論大河家水電站固結(jié)灌漿實(shí)驗(yàn)

張國瑞

（中國水利水電第四工程局有限公司,西寧 810007）

1 工程概況

1.1 工程概況

黃河大河家水電站位于青海省民和縣官亭鎮(zhèn)與甘肅省積石山縣大河家鎮(zhèn)交界的黃河干流河段上，是黃河龍羊峽—青銅峽河段水電開發(fā)規(guī)劃中的第12個梯級電站，上游約5.8km是在建的積石峽水電站，下游約11km是已建的炳靈水電站庫尾。大河家水電站工程屬三等中型工程，主要開發(fā)任務(wù)是發(fā)電。本標(biāo)段固結(jié)灌漿主要為廠房部位，共布置固結(jié)灌漿孔1000余個，本論文主要針對實(shí)驗(yàn)塊（2#機(jī)A塊）統(tǒng)計的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 工程地質(zhì)

廠房部位基巖為第三系紅層，總體巖層產(chǎn)狀NE23°NW∠15～19°和NW330°SW∠18～19°。巖性為粘土質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂巖夾礫巖，呈磚紅色，局部夾白色石膏膜，粘土質(zhì)泥巖強(qiáng)度較低，允許承載力0.6～0.8MPa；基本無強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚7.5～9m，巖體透水率大多小于1Lu，屬微透水?；A(chǔ)置于弱化巖體上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)處理后，承載力和變形可以滿足設(shè)計要求，施工要注意基坑排水和對粘土質(zhì)泥巖的開挖保護(hù)，以防建基面巖體遇水軟化或失水崩解。

1.3 固結(jié)灌漿試驗(yàn)完成工程量

固結(jié)灌漿試驗(yàn)于2012年5月18日—2012年5月29日結(jié)束，歷經(jīng)12天，（7月16日完成實(shí)驗(yàn)塊最后一個檢查孔取芯）所完成工程量如表1。

表1

2 試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容及試驗(yàn)區(qū)范圍

2.1 試驗(yàn)?zāi)康摹?nèi)容

（1）灌漿前后采用測試巖體波速、鉆孔取芯等方法檢測固結(jié)灌漿的效果；

（2）推薦合適的灌漿材料配比和灌漿機(jī)具設(shè)備，選定活性摻料及外加劑的品種和摻量等；

（3）為設(shè)計、施工提供有關(guān)技術(shù)和工藝參數(shù)，如：孔距、排距、孔深、灌漿壓力等；

（4）為巖體破碎帶、層間溶隙等提出特殊的工藝和灌漿材料要求。

2.2 試驗(yàn)區(qū)范圍

廠房標(biāo)段固結(jié)灌漿試驗(yàn)選在2#機(jī)A塊（樁號：壩軸線0+000.00～壩下0+010.50，壩左0+045.00～壩左0+068.0）為試驗(yàn)部位，對墻下基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，該試驗(yàn)段蓋重混凝土中預(yù)埋有鋼管，管徑φ110mm，混凝土厚2.00～2.07m。試驗(yàn)段共布置24個孔，間排距3m*3m，入巖8m。

3 試驗(yàn)依據(jù)

《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL-T 5148-2001；

《黃河大河家水電站廠房土建及金屬安裝工程招標(biāo)文件》技術(shù)文件；

黃河大河家水電站發(fā)電廠房工程固結(jié)灌漿圖紙及技術(shù)要求；

4 施工布置和資源配置

（1）施工布置。施工用電從箱式變壓器直接接出供12m3電動空壓機(jī)用，鉆機(jī)及灌漿泵等設(shè)備直接從工地配電盤接出使用。施工用風(fēng)使用12m3電動空壓機(jī)，布置在上游引渠齒槽處，采用 108mm鋼管作為主風(fēng)管鋪設(shè)至施工作業(yè)面，在施工作業(yè)面接支管進(jìn)入鉆孔施工工作面。在施工作業(yè)面內(nèi)，每50m設(shè)置一個帶閥門的接口，使用鋼絲編制管接至鉆孔設(shè)備。施工用水從系統(tǒng)供水干管處接取，沿施工面鋪設(shè)供水管路，管路直徑為 50mm，每隔50m左右設(shè)一個取水接口，供每個施工作業(yè)面用水。集中制漿站布置在廠房標(biāo)段上游平地處，集中制備0.5:1水泥漿，用 50mm軟塑料管輸送0.5∶1水泥漿至各工作面，各工作面根據(jù)施工需要調(diào)配漿液，制漿站配備55 t水泥儲量的水泥庫棚。排水排污并入開挖與混凝土施工階段形成的排水排污系統(tǒng)。

（2）資源配置。根據(jù)工期要求和實(shí)際生產(chǎn)工效及施工進(jìn)度計劃，勞動力投入和主要機(jī)械設(shè)備投入情況詳見表2和表3。

表2 施工人員配置表

表3 主要機(jī)械設(shè)備表

5 試驗(yàn)步驟

5.1 原材料和漿液性能試驗(yàn)

水泥為普通42.5R硅酸水泥，在業(yè)主中心試驗(yàn)室內(nèi)按設(shè)計要求對水泥細(xì)度進(jìn)行了試驗(yàn)，并提供試驗(yàn)報告；壓力表在蘭州進(jìn)行了率定，自動灌漿記錄儀、流量計、壓力傳感器由廠家技術(shù)人員進(jìn)行了率定。

5.2 現(xiàn)場固結(jié)灌漿試驗(yàn)

壩基固結(jié)灌漿在蓋重混凝土達(dá)50%設(shè)計強(qiáng)度后施工。

（1）抬動變形安裝。在灌漿過程中，為了防止抬動，設(shè)置了抬動觀測，抬動觀測孔深入巖石10m。

（2）鉆孔。廠房固結(jié)灌漿試驗(yàn)的鉆孔采用風(fēng)動100-D型淺孔鉆機(jī)，孔徑為Ф90mm。質(zhì)量檢查孔采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔取芯，鉆孔入巖石8.0m，先造3m后造5m。先施工抬動觀測孔，再施工I序孔，后施工II序孔。

（3）孔壁沖洗。鉆孔結(jié)束后移開鉆機(jī)，采用高壓風(fēng)對孔內(nèi)外巖粉及雜物進(jìn)行清理，清洗風(fēng)壓力為0.25MPa。

（4）灌漿。固結(jié)灌漿按照梅花型布孔，分兩段灌注，第一段3m，第二段5m，分為兩序，先灌第I序，后灌第II序。在同一個單元或灌漿施工區(qū)內(nèi)，先對該單元或灌漿區(qū)內(nèi)處于外圍的孔進(jìn)行固結(jié)灌漿施工，再逐步向該單元或灌漿施工區(qū)中心部位的灌漿孔進(jìn)行固結(jié)灌漿。灌漿壓力為0.5MPa。

（5）固結(jié)灌漿孔封孔。灌漿孔結(jié)束后，采用“壓力灌漿法”進(jìn)行封孔，并將孔口抹平。封孔灌漿水灰比為0.5:1，灌漿壓力為該孔灌漿壓力0.5MPa，在機(jī)械封孔后，采用水泥砂漿進(jìn)行人工封孔，孔口抹平。

（6）灌漿質(zhì)量檢查。灌漿結(jié)束14d后采用取芯壓水試驗(yàn)的方法進(jìn)行了灌漿質(zhì)量檢查。采用“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)的方法進(jìn)行，本試驗(yàn)段檢查孔的數(shù)量2個，具體檢查孔的部位見固結(jié)試驗(yàn)孔位布置圖。質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：合格孔段的透水率值不超過1Lu。

另外，通過聲波檢測檢查施工質(zhì)量，同一灌漿孔灌前灌后對孔壁巖石波速檢測進(jìn)行對比，本試驗(yàn)段共選擇三個聲波檢測孔，分別為G-I-5、G-I-7、G-I-19。

檢查孔和物探孔實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行灌漿和封孔，灌漿和封孔方法及封孔材料同灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計壓力下，注入率不大于0.4L/min，繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束。

6 試驗(yàn)資料及效果分析

6.1 灌前聲波檢測資料分析

根據(jù)對三孔灌前聲波檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，波速達(dá)4000m/s以上的部位很少，最低波速達(dá)1470m/s，說明地層可灌性非常大。

6.2 單位耗灰量分析

在該試驗(yàn)塊內(nèi)第一段和第二段的單位耗灰量是有明顯區(qū)別的，第一序單位耗灰量：100kg/m，第二序單位耗灰量：64.84kg/m。詳見黃河大河家水電站發(fā)電廠房工程固結(jié)灌漿分序統(tǒng)計表。

6.3 抬動觀測資料分析

從21個灌漿孔的抬動資料上看， 0.5MPa的壓力灌漿過程中都沒有發(fā)生抬動現(xiàn)象，說明壓力沒有達(dá)到產(chǎn)生破壞混凝土的壓力。

6.4 灌后取芯及聲波檢測資料分析

從巖石芯樣上看，采取率為85%以上，巖芯比較完整，有個別巖心可看見水泥結(jié)石。從三孔灌后聲波檢測資料上看，波速相對灌前有顯著提高，證明該地層可灌性大。

7 結(jié)論

根據(jù)對試驗(yàn)結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

7.1 水灰比

采用3:1、2;1、1:1、0.5:1四個比級的水灰比都能滿足施工要求。

7.2 壓力

根據(jù)灌漿試驗(yàn)結(jié)果及抬動觀測資料分析0.5Mpa的壓力不會對混凝土蓋重產(chǎn)生影響的，可保證灌漿質(zhì)量，建議灌漿壓力采用0.5Mpa。灌前壓水的壓力為最大灌漿壓力的80%，采用0.4Mpa。通過高壓風(fēng)對孔壁及裂隙進(jìn)行清理，壓力為灌漿壓力的50%，采用0.25MPa。

7.3 抬動變形

通過固結(jié)灌漿試驗(yàn)觀察，混凝土覆蓋層在灌漿過程當(dāng)中從未發(fā)現(xiàn)抬動變形，但在以后的壩段施工中還是要安裝抬動觀測，以保證墊層混凝土和巖石的完整性不遭到破壞。

7.4 孔深

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，固結(jié)灌漿孔深采取設(shè)計入巖8m時灌漿效果最佳。

7.5 孔、排距

灌后檢查孔布置在進(jìn)漿量比較特征灌漿孔附近，從灌前和灌后壓水資料對比看，灌漿效果明顯，且壓水結(jié)果符合設(shè)計要求，所以在孔、排距為3.0m的布置是合理的。

[1]林繼鏞.水工建筑物(第5版)[M].

[2]張文倬.土石壩體與地基接觸面的滲透穩(wěn)定問題[J].四川水力發(fā)電,1995(04).

[3]張文倬.壩基灌漿若干問題芻議[J].四川水利,2001(05).

[4]張文倬.砌石壩加固及其灌漿法的應(yīng)用[J].四川水利,1994(01).