魏　祥，　李　陽(yáng)，　馬 鵬 奎

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)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(yáng)，馬 鵬 奎

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)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(dá)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(diǎn)。通過(guò)有針對(duì)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(jìn)鉆灌工藝與技術(shù)，可供類(lèi)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(wú)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(zhǎng)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(jì)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(cè)廊道內(nèi)進(jìn)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(zhǎng)花崗巖。大壩左右岸基巖防滲帷幕底線要求深入弱風(fēng)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(jì)

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(jì)布置了231個(gè)基巖帷幕孔，劃分為12個(gè)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(jì)總孔深為89.26～145.5 m,設(shè)計(jì)最大鉆灌深度為145.5 m?；炷练罎B墻內(nèi)孔口管設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)：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(yàn)、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(jìn)而危及堆石壩結(jié)構(gòu)安全，必須對(duì)大壩墻下基巖帷幕鉆孔、壓水試驗(yàn)、灌漿、封孔利用防滲墻內(nèi)預(yù)埋的灌漿鋼孔口管進(jìn)行施工。

3大壩墻下基巖帷幕灌漿施工

(1)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)。

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(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)設(shè)計(jì)初步擬定的大壩墻下基巖帷幕灌漿施工參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的生產(chǎn)性試驗(yàn)和驗(yàn)證。

大壩深孔基巖防滲帷幕施工難度較大，對(duì)地質(zhì)鉆機(jī)、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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)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(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)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(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)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(wú)芯鉆進(jìn)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(wú)芯鉆進(jìn)完成后，向上提升鉆桿距孔底20～50 cm，采用灌漿泵進(jìn)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(jìn)行裂隙沖洗、灌前壓水試驗(yàn)、帷幕灌漿和無(wú)芯鉆進(jìn)下一孔段施工。

③大壩墻下基巖帷幕灌漿漿液比級(jí)采用W∶C=5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共計(jì)6個(gè)比級(jí),開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)：在該灌漿段最大設(shè)計(jì)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(dāng)?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(shí)，持續(xù)屏漿時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)至60 min。遇有涌水孔段時(shí)，其灌后必須采取閉漿待凝措施，閉漿待凝時(shí)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(jìn)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(guò)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(zhǎng)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(duì)鋼孔口管管材及其焊接接頭必須進(jìn)行抗?jié)B耐壓試驗(yàn)。抗?jié)B耐壓試驗(yàn)方法采用壓水試驗(yàn)進(jìn)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(wú)芯鉆進(jìn)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(shí)間，黃金坪水電站大壩墻下基巖帷幕鉆孔采用了無(wú)芯鉆進(jìn)和無(wú)芯鉆桿做為灌漿射漿管的新工藝。無(wú)芯鉆頭采用普通金剛石鉆頭，內(nèi)焊合金牙輪，無(wú)芯鉆頭和擴(kuò)孔器總長(zhǎng)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(jì)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(guó)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(jiàn)的。

大壩墻下基巖帷幕鉆孔選用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，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(wú)芯鉆頭，選用φ60矩形內(nèi)螺紋鉆桿清水鉆進(jìn)。

所選用的XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)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(jī)。3SNS三缸高壓灌漿泵在輸出排量、泵壓和機(jī)械性能穩(wěn)定等方面均較好。

(4)深孔基巖帷幕孔斜測(cè)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(cè)量驗(yàn)收采用KXP-1型電子測(cè)斜儀，自孔底向孔口每間隔10 m測(cè)量一次孔斜值。由于電子測(cè)斜儀操作簡(jiǎn)便，既保證了基巖帷幕終孔孔斜測(cè)量的準(zhǔn)確性，也能加快基巖帷幕終孔驗(yàn)收進(jìn)度，其終孔驗(yàn)收效率明顯高于其他機(jī)械測(cè)斜儀器。

(5)深孔基巖帷幕鉆孔深度測(cè)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(shí)申請(qǐng)讓監(jiān)理測(cè)量驗(yàn)收實(shí)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(xì)鋼繩測(cè)繩的測(cè)針(φ6圓鋼、L=50 cm)穿過(guò)鉆桿中心孔下放至孔底進(jìn)行孔深測(cè)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(cè)廊道內(nèi)。必須及時(shí)抽排和清運(yùn)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(cè)廊道內(nèi)布置了1個(gè)集水池，2臺(tái)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(dá)標(biāo)排放。各施工班組獨(dú)立配置專(zhuān)職清渣人員，將施工廢渣及時(shí)裝袋并采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升清運(yùn)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(yàn)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(yàn)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(jìn)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(yàn)分段與灌漿分段段長(zhǎng)一致。檢查孔各孔段壓水試驗(yàn)均采用單點(diǎn)法，自上而下、分段卡塞進(jìn)行。壓水試驗(yàn)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(jìn)行質(zhì)量檢查，再采用1 MPa壓水壓力進(jìn)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(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)：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(jiàn)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(kuò)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(cè)成果分析必須由具有相應(yīng)物探檢測(cè)資質(zhì)的物探檢測(cè)中心進(jìn)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(zhǔn)確評(píng)價(jià)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(dú)立進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查并出具第三方灌漿質(zhì)量檢查報(bào)告。大壩墻下基巖帷幕灌漿施工第三方質(zhì)量檢查成果見(jiàn)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(shí)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(duì)當(dāng)日大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)行效果較好。無(wú)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(yǔ)

筆者對(duì)黃金坪水電站大壩防滲墻下基巖帷幕灌漿施工中的先進(jìn)鉆孔工藝、灌漿方法、鉆孔孔深和孔斜測(cè)量等施工方法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(yùn)用并繼續(xù)驗(yàn)證、優(yōu)化部分鉆灌施工工藝。

同時(shí)，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(shì)，新型鉆灌設(shè)備和先進(jìn)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(dú)立工序。水利水電工程施工實(shí)踐證明：若不采用灌漿泵輸送大流量水流，采用無(wú)芯鉆進(jìn)的深孔基巖帷幕孔則難以將其孔底巖粉沖洗干凈，勢(shì)必嚴(yán)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(kāi)灌水灰比的合理選擇。在稀漿開(kāi)灌階段，稀漿中的水會(huì)進(jìn)一步適度劈裂巖層裂隙，水泥顆粒更易滲入、密實(shí)充填于巖層裂隙之中。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

魏祥(1976-)，男，四川成都人，水利部全國(guó)注冊(cè)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(yáng)(1984-)，男，河南信陽(yáng)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(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0068-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV7;TV543;TV52;TV53+8.1

收稿日期:2016-01-15