宋四紅, 李宏義

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

?

藏木水電站河床壩段基礎加密帷幕灌漿

宋四紅, 李宏義

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】隨著水利水電建設事業(yè)的發(fā)展，基礎處理工程在水利水電工程建設中占有重要地位，是施工的重要環(huán)節(jié)。如果遇到軟弱、破碎、多裂隙、節(jié)理發(fā)育、滲透性大等地質(zhì)條件較差的大壩基礎巖石，常常需要采用特定的技術手段來減少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力學性能，使地基具有足夠的強度、整體性、抗?jié)B性及穩(wěn)定性，以保證工程的安全可靠和正常運行。文中簡要對藏木水電站在河床壩段基礎處理中遇到的陡傾角、大裂隙、較大涌水等現(xiàn)象的特殊處理措施進行介紹，希望在以后的水利水電工程基礎處理中有所幫助。

【關鍵詞】藏木水電站；基礎處理；加密；帷幕灌漿

1加密帷幕灌漿簡述

9#～13#壩段河床位于大壩最低處，基礎帷幕灌漿原設計2排帷幕于2013年4月1日開工，原設計帷幕灌漿孔及局部加密灌漿孔和灌后檢查孔于9月10全部完成，施工后自檢及第三方檢查壓水試驗除2段超過設計標準外，其余全部小于3 Lu,壓水檢查符合規(guī)范及設計要求，經(jīng)檢查施工質(zhì)量合格。

2013年10月份，廊道主排水孔已基本施工完畢，在大壩上游水位不高(3 250 m高程)的情況下，每個壩段中均有排水孔出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，且部分排水孔內(nèi)涌水有一定的壓力。原9#～13#壩段壩基帷幕灌漿在施工過程中，多處出現(xiàn)灌漿孔涌水且透水率較大的現(xiàn)象，涌水量從0.5 L/min～58 L/min、利用值從3.03～251.33 Lu,主要出現(xiàn)于建基面以下12～47 m巖體范圍內(nèi)。

針對上述問題及涌水現(xiàn)象，早在2013年8月業(yè)主邀請和組織咨詢專家召開了《藏木水電站帷幕灌漿專題咨詢會》，會上專家建議：“河床壩段個別自檢孔壓水試驗透水率不能滿足設計標準，根據(jù)灌漿資料和自檢情況，應盡早在河床壩段采用局部補灌或加密灌漿措施”。2013年10月電力建設工程質(zhì)量監(jiān)督總站質(zhì)量巡視專家關于《藏木水電站三期截流階段性質(zhì)量監(jiān)督報告》中針對該問題提出如下建議：“目前大壩8#～13#壩段基礎灌漿廊道內(nèi)幕后排水孔仍有較大滲水并夾帶氣泡，11#～13#壩段檢查孔孔內(nèi)成像顯示壩基帷幕區(qū)仍有部分節(jié)理未充填，需結合灌漿情況、壓水檢查、檢查孔孔內(nèi)成像資料等進行認真分析，密切關注二期充水后排水孔出水變化情況，并研究采取必要的補強灌漿措施”。根據(jù)上述專家意見，經(jīng)分析研究，決定對河床壩段壩基進行加密帷幕灌漿。

2加密帷幕灌漿技術方法

2.1孔位布置

9#～13#河床壩段基礎加密帷幕灌漿在原設計并已施工完成的2排帷幕基礎上，新增加一排帷幕灌漿。新增帷幕灌漿孔布置在原有主、副帷幕灌漿孔之間，即距離主、副帷幕灌漿孔均為0.75 m，新增帷幕灌漿孔孔距間距2.0 m，灌漿孔深度按建基面以下50.0 m控制。

2.2設備及材料選擇

2.2.1灌漿設備

高壓灌漿采用專用設備:

(1)使用壓力為10 MPa或12 MPa的高壓灌漿泵。

(2)輸漿管路采用雙層鋼絲編織膠管，耐壓11 MPa。

(3)采用特制的管路接頭。

(4)采用特制的耐磨高壓閥門。

2.2.2灌漿材料選擇

采用超細水泥作為灌漿材料。超細水泥(DMFC-GM-800)是由高強型超細水泥、膨脹劑、礦渣等多種助劑，經(jīng)特殊設備精制而成的無機剛性超細灌漿材料。

2.2.2.1產(chǎn)品優(yōu)點

(1)無毒、無味、對地下水及環(huán)境無污染，屬環(huán)保型灌漿材料。

(2)漿液固化時無收縮現(xiàn)象，結石強度高，耐久性好，不老化，抗?jié)B性能佳。

(3)漿液流動性好，材料的比表面積在800 m2/kg以上，平均粒徑10 μm以下，因而其穩(wěn)定性及可灌性高。

(4)漿液凝固時間：可按工程需要進行調(diào)節(jié)。

(5)漿液施工工藝簡單，操作方便，能大規(guī)模使用。

2.2.2.2應用范圍

(1)水利工程中大壩壩體及壩基裂縫灌漿。

(2)灌筑地下防水帷幕，截斷滲透水源，整體抗?jié)B堵漏。

(3)加固和提高松軟土及巖石的力學強度，修復混凝土結構和恢復其整體性。

(4)糾正因地層不穩(wěn)定引起不均勻沉降而導致的大壩和高層建筑物的開裂、傾斜。

(5)各種地下建筑物開挖前的預處理以及地質(zhì)鉆探中復雜地層鉆孔中的護孔固壁，止涌堵漏等工程。

(6)復雜地層的流沙層固沙及淤泥質(zhì)土層的固結。

2.3技術要求

新增帷幕灌漿施工嚴格按照《水工建筑物水泥漿施工技術規(guī)范》及《藏木水電站基礎帷幕灌漿施工技術要求》進行施工。

2.3.1鉆孔

(1)帷幕孔采用回轉式地質(zhì)鉆機進行鉆孔施工，鉆機擺放平整穩(wěn)固。

(2)鉆孔孔徑：孔口段需要埋設孔口管的部位采用φ91的鉆頭進行鉆進，埋設φ85孔口管(無縫鋼管，埋入基巖深度為2.0 m，露出孔口0.1 m)，其余段鉆孔孔徑不小于φ56 mm。先導孔、質(zhì)量檢查孔以及其它要求取芯的孔孔徑為φ75 mm。

(3)鉆孔孔深、排距、孔距根據(jù)設計圖紙要求進行。

(4)鉆孔時對孔內(nèi)各種情況，如深度、涌水、漏水、斷層構造、塌孔、掉塊、卡鉆、巖層變化等情況進行記錄，作為分析鉆孔灌漿質(zhì)量的基本依據(jù)。鉆孔遇有洞穴、塌孔或掉塊難于鉆進時，先進行灌漿處理，再進行鉆進。在施工過程中發(fā)現(xiàn)集中漏水或涌水等想象，先查明情況、分析原因，經(jīng)處理后再鉆進。

(5)帷幕灌漿孔要進行孔斜測量，根據(jù)監(jiān)理工程師指令，按每10 m一段進行孔斜測量。

2.3.2孔段沖洗和壓水試驗

2.3.2.1沖洗

每個灌漿段鉆孔結束后，立即進行鉆孔沖洗，孔底殘留物厚度不大于20 cm；灌漿前進行孔壁沖洗，直至回水澄清后結束，再進行裂隙沖洗，裂隙沖洗采用導管通入大流量水流，從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗；沖洗壓力采用80 %的灌漿壓力，壓力超過1 MPa時，采用1 MPa。裂隙沖洗至回水澄清后10 min結束，且總沖洗時間不少于20 min。裂隙沖洗可結合簡易壓水進行。

沖洗過程及返水情況做詳細、如實記錄。

2.3.2.2壓水

帷幕灌漿孔段在灌漿前采用簡易壓水，簡易壓水試驗結合裂隙沖洗進行。灌漿前壓水試驗壓力為該段灌漿壓力的80 %，并不大于1 MPa。

簡易壓水穩(wěn)定標準：壓力為灌漿壓力的80 %，該值大于1 MPa時，采用1 MPa；壓水20 min，每5 min測一次壓水流量，取最后的流量值作為計算Lu值。單點法壓水穩(wěn)定標準：每5 min測一次壓入流量，連續(xù)4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1 L/min即可結束，取最終值計算Lu值。

計算公式：q=Q/PL

式中：q為透水率，Lu；Q為壓水流量，L/min；P為作用于試段內(nèi)的全壓力，MPa；L為試驗段長，m。

2.3.3灌漿

采用孔口封閉、自上而下、分段灌漿法。分為三序施工，最大灌漿壓力5.0 MPa。漿液水灰比為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1共4級，用2∶1開灌。灌漿全過程采用自動記錄儀對灌漿壓力、注入量、漿液密度實行監(jiān)控和記錄。

(1)新增加密帷幕灌漿孔灌漿壓力(見表1)

表1　新增帷幕灌漿孔灌漿壓力

(2)施工前先檢查原河床壩段帷幕灌漿抬動觀測裝置的有效性,對已串漿、堵塞的抬動孔，重新施工并埋設抬動觀測裝置。

(3)每段灌漿前必須測讀涌水壓力及涌水量，并在成果匯總中體現(xiàn)。要求無涌水孔段屏漿1 h。有涌水孔段每一灌漿段注入率小于1 L/min后延續(xù)灌漿1 h，再屏漿不小于2 h后結束，孔內(nèi)射漿管提出后待凝時間不小于48 h，方可進行下一道工序。

(4)屏漿過程中保持設計壓力。為防止鑄管，屏漿過程中漿液可采用稀漿，屏漿時間不少于2 h，施工過程中存在灌后返漿情況，繼續(xù)延長屏漿時間。屏漿結束后采用濃漿置換孔內(nèi)稀漿進行待凝。

(5)待凝后掃孔至已灌段段底應停止鉆進，由現(xiàn)場監(jiān)理檢查是否存在涌水，對掃孔后仍然存在涌水的孔段采取復灌、屏漿、待凝等措施，直至該段涌水得到有效控制。

(6)當采用0.6∶1的超細水泥漿時，漿液中可加入減水劑改善漿液流動性，減少堵管事故。

(7)當漿液失水變濃時應棄除，換用新漿灌注。

(8)終孔無涌水的灌漿孔，封孔采用普硅水泥。

(9)灌后檢查孔數(shù)量按總灌漿孔數(shù)的10%控制，且單個壩段內(nèi)至少布置一個檢查孔。

3灌漿成果

3.1原帷幕灌漿成果整理與分析

9#～13#河床壩段原帷幕灌漿設計工程量6 832.4 m，已經(jīng)全部完工。本工程自2013年04月開工至2013年9月完成全部壩段帷幕灌漿施工，灌漿孔共108個孔，其中I序孔27個平均單耗237.01 kg/m、二序孔27個平均單耗127.55 kg/m、三序孔54個平均單耗38.55 kg/m。具體完成情況見表2、表3。

以上數(shù)據(jù)表明：

(1)壩基巖體經(jīng)帷幕灌漿處理后，各次序孔平均單耗遞減明顯，符合帷幕灌漿一般規(guī)律。

(2)壩基巖體經(jīng)帷幕灌漿處理后，各檢查孔段壓水試驗得出的透水率值較灌前的透水率值有明顯的降低。

(3)河床壩段帷幕灌漿孔后序灌漿孔段涌水量較前序孔段有明顯減小。

表2　9#～13#壩段基礎帷幕灌漿情況列表　(kg/m)

表3　9#～13#壩段基礎帷幕灌漿檢查孔壓水試驗成果表

(4)透水率超過設計標準的段位地質(zhì)情況較復雜，構造和風化裂隙密集，裂隙傾角較陡，結構面錯綜復雜。

3.2加密帷幕灌漿成果分析

9#～13#壩段加密帷幕灌漿設計工程量2 900 m，本工程自2013.11.25開始至2014.06.08全部完成，灌漿孔共58個孔，其中I序孔15個平均單耗21.93 kg/m；II序孔14個平均單耗17.82 kg/m；III序孔30個平均單耗12.72 kg/m。

灌漿檢查孔壓水檢查成果見表4。

表4　9#～13#壩段加密帷幕灌漿檢查孔壓水檢查成果表

從透水率情況上看：

(1)通過灌漿壓力的快速提升，第6段已達到設計壓力5.0 MPa，使?jié){液輻射范圍增大；屏漿、待凝時間延長，有利于使已灌入細微裂隙中的漿液長時間處于受壓狀態(tài)，達到較好的灌漿效果。

(2)加密帷幕灌漿共布檢查孔5個，壓水試驗55段，透水率q<1 Lu的49段，透水率1～3 Lu的6段，合格率100%，單段最大透水率，其值為2.24 Lu，小于防滲標準3 Lu達到合格。

(3)從帷幕檢查孔取出的巖芯中可見水泥結石，顏色較深，寬度0.2～5 mm的裂隙中，充填密實，強度較高，粘接較好，斷層部位充填也較良好。

(4)帷幕灌漿施工前，將灌漿廊道中的揚壓力觀測孔和幕后主排水孔全部封堵，帷幕完工后，重新原孔掃孔28個揚壓觀測孔和46個排水孔。觀測結果顯示：揚壓力很小，并且比較穩(wěn)定，折減系數(shù)α2均小于0.2(設計值為0.25)；46個排水孔排水總量76.84 L/min，較灌前所測排水總量276.3 L/min相比，有較大程度減小。46個排水孔中有涌水的35個，占總孔的76.1 %，大于1 L/min的17個，占48.6 %。最大的兩個孔排水量分別為8.2 L/min和5.4 L/min；小于1 L/min的18個，占51.4 %，沒有涌水的11個，占23.9 %。

(5)加密帷幕灌漿結束后，經(jīng)過2個月的觀察，排水孔的涌水量有明顯減少。

4結論

藏木水電站河床壩段壩基帷幕加密灌漿，根據(jù)地質(zhì)條件和工程需要，選用超細水泥進行灌漿是適宜的。在9#～13#壩段采用高壓灌漿工藝和超細水泥對微細裂隙進行灌注和處理涌水十分有效，提高了灌漿帷幕的防滲能力。降低了壩基壓力減少了排水孔排水量，提高了大壩壩基安全度。加密帷幕灌漿質(zhì)量良好，灌漿效果較明顯，滿足設計要求。

參考文獻

[1]DL/T 5418-2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S].

[2]龔曉南. 地基處理手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]李茂芳, 孫釗. 大壩基礎灌漿[M]. 2版. 水利電力出版社，1987.

[4]張景秀. 壩基防滲與灌漿技術[M].中國水利水電出版社，2002.

[作者簡介]宋四紅(1977～)，男，主要從事水利水電施工管理工作。

【中圖分類號】TU712.4

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-17