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(chǎn)試驗(yàn)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(dǎo)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(fā)育地區(qū)修建高拱壩地質(zhì)條件復(fù)雜、水頭高，防滲要求較高，主要采用帷幕防滲，工程量大，技術(shù)工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高。施工前進(jìn)行灌漿生產(chǎn)試驗(yàn)及物探檢查主要解決選定適宜配套設(shè)備和鉆灌方法，推薦合理的施工工藝程序，提出灌漿參數(shù)和質(zhì)量檢查方法，評(píng)價(jià)試驗(yàn)效果，指導(dǎo)防滲帷幕施工，確保質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

生產(chǎn)試驗(yàn)；物探檢查；指導(dǎo)；防滲帷幕；施工

1 概述

立洲水電站系木里河干流上第六個(gè)梯級(jí)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(kù)容1.869億m3，裝機(jī)總?cè)萘?55MW。壩址區(qū)發(fā)育4條主要斷層，分別為F10、f2、f4、f5，其中F10規(guī)模較大；發(fā)育fj1～fj4層間剪切帶和長(zhǎng)大裂隙L1、L2和L285，近EW向I、IV組最發(fā)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(zhǎng)98958m。

2 選取典型試驗(yàn)區(qū)

根據(jù)防滲地質(zhì)剖面圖分析，主要通過(guò)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?guī)r、炭硅質(zhì)板巖、極薄層灰?guī)r等。經(jīng)設(shè)計(jì)研究在左岸2020m高程廊道內(nèi)選取三個(gè)試驗(yàn)區(qū)，Ⅰ區(qū)選在F10斷層影響帶附近，樁號(hào)0+055.0m～0+069.25m，擬采用雙排孔灌漿，獲取雙排帷幕強(qiáng)滲漏區(qū)的灌漿參數(shù)；Ⅱ區(qū)選在卡翁溝組 （PK）灰色厚層灰?guī)r和豹皮灰?guī)r較完整巖層帶，樁號(hào)0+ 135.0m～0+148.0m，擬采用單排孔灌漿，獲得單排孔防滲區(qū)灌漿參數(shù)；Ⅲ區(qū)選在卡翁溝組（PK）灰色厚層灰?guī)r和豹皮灰?guī)r較完整巖層帶，樁號(hào)0+205.0m～0+219.25m，擬采用雙排孔灌漿，獲得雙排孔防滲區(qū)灌漿參數(shù)。

3 試驗(yàn)區(qū)施工

3.1 施工原則

（1）試驗(yàn)區(qū)帷幕按分序加密的原則進(jìn)行，同一排內(nèi)分三序孔施工。

（2）采用孔口封閉法灌漿，同一排相鄰的兩個(gè)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(dòng)觀測(cè)孔→帷幕先導(dǎo)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(dòng)觀測(cè)孔→帷幕先導(dǎo)孔→帷幕鉆灌（分三序）→檢查孔（單排孔）。

（2）工藝流程：測(cè)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(yàn)收封孔。

3.3 漿液配合比設(shè)計(jì)

灌前進(jìn)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(qiáng)度、彈性模量和滲透性，沉降穩(wěn)定性、流動(dòng)性及凝結(jié)時(shí)間等進(jìn)行配比測(cè)試。純水泥漿液四個(gè)比級(jí)分為2：1、1：1、0.8：1和0.5：1，摻粉煤灰兩個(gè)比級(jí)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(jù)試配成果進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇適合本工程各種地質(zhì)巖層帷幕灌漿的配合比。

3.4 灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)

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

（2）各區(qū)須待抬動(dòng)觀測(cè)儀安裝完成，灌前測(cè)試后，方可進(jìn)行洗縫、壓水、灌漿作業(yè)，過(guò)程中記錄變形觀測(cè)值，保證其在允許范圍內(nèi)。

（3）灌漿前壓水試驗(yàn)按灌漿孔數(shù)的5%進(jìn)行，先導(dǎo)孔和檢查孔壓水采用單點(diǎn)法。

（4）試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌漿壓力最大達(dá)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(shè)備和機(jī)具進(jìn)行配漿和輸灌。

（5）配備比重秤、溫度計(jì)和高精度測(cè)斜儀等儀器，用來(lái)控制鉆孔斜度和漿液濃度。全過(guò)程采用HT-IV自動(dòng)記錄儀記錄，確保記錄真實(shí)可靠，具有指導(dǎo)作用。

4 試驗(yàn)區(qū)物探檢查

采用聲波CT法，結(jié)合單孔聲波法、全孔壁數(shù)字成像法進(jìn)行灌前、灌后物探，評(píng)價(jià)灌漿效果。

4.1 聲波CT

聲波CT是根據(jù)彈性波的射線幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，將其從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的旅行時(shí)間表達(dá)成探測(cè)區(qū)域介質(zhì)速度參數(shù)的線積分，再通過(guò)沿線積分路徑進(jìn)行反投影來(lái)重建介質(zhì)速度參數(shù)的分布圖像。灌前檢測(cè)3408檢波點(diǎn)·炮，灌前檢測(cè)3384檢波點(diǎn)·炮。

4.2 單孔聲波

單孔聲波探頭在鉆孔中每間隔20cm測(cè)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?？v波速度能反映孔壁附近的巖體質(zhì)量。采樣點(diǎn)數(shù)2048點(diǎn)，共檢測(cè)562m。

4.3 全孔壁數(shù)字成像

全孔壁數(shù)字成像是依靠光學(xué)原理能直接觀測(cè)到鉆孔的內(nèi)部，通過(guò)接收由孔內(nèi)探頭攝錄的圖像信息，處理系統(tǒng)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(shù)字化圖像拼接起來(lái)形成全孔壁柱狀剖面圖和巖芯柱狀圖，詳見(jiàn)圖1，具有直觀性、真實(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。每5m進(jìn)行深度校正，共檢測(cè)269.1m。

圖1 全孔壁數(shù)字成像檢測(cè)成果示意圖

5 試驗(yàn)區(qū)灌漿效果

（1）三個(gè)試驗(yàn)區(qū)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(shuō)明區(qū)域內(nèi)均有對(duì)應(yīng)百分比以上巖體含有細(xì)微裂隙或天然防滲性良好，說(shuō)明這部分裂隙可灌性較差。經(jīng)過(guò)先序孔灌漿，后序孔的灌前透水率逐序減小，達(dá)到一定灌漿效果。透水率累計(jì)頻率隨孔序的加密成逐漸提高的趨勢(shì)明顯，表明灌漿孔距、分序合理，灌漿效果良好。對(duì)應(yīng)各序孔平均單位注入量均有遞減趨勢(shì)，符合灌漿遞減規(guī)律，具體詳見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)性灌漿成果統(tǒng)計(jì)

（2）聲波CT測(cè)試成果表明三個(gè)灌漿試驗(yàn)區(qū)前后聲波CT剖面波速分布均有變化，總體上趨勢(shì)低于4.6km/s的區(qū)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(duì)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(jiàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 生產(chǎn)性灌漿物探檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)

（3）單孔聲波測(cè)試成果表明試驗(yàn)Ⅰ區(qū)各先導(dǎo)孔平均波速值小于試驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ區(qū)各先導(dǎo)孔波速平均值，標(biāo)準(zhǔn)差卻相對(duì)較大；試驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ區(qū)相對(duì)高波速分布比例大于試驗(yàn)Ⅰ區(qū)相對(duì)高波速比例；各灌漿實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)兩個(gè)先導(dǎo)孔單孔聲波波速分布特征相似。

（4）全孔壁數(shù)字成像檢測(cè)成果表明各先導(dǎo)孔局部孔壁較破碎，裂隙較發(fā)育，灌漿后裂隙中可見(jiàn)局部充填～充填之間，說(shuō)明灌漿取得了較好的效果。

6 試驗(yàn)區(qū)指導(dǎo)意義

（1）生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)灌漿參數(shù)基本能滿足設(shè)計(jì)施工要求，Ⅱ區(qū)為單排設(shè)計(jì)，說(shuō)明此區(qū)地質(zhì)條件較好，且先導(dǎo)孔鉆孔取芯情況來(lái)看基巖較為完整，細(xì)微裂隙較發(fā)育。從壓水試驗(yàn)及灌漿單位注入量情況來(lái)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(xì)微裂縫無(wú)法得到有效的充填，為確保灌漿效果，嚴(yán)格確保帷幕的可灌性，并且從整體灌漿質(zhì)量方面考慮，開灌水灰比調(diào)整為2：1或3：1進(jìn)行。

（2）灌漿壓力在第4段（9～14m）就達(dá)到最大壓力4MPa，抬動(dòng)變形孔深度入基巖20m。過(guò)程中三個(gè)試驗(yàn)區(qū)均未產(chǎn)生抬動(dòng)變形，對(duì)于孔深超過(guò)24m（第6段）以后，灌漿過(guò)程中可不再進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)，減少部分工作量。

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

（4）針對(duì)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(jìn)行灌漿，比級(jí)為0.7：1摻30%粉煤灰的漿液馬氏粘度為42.1s，比級(jí)為0.5：1摻30%粉煤灰的漿液馬氏粘度為42.4s，都能滿足設(shè)計(jì)施工要求。減少水泥用量，直接減少了工程投資。

（5）從三個(gè)試驗(yàn)區(qū)的灌漿成果資料和檢查孔壓水成果分析，設(shè)計(jì)設(shè)定的灌漿分段長(zhǎng)度、壓力和孔間排距合理，滿足防滲標(biāo)準(zhǔn)要求。

（6）物探測(cè)試成果佐證了灌漿設(shè)備、施工工藝程序和技術(shù)參數(shù)合理，灌漿質(zhì)量可靠。

[1]曾憲強(qiáng)，毋光榮，郭玉松.水利水電工程物探技術(shù)應(yīng)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(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008.

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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(shè)管理工作。