康 路 明,　呂 清 嵐,　楊 培 青

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定　626001)

長河壩水電站深孔帷幕灌漿試驗與分析

康 路 明,呂 清 嵐,楊 培 青

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定626001)

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

關(guān)鍵詞：長河壩水電站；深孔帷幕；灌漿試驗

1工程概述

長河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第10級電站，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，水庫正常蓄水位高程1 690m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3，總庫容為10.75億m3。壩基承受的最大水頭達(dá)230m。

2試驗區(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在高程1 640m灌漿平洞內(nèi)布置了2個深孔帷幕灌漿試驗區(qū)，每個試驗區(qū)布置了3組試驗，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°?？孜徊贾靡妶D1、2。

圖1　試驗Ⅰ區(qū)孔位布置圖

3試驗?zāi)康?.1確定適宜的孔距與排距

通過對不同試驗區(qū)、不同分組的試驗效果進(jìn)行對比，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

圖2　試驗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。試驗水泥擬用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，分別對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(表1、2)。

表1　室內(nèi)純漿液物理性能試驗結(jié)果表

表2　室內(nèi)漿液力學(xué)性能試驗結(jié)果表

根據(jù)室內(nèi)漿液試驗成果，在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，針對壩區(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∶1六個重量比級。

5帷幕灌漿試驗

5.1鉆灌工藝選取

試驗用鉆孔設(shè)備為XY-2地質(zhì)鉆機(jī)，采用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。試驗區(qū)底板為0.5m厚混凝土蓋重，各序孔在施工時，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;段長劃分情況為：01段～2m，02段～3m,03段～終孔均為5m。

5.2灌漿試驗的實施

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

(2)在灌漿過程中，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)計壓力。設(shè)計壓力見表3。

表3　灌漿試驗壓力表

(3)對于注入率較大或易于抬動的部位應(yīng)分級升壓，灌漿試驗壓力和注入率關(guān)系見表4。

表4　灌漿試驗壓力與注入率關(guān)系表

注：分級升壓(P為對應(yīng)孔段的灌漿最大壓力)。

(4)鑒于長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)，檢查孔壓水試驗于灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行，最大壓力值(表壓)為2MPa?？紤]到搭接帷幕施工，同時進(jìn)行壓力值(表壓)1MPa壓水試驗對比。

5.3抬動變形觀測

帷幕灌漿試驗在有混凝土蓋重(50cm)的情況下進(jìn)行。灌漿孔段在裂隙沖洗、壓水試驗及灌漿等試驗過程中，在設(shè)計壓力下，對于底板混凝土抬動變形采用千分表觀測，具體布置為：在試驗Ⅰ區(qū)設(shè)置30m、46m深2個垂直抬動孔；在試驗Ⅱ區(qū)設(shè)置30m深1個垂直抬動孔(圖1、2)。

6帷幕灌漿試驗效果分析

6.1全景圖像測試成果

(1)試驗Ⅰ區(qū)灌前共完成了3孔鉆孔全景圖像測試，灌后測試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。灌后測試成果揭示試驗Ⅰ區(qū)第3組部分裂隙填充有水泥結(jié)石。

(2)試驗Ⅱ區(qū)灌前共完成了2孔鉆孔全景圖

表5　試驗Ⅰ區(qū)鉆孔全景解譯表

像測試，灌后測試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。灌后測試成果揭示試驗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

帷幕灌漿試驗共計完成2個區(qū)，6個組，52個孔，灌漿420段，詳情見表7、8。

表6　試驗Ⅱ區(qū)鉆孔全景解譯表

表7　試驗Ⅰ區(qū)單位注灰量統(tǒng)計表

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Ⅱ區(qū)單位注灰量統(tǒng)計表

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灌前壓水試驗可見：強(qiáng)、中等漏失孔段逐步減少，2個試驗區(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Ⅰ區(qū)灌前透水率統(tǒng)計表

檢查孔進(jìn)行了表壓為1MPa、表壓為2MPa對比壓水試驗，試驗312段次，除有2段(4段次)不滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(透水率q≤1Lu)外，其余試段均滿足設(shè)計防滲標(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設(shè)計規(guī)定的200%”的要求(以上不合格孔段間排距均為2m×1.5m)。

6.4單點法1MPa、2MPa壓水試驗成果對比分析

單點法壓水試驗按《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)執(zhí)行。

6.4.1檢查孔檢查壓水試驗壓力值的確定

(1)壩高<50m，試驗壓力值一般為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa；

(2)壩高50～100m，試驗壓力值取1MPa；

(3)壩高100～200m、>200m，試驗壓力值為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，本階段試驗即可結(jié)束，取最終值作為計算值。

6.4.3現(xiàn)場檢查孔壓水試驗壓力值及成果對比分析

表10　試驗Ⅱ區(qū)灌前透水率統(tǒng)計表

表11　試驗Ⅰ區(qū)灌后檢查孔壓水統(tǒng)計表

表12　試驗Ⅱ區(qū)灌后檢查孔壓水統(tǒng)計表

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

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

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

試驗Ⅱ區(qū)第2組2#檢查孔第10段壓水試驗壓力為1MPa時透水率為1.3Lu，2MPa時透水率為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)等因素改變造成不合格的可能。

(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動充填，灌漿壓力不能滿足對相對較完好(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)計及規(guī)范帷幕灌漿工程質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)，本次灌漿試驗帷幕灌漿質(zhì)量壓水試驗應(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設(shè)計規(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)場采取利用檢查孔對不合格孔段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)灌的處理措施。

6.5.3混凝土蓋重與抬動觀測

(1)虛擬蓋重。

試驗區(qū)為0.5m厚混凝土蓋重，各序孔在施工時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、壓水試驗及灌漿等施工時對混凝土蓋重的需求。

(2)抬動孔與抬動觀測。

①在試驗施工全過程中，未發(fā)現(xiàn)抬動超限等異常情況發(fā)生，未對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)，建議施工時可適當(dāng)減少抬動孔數(shù)量及深度，抬動孔深度以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。

7試驗成果及建議

7.1孔距與排距

通過對各試驗區(qū)組進(jìn)行對比并考慮到巖體特性對孔底偏差的影響及對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)計報告中的防滲要求。

(2)試驗Ⅰ區(qū)、試驗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)計孔間、排距可能存在局部超出大于設(shè)計孔距的位置，對此，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，最終都會受到最高壓的“考驗”，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∶1六個重量比級。

②筆者建議的帷幕灌漿分段長度值見表13。

表13　帷幕灌漿分段長度建議值表

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

經(jīng)過分析、對比各試驗區(qū)成果并結(jié)合本工程自身特點，建議將帷幕灌漿試驗用壓力做出一定的調(diào)整，作為帷幕灌漿的設(shè)計壓力，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

通過試驗比對分析表明：采用孔口封閉法灌漿能對巖體進(jìn)行有效的擠壓、穿插、包裹，處理后的帷幕體密實、防滲帷幕的防滲能力可以達(dá)到1Lu, 得出了帷幕灌漿設(shè)計的必要參數(shù)，達(dá)到了試驗?zāi)康?，本次帷幕灌漿試驗效果良好。

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:1001-2184(2015)03-0031-07

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV543

作者簡介: