葉巴灘水電站導(dǎo)流洞固結(jié)灌漿試驗(yàn)與分析

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13個(gè)梯級(jí)水電站的第7級(jí)，上游為波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接。壩址位于金沙江支流降曲河口下游600m，左岸屬四川甘孜藏族自治州白玉縣，右岸屬西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺縣。葉巴灘水電站左岸導(dǎo)流洞其巖性以δo43石英閃長巖為主，垂直埋深約52m～117m，發(fā)育共計(jì)10條小斷層，洞段整體干燥。

2 試驗(yàn)依據(jù)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1)確定合理的施工方法，施工參數(shù)(灌漿流量、灌漿壓力、灌漿密度)。

(2)驗(yàn)證設(shè)計(jì)提供的灌漿參數(shù)。

(3)驗(yàn)證施工設(shè)備和施工工藝的合理性、有效性。

2.2 試驗(yàn)檢查標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)

聲波檢測在灌漿完成14d后進(jìn)行，灌后檢查孔的數(shù)量不少于灌漿孔總數(shù)的5%，對(duì)地質(zhì)條件差的部位，根據(jù)實(shí)際情況增加檢查孔的數(shù)量。單個(gè)檢查孔聲波檢測合格標(biāo)準(zhǔn)如下：

Ⅱ、Ⅲ類圍巖固結(jié)灌漿后聲波波速Vp≥4800m/s的測點(diǎn)數(shù)不小于85%，聲波波速Vp<4300m/s的測點(diǎn)數(shù)小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高10%。

Ⅳ類圍巖固結(jié)灌漿后聲波波速Vp≥3500m/s的測點(diǎn)數(shù)不小于85%，聲波波速Vp<3100m/s的測點(diǎn)數(shù)小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高12%。

Ⅴ類圍巖固結(jié)灌漿后聲波波速Vp≥2800m/s的測點(diǎn)數(shù)不小于85%，聲波波速Vp<2500m/s的測點(diǎn)數(shù)小于10%；或灌后全孔平均波速比灌前提高15%。

單個(gè)驗(yàn)收區(qū)段檢查孔合格率應(yīng)不低于85%，且不合格的孔不應(yīng)集中在局部區(qū)域，否則應(yīng)按監(jiān)理人的指示或批準(zhǔn)的補(bǔ)救措施進(jìn)行處理。

2.2.2 壓水試驗(yàn)方法檢測標(biāo)準(zhǔn)

壓水試驗(yàn)檢查孔的鉆進(jìn)在灌漿施工完成7d后進(jìn)行。檢查孔的數(shù)量不少于灌漿孔總數(shù)的5%，導(dǎo)流洞灌后透水率為3Lu，檢查孔的合格率應(yīng)在85%以上，其余孔段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且分布不集中。

3 試驗(yàn)區(qū)的選擇與布孔

根據(jù)地層情況、入巖孔深、排距的不同，將左岸導(dǎo)流洞固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)域定為：左岸導(dǎo)流洞0+017-0+040，試驗(yàn)段孔位按間排距3m布置，入巖8m自下而上分段灌漿。

圖1 試驗(yàn)區(qū)孔位布置

圖2 試驗(yàn)區(qū)斷面

4 室內(nèi)漿材試驗(yàn)

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(yàn)水泥擬用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，分別對(duì)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(見表1、表2)。

表1室內(nèi)純漿液物理性能試驗(yàn)結(jié)果

表2室內(nèi)漿液力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)室內(nèi)漿液試驗(yàn)成果，在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)導(dǎo)流洞地質(zhì)條件，水泥漿液選用水灰比2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)重量比級(jí)。

5 固結(jié)灌漿試驗(yàn)

5.1 鉆灌工藝選取

試驗(yàn)鉆孔設(shè)備為潛孔鉆機(jī)(YQ100)。試驗(yàn)區(qū)混凝土蓋重為1.5m，灌漿設(shè)備采用SNS30/20型灌漿泵配翰矽(GJY-VI)三參數(shù)自動(dòng)記錄儀。固結(jié)灌漿采用“自下而上分段灌漿法”進(jìn)行灌漿，每段灌漿長度不大于6m。

5.2 灌漿試驗(yàn)的實(shí)施

(1)總施工流程：抬動(dòng)觀測孔→回填灌漿施工→固結(jié)灌漿施工→檢查孔施工。

(2)抬動(dòng)觀測孔施工流程：全孔一次性成孔抬動(dòng)觀測孔→回填灌漿施工→固結(jié)灌漿施工→檢查孔施工。

(3)固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔施工流程：Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工，單孔施工流程詳見圖3。

圖3 固結(jié)灌漿施工工藝流程

5.3 抬動(dòng)變形觀測

固結(jié)灌漿試驗(yàn)在有混凝土蓋重(1.5m)的情況下進(jìn)行。在壓水試驗(yàn)、灌漿前、灌漿期間、以及灌漿施工全部結(jié)束后，均監(jiān)測被灌巖體的抬動(dòng)情況，抬動(dòng)變形采用千分表進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，每隔10min記錄一次千分表讀數(shù)；抬動(dòng)變形觀測使用的千分表，經(jīng)常檢查，確保其靈敏性和準(zhǔn)確性。具體布置為：導(dǎo)流洞底板布置1個(gè)垂直抬動(dòng)孔，導(dǎo)流洞腰線以上布置1個(gè)抬動(dòng)孔。

6 固結(jié)灌漿試驗(yàn)效果分析

6.1 各序孔單位注入量分析

Ⅰ序、Ⅱ序單位注入量分析詳見表3。

表3固結(jié)灌漿試驗(yàn)段單位注入量

從上表看出II序孔單位注入量比I序孔單位注入量小，遞減明顯。單位注入量隨灌漿次序增加而減小，符合灌漿一般規(guī)律。

6.2 注灰量分序區(qū)間頻率分析

Ⅰ序、Ⅱ序單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)詳見表4。

表4試驗(yàn)段單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)

灌漿每米耗灰量區(qū)間為：Ⅰ序孔注入量<100kg/m占總段數(shù)的7.89%，注入量100kg/m～200kg/m占總段數(shù)的59.21%，注入量200kg/m～400kg/m占總段數(shù)的28.95%，注入量≥400kg/m占總段數(shù)的3.95%；Ⅱ序孔注入量<100kg/m占總段數(shù)的38.16%，注入量100kg/m～200kg/m占總段數(shù)的60.53%，注入量200kg/m～400kg/m占總段數(shù)的1.32%，注入量≥400kg/m占總段數(shù)的0%。

從單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)表可以看出，Ⅱ序孔單位注入量與I序孔單位注入量有明顯的遞減趨勢，符合灌漿規(guī)律。

6.3 抬動(dòng)觀測分析

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)灌漿孔及檢查孔抬動(dòng)觀測資料分析，抬動(dòng)值均為零，未發(fā)生抬動(dòng)。說明灌漿過程使用的壓力處于安全范圍以內(nèi)。

6.4 質(zhì)量檢查

6.4.1 壓水試驗(yàn)

本試驗(yàn)區(qū)域于2018年5月29日開始進(jìn)行灌后壓水檢查，壓水檢查結(jié)果詳見表5。

表5壓水檢測結(jié)果一覽

通過灌后壓水檢查，最大透水率為2.32Lu，最小透水率為1.04Lu。所有檢查孔透水率均小于3Lu，壓水合格。

6.4.2 聲波檢測

本次測試完成葉巴灘水電站導(dǎo)流洞試驗(yàn)單元固結(jié)灌漿共16孔，包括試驗(yàn)段固結(jié)灌漿灌前、灌后聲波檢測。

參照《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB 50287-2016)的規(guī)定，得出葉巴灘水電站工程巖體完整性系數(shù)與巖體完整程度的關(guān)系詳見表6。

表6葉巴灘水電站聲波波速與巖體完整程度對(duì)照

完整程度完整較完整完整性差較破碎破碎完整性系數(shù)KvKv>0.750.75≥Kv>0.550.55≥Kv>0.350.35≥Kv>0.15Kv≤0.15平均波速Vp(m/s)Vp>52005200≥Vp>44504450≥Vp>35503550≥Vp>2300Vp≤2300

葉巴灘水電站導(dǎo)流洞巖性為石英閃長巖，在測試成果統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，為計(jì)算巖體完整性系數(shù)取其完整巖塊聲波波速為6000m/s。

6.4.3 單孔聲波

根據(jù)聲波測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)葉巴灘水電站左岸導(dǎo)流洞試驗(yàn)單元固結(jié)灌漿灌前、灌后各測試孔聲波波速進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析(不含混凝土襯砌段)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7。

表7左岸導(dǎo)流洞試驗(yàn)段固結(jié)灌前、灌后試驗(yàn)單元平均聲波波速統(tǒng)計(jì)

由表7綜合分析葉巴灘水電站左岸導(dǎo)流洞試驗(yàn)單元固結(jié)灌漿灌后物探測試單孔聲波成果資料，可以得出以下結(jié)論：

試驗(yàn)單元灌后平均聲波波速5242m/s；灌后巖體平均聲波波速大于4800m/s，且Vp≥4800m/s的測試點(diǎn)比例大于85%；檢查孔的合格率大于85%，此試驗(yàn)單元判定為合格。

7 試驗(yàn)成果建議

7.1 孔距與排距

通過本次試驗(yàn)段的成果分析，葉巴灘水電站導(dǎo)流洞固結(jié)灌漿的間排距按3m×3m是可行的。

7.2 鉆灌方法與施工參數(shù)

7.2.1 鉆灌方法

選用潛孔鉆機(jī)(100b)進(jìn)行鉆孔，采取“自下而上分段灌漿”的工藝，每段灌漿結(jié)束后，即可開始下一段的灌漿，更有利于加快進(jìn)度。

7.2.2 施工參數(shù)

(1)固結(jié)灌漿水灰比選用：2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)重量比級(jí)。

(2)固結(jié)灌漿分段長度值建議見表8。

表8灌漿分段長度建議值

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，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)成果并結(jié)合本工程自身特點(diǎn)，建議將固結(jié)灌漿試驗(yàn)用壓力做出一定調(diào)整，作為固結(jié)灌漿的設(shè)計(jì)壓力，從而更好確保固結(jié)灌漿施工質(zhì)量。具體灌漿壓力如表9。

表9灌漿壓力建議值

8 結(jié)語

通過本次灌漿試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

(1)葉巴灘水電站導(dǎo)流洞固結(jié)灌漿孔位布置按照邊長為3m的等邊三角形布置，灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，灌漿水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)比級(jí)的純水泥漿液，并且施工過程中未發(fā)生抬動(dòng)現(xiàn)象，由此可見，試驗(yàn)中的分段方式和灌注壓力可以滿足質(zhì)量要求；

(2)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)施工情況分析，采用“自下而上分段灌漿法”施工平均提高工效約1/4～1/3，在同樣人力、設(shè)備資源情況下，能夠在一定程度上增快施工進(jìn)度，對(duì)導(dǎo)流洞總體施工進(jìn)度有保證；

(3)根據(jù)本次試驗(yàn)灌漿可得出，試驗(yàn)段施工的參數(shù)和灌漿方法是可行的，建議葉巴灘水電站后續(xù)灌漿施工可沿用本試驗(yàn)段的灌漿方法和參數(shù)。