層，下盤為卡翁溝組（PK）或依吉組（D1yj）地層，巖芯為灰巖、炭硅質板巖、極薄層灰巖等。經設計研究在左岸2020m高程廊道內選取三個試驗區，Ⅰ區選在F10斷層影響帶附近，樁號0+055.0m～0+069.25m，擬采用雙排孔灌漿，獲取雙排帷幕強滲漏區的灌漿參數；Ⅱ區選在卡翁溝組 （PK）灰色厚層灰巖和豹皮灰巖較完整巖層帶，樁號0+ 135.0m～0+148.0m，擬采用單排孔灌漿，獲得單排孔防滲區灌漿參數；Ⅲ區選在卡翁溝組（PK）灰色厚層灰巖和豹皮灰巖較完整巖層帶，樁號0+205.0m～0+219.25m，擬采用雙排孔灌漿，獲得雙排孔防滲區灌漿參數。

3 試驗區施工

3.1 施工原則

（1）試驗區帷幕按分序加密的原則進行，同一排內分三序孔施工。

（2）采用孔口封閉法灌漿，同一排相鄰的兩個次序之間，以及后序排的第一次序與前序排的最后次序之間，在巖石鉆孔灌漿的高差不得小于15m，不得超序施工。

3.2 施工順序與工藝流程

（1）施工順序：抬動觀測孔→帷幕先導孔→下游排鉆灌（分兩序）→上游排鉆灌（分兩序）→檢查孔（雙排孔）或抬動觀測孔→帷幕先導孔→帷幕鉆灌（分三序）→檢查孔（單排孔）。

（2）工藝流程：測量放樣→灌漿開孔→首段鉆灌→灌注鑄管（待凝72h）→分段鉆孔→沖洗和壓水→分段灌漿→終孔驗收封孔。

3.3 漿液配合比設計

灌前進行水泥凈漿、水泥漿+外加劑、水泥漿+粉煤灰和水泥漿+粉煤灰+外加劑四種不同水灰比漿液的密度、強度、彈性模量和滲透性，沉降穩定性、流動性及凝結時間等進行配比測試。純水泥漿液四個比級分為2：1、1：1、0.8：1和0.5：1，摻粉煤灰兩個比級分為0.7：1和0.5：1，參量按水泥重量的30%、70%、100%、150%試配，外加劑按特性選取合適的摻量。根據試配成果進行技術經濟分析，選擇適合本工程各種地質巖層帷幕灌漿的配合比。

3.4 灌漿生產性試驗

（1）灌漿孔（含取芯）、超前勘探孔、檢查孔、抬動觀測孔等的鉆孔均采用XY-2型鉆機。

（2）各區須待抬動觀測儀安裝完成，灌前測試后，方可進行洗縫、壓水、灌漿作業，過程中記錄變形觀測值，保證其在允許范圍內。

（3）灌漿前壓水試驗按灌漿孔數的5%進行，先導孔和檢查孔壓水采用單點法。

（4）試驗設計灌漿壓力最大達到4MPa，采用3SNS高壓灌漿泵、耐蝕閥門、鋼絲編織膠管、孔口封閉器和大量程壓力表等設備和機具進行配漿和輸灌。

（5）配備比重秤、溫度計和高精度測斜儀等儀器，用來控制鉆孔斜度和漿液濃度。全過程采用HT-IV自動記錄儀記錄，確保記錄真實可靠，具有指導作用。

4 試驗區物探檢查

采用聲波CT法，結合單孔聲波法、全孔壁數字成像法進行灌前、灌后物探，評價灌漿效果。

4.1 聲波CT

聲波CT是根據彈性波的射線幾何運動學原理，將其從發射點到接收點的旅行時間表達成探測區域介質速度參數的線積分，再通過沿線積分路徑進行反投影來重建介質速度參數的分布圖像。灌前檢測3408檢波點·炮，灌前檢測3384檢波點·炮。

4.2 單孔聲波

單孔聲波探頭在鉆孔中每間隔20cm測試一次聲波速度，得到一條沿鉆孔方向從孔口到孔底隨深度變化的波速曲線。縱波速度能反映孔壁附近的巖體質量。采樣點數2048點，共檢測562m。

4.3 全孔壁數字成像

全孔壁數字成像是依靠光學原理能直接觀測到鉆孔的內部，通過接收由孔內探頭攝錄的圖像信息，處理系統以圖像所包含的方位信息將其依N-E-S-W-N方位順序展開，展開的數字化圖像拼接起來形成全孔壁柱狀剖面圖和巖芯柱狀圖，詳見圖1，具有直觀性、真實性等優點。每5m進行深度校正，共檢測269.1m。

圖1 全孔壁數字成像檢測成果示意圖

5 試驗區灌漿效果

（1）三個試驗區灌前壓水透水率均≤3.0Lu，最低頻率分別為55.4%、88.2%和23.2%，說明區域內均有對應百分比以上巖體含有細微裂隙或天然防滲性良好，說明這部分裂隙可灌性較差。經過先序孔灌漿，后序孔的灌前透水率逐序減小，達到一定灌漿效果。透水率累計頻率隨孔序的加密成逐漸提高的趨勢明顯，表明灌漿孔距、分序合理，灌漿效果良好。對應各序孔平均單位注入量均有遞減趨勢，符合灌漿遞減規律，具體詳見表1。

表1 生產性灌漿成果統計

（2）聲波CT測試成果表明三個灌漿試驗區前后聲波CT剖面波速分布均有變化，總體上趨勢低于4.6km/s的區域面積減小或消失，平均波速提高率介于5.4～9.3%之間，波速分布范圍相對高波速集中。灌后波速分布較灌前提高明顯且更加均勻，具體詳見結果見表2。

表2 生產性灌漿物探檢測成果統計

（3）單孔聲波測試成果表明試驗Ⅰ區各先導孔平均波速值小于試驗Ⅱ、Ⅲ區各先導孔波速平均值，標準差卻相對較大；試驗Ⅱ、Ⅲ區相對高波速分布比例大于試驗Ⅰ區相對高波速比例；各灌漿實驗區內兩個先導孔單孔聲波波速分布特征相似。

（4）全孔壁數字成像檢測成果表明各先導孔局部孔壁較破碎，裂隙較發育，灌漿后裂隙中可見局部充填～充填之間，說明灌漿取得了較好的效果。

6 試驗區指導意義

（1）生產試驗驗證了設計灌漿參數基本能滿足設計施工要求，Ⅱ區為單排設計，說明此區地質條件較好，且先導孔鉆孔取芯情況來看基巖較為完整，細微裂隙較發育。從壓水試驗及灌漿單位注入量情況來分析，普遍的吸漿量均不大，平均單位注入量為51.7kg/m。部分細微裂縫無法得到有效的充填，為確保灌漿效果，嚴格確保帷幕的可灌性，并且從整體灌漿質量方面考慮，開灌水灰比調整為2：1或3：1進行。

（2）灌漿壓力在第4段（9～14m）就達到最大壓力4MPa，抬動變形孔深度入基巖20m。過程中三個試驗區均未產生抬動變形，對于孔深超過24m（第6段）以后，灌漿過程中可不再進行抬動觀測，減少部分工作量。

（3）灌漿水泥漿液配比采用以下四級配比：2：1、1：1、0.8：1和0.5：1，其中前3個比級的純水泥漿馬氏粘度均在30.6～36.8s之間，流動性較好，能滿足帷幕灌漿粘度指標。0.5：1配比漿液馬氏粘度較大，流動性較差，摻量1.2%減水劑后，馬氏粘度能達到44.8s，能達到設計施工要求。

（4）針對帷幕灌漿孔壓水透水率較大，吸漿量較大的孔段，采用水泥摻加粉煤灰進行灌漿，比級為0.7：1摻30%粉煤灰的漿液馬氏粘度為42.1s，比級為0.5：1摻30%粉煤灰的漿液馬氏粘度為42.4s，都能滿足設計施工要求。減少水泥用量，直接減少了工程投資。

（5）從三個試驗區的灌漿成果資料和檢查孔壓水成果分析，設計設定的灌漿分段長度、壓力和孔間排距合理，滿足防滲標準要求。

（6）物探測試成果佐證了灌漿設備、施工工藝程序和技術參數合理，灌漿質量可靠。

[1]曾憲強，毋光榮，郭玉松.水利水電工程物探技術應用與研究[M].河南：黃河水利出版社，2010.

[2]黃振中.淺談大壩防滲中的帷幕灌槳施工方法.科技創新導報，2008.

TV642.4

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2095-2066（2016）32-0104-02

2016-10-28

孫孝勇（1977-），男，工程師，本科，主要從事工程建設管理工作。