向家壩水電站二期Ⅱ標段帷幕灌漿技術分析

晏 攀

長江三峽技術經(jīng)濟發(fā)展有限公司

1 工程概況

廠②、廠④壩段帷幕灌漿試驗區(qū)基巖面高程為203.00m，基巖面以下均分布有軟弱巖層、破碎夾泥層及T32-1地層，該地層主要是泥層、粉沙質(zhì)泥層及中厚至巨厚層狀中～細砂層，頂部為泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖含菱鐵礦結(jié)核，泥質(zhì)團塊或煤線。巖體質(zhì)量類型以Ⅲ1 類為主，基巖透水性為弱～中等，巖體透水率主要介于3Lu～30Lu之間，個別孔段透水率大于100Lu。

本標段帷幕灌漿均按懸掛式帷幕設計，上游帷幕為3排，最大幕深123m。帷幕孔距2m，排距1.5m（由于受供水管路影響，鉆機無法就位造孔，根據(jù)向質(zhì)主壩[2010]-36號核定單將排距更改為1.25m）。

2 總體施工工藝流程

施工準備（鉆機固定）→鉆孔并安裝抬動變形觀測裝置→下游排→上游排→中間排→檢查孔→施工場地清理移交。

由于河床壩段帷幕灌漿涌水較多，反復灌漿待凝影響工效，根據(jù)《金沙江向家壩水電站基礎處理與滲控工程專家咨詢會議紀要》本標段部分壩段已采用“先上游排、再下游排、后中間排”的施工方法，該方法可有效改善下游排灌漿涌水情況，有利于提高施工效率。

3 技術應用

3.1 鉆孔

（1）先導孔接觸段孔徑Φ110mm，鑲鑄Ф89mm 孔口管，以下各段孔徑為Ф76mm；其余帷幕灌漿孔接觸段孔徑Φ91mm，鑲鑄Ф73mm 孔口管，以下各段孔徑為Ф56mm；質(zhì)量檢查孔孔徑為φ 91mm。先導孔及質(zhì)量檢查孔進行全孔取芯。

（2）鉆孔孔位最大允許誤差控制在±10cm，鉆孔分段誤差不大于0.2m，終孔深度滿足設計要求，孔內(nèi)沉淀厚度不大于0.2m。實測孔位孔深均滿足設計要求。

（3）灌漿孔、物探孔、抬動孔均進行了孔斜測量，本次施工的所有鉆孔，均在鉆機前后各設置了1 個地錨，以穩(wěn)固鉆機，保證孔斜。

生產(chǎn)性試驗區(qū)施工過程中涌水孔段較多，重復待凝掃孔后孔斜控制難度較大，為了確保重復掃孔后鉆孔孔斜滿足設計要求，現(xiàn)場采用了涌水孔段閉漿待凝4h后，先對待凝段上部進行掃孔的措施（孔底預留8m～10m）。該措施提高了掃孔效率，避免了因重復掃孔導致鉆孔偏斜的問題。

3.2 鉆孔沖洗及裂隙沖洗

因試驗區(qū)地質(zhì)條件較差，存在軟弱巖層及破碎夾泥層，如采用常規(guī)洗孔方式將有可能導致重復破碎巖層。故帷幕灌漿孔除第一段進行裂隙沖洗外，以下各段均只進行鉆孔沖洗，沖洗時間不少于30min，至回水澄清10min止。裂隙沖洗可結(jié)合壓水試驗進行，沖洗至回水清凈且孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不超過20cm。

3.3 壓水試驗

在壓水試驗過程中，踩踏簡單的方式按照裂縫形式進行沖洗，具體操作壓力控制在80%，不能＞1.0MPa，壓力持續(xù)時間20min，且每5分鐘進行進行一次水壓流量檢測，并且取最終值作為透水率q的計算對象。

試驗穩(wěn)定標準：在穩(wěn)定狀態(tài)之下每5 分鐘進行一次流量測試，對連續(xù)獲取的4次測試數(shù)據(jù)進行平均求和，若數(shù)據(jù)之間差異性不大即可接受試驗，需要注意的是每次壓水的時間需要大于20min。

3.4 灌漿

（1）選擇常規(guī)注漿方式對第一段施工區(qū)域進行施工，在具體施工環(huán)節(jié)需要考慮到混凝土灌注質(zhì)量；在第二段施工時需要按照“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段不待凝、孔內(nèi)循環(huán)法”的施工原則進行施工，操作階段要控制管道距離與底孔距離，一般控制為0.5m范圍內(nèi)。

（2）漿液水灰比及變漿原則。在泥漿水灰比配置的過程中，材料選擇普通水泥，水灰比按照3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1 的要求進行，此外灌水灰比按照3:1要求進行。

水泥漿配比采用高抗硫酸鹽材料，水灰比設計比為3:1、2:1、1:1、0.8:1、0 進行操作。在實踐中需要保證壓力穩(wěn)定性，要控制注入率，或者出現(xiàn)注入率不變化時，則需要提升灌漿壓力，但是不能改變水灰比數(shù)值。在灌注階段中，若某一級漿液注入量＞300L，或是灌注時間超過了半個小時，而灌注漿壓力以及注入率無變化時，就需要提升水灰比灌注度，若注入率＞30L/min，則需要按照需求情況調(diào)整好水灰比的濃度。

為了加快施工進度，提高設備利用率，根據(jù)基礎處理周例會會議精神，將帷幕灌漿后序孔與相鄰前序孔之間基巖鉆灌高差由不小于15m 調(diào)整為不小于5m。但后序孔與相鄰前序孔之間同時灌漿時基巖鉆灌高差不得小于15m，施工期間需加強抬動監(jiān)測，單次抬動不得超50μm。調(diào)整后有利于提高設備利用率，加快施工進度。

（3）灌漿壓力與注入率關系。漿液灌注時當準備達到設計壓力時，需要對接觸以及灌漿注入量進行觀察，一旦出現(xiàn)抬動的孔段，則需要及時地調(diào)整注入率使其相互適應，以減少壓力過大出現(xiàn)的質(zhì)量問題。此外，分級升壓需要按照0.25MPa～0.3MPa作為一個參數(shù)級別，而后不斷的增加設計壓力，在分級壓力設置上需要控制純灌時間不能＜15min。

在控制灌漿壓力階段，需要按照孔口回漿管壓力作為控制參數(shù)，且以壓力表數(shù)據(jù)為準。一般情況下，若壓力表擺動范圍比灌漿壓力參數(shù)小20%時，需要做好相關記錄，以方便后續(xù)工況開展核對。

（4）灌漿分段。二期Ⅱ標段帷幕灌漿施工工期緊、施工難度大，為了在不影響施工質(zhì)量的前提下加快施工進度，根據(jù)相關會議精神，將灌漿段長進行了優(yōu)化：段長優(yōu)化后下游排共計減少52段，可節(jié)省工期17 天（按8h 施工一段計算），此次估算為正常施工狀態(tài)，不包含特殊情況處理。灌漿孔段每段誤差不超過20cm，終孔段可不受上述長度限制，但最長不得大于7m，地質(zhì)缺陷部位經(jīng)監(jiān)理批準適當縮短但資料要注明原因。

（5）孔口管埋設。對一個鉆灌單元（同排同序）范圍內(nèi)的同排孔按序鉆灌第一段后一次鑲鑄孔口管，灌后檢查孔第一段壓水檢查完畢后，也按照帷幕孔的要求埋設孔口管，便于提高封孔壓力和施工方便。按照鉆孔孔徑要求，在孔口埋設的過程中，首先采用鑲鑄Φ89mm無縫鋼管作作為主要孔口管材料，而后采用鑲鑄Φ73mm 無縫鋼管作為其他段口材料，在工程開展階段中，當孔口管插入混凝土以及基層面2.0m位置時，要預留出30cm距離。施工階段，當首段阻塞灌漿完畢以后，將注漿管下到孔底注入0.5:1 的水泥漿置換孔內(nèi)稀漿，使孔內(nèi)充滿0.5:1 的純水泥濃漿，然后將孔口管下入孔底，并校正孔口管方位和傾角，待凝72h后需再次進行壓水檢查是否孔口管有外漏，若無外漏且偏斜率滿足鉆孔孔斜要求后即可進行下段施工。

（6）結(jié)束標準。在最大設計灌漿壓力下，當注入率小于1L/min，持續(xù)灌注60min，可結(jié)束灌漿。每段灌漿結(jié)束后一般可不待凝，但遇性狀較差的斷層破碎帶或者擠壓破碎帶灌注總量達到15t仍無法正常結(jié)束灌漿的孔段應采取待凝措施，待凝時間為12小時。

4 帷幕灌漿試驗區(qū)施工功效及灌漿成果分析

帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗區(qū)受涌水、大注入率無法正常結(jié)束孔段影響，導致施工進度緩慢，但整體施工質(zhì)量未受影響，各孔序之間灌漿遞減明顯，具體詳見表1。

表1 試驗區(qū)施工情況分析表

由于帷幕灌漿第一段安裝孔口管需待凝72h，故上表中第一段施工情況未進行統(tǒng)計。

4.1 廠②壩段遞減情況分析（見表2）

表2 廠②壩段透水率及注入率遞減統(tǒng)計

4.2 廠④壩段遞減情況分析（見表3）

表3 廠④壩段透水率及注入率遞減統(tǒng)計

從統(tǒng)計資料分析表明：通過分析廠②壩段透水率及注入率遞減統(tǒng)計以及廠④壩段透水率及注入率遞減統(tǒng)計表格后可以知道，巖體透水率隨灌漿次序的增加而逐序遞減的規(guī)律明顯。表明隨著灌漿次序的增加，巖體的滲透條件得到了改善。

5 結(jié)語

總而言之，通過帷幕灌漿技術額的應用，可以提升工程的施工進度、施工質(zhì)量，在后期研究中還需要加大力度對帷幕灌漿技術應用方式研究，同時優(yōu)化設計配比技術工藝后以提升技術應用效果。