(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

1 工程概況

桐子林水電站系雅礱江干流最末一級梯級開發(fā)水電站，總裝機(jī)為600MW，最大壩高69.50m，總庫容0.9120億m3，以發(fā)電為主。上游圍堰左堰肩通過防滲處理形成阻水帷幕，防止堰肩滲透變形，為電站主體工程提供干地施工條件。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)區(qū)選擇與布孔

2.1.1 試驗(yàn)選址

根據(jù)四方現(xiàn)場勘查分析，將試驗(yàn)區(qū)選定在距二期上游圍堰左堰肩覆蓋層防滲軸線下游約8m區(qū)域，地質(zhì)條件具有代表性。

2.1.2 孔位布置

鉆孔揭示17～42m為漂砂卵礫石夾粉砂質(zhì)黏土、砂壤土夾層及粉細(xì)砂，其中35～38m有較大孤石；57～63m為卵礫石層和塊碎石層；與設(shè)計地質(zhì)剖面圖中描述的地質(zhì)情況基本相符。試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)情況較復(fù)雜，有較強(qiáng)的代表性。

2.1.3 孔位布置

本次試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行。第一階段：灌漿孔設(shè)計為2排，間、排距為1.5m，矩形布置。第二階段布孔與第一階段相結(jié)合，在背水排、迎水排中間增布一排，孔距為1.5m，梅花形布置。

2.2 灌漿試驗(yàn)內(nèi)容及目的

2.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過灌漿的方式對二期上游圍堰左岸堰肩部位覆蓋層進(jìn)行防滲處理，將地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、透水性強(qiáng)的覆蓋層基礎(chǔ)進(jìn)行處理，增強(qiáng)覆蓋層基礎(chǔ)的完整性和力學(xué)性能指標(biāo)，改善其防滲性能，以提高該部位覆蓋層的抗?jié)B能力等，為左岸堰肩防滲處理提供合理的施工工藝、技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

2.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

a.通過漿液試驗(yàn)確定漿液配制工藝，選擇水泥和外加劑等灌漿材料。

b.通過灌漿試驗(yàn)，選擇適合本工程地質(zhì)條件的鉆孔、灌漿方式。

c.確定灌漿用于堰肩覆蓋層地質(zhì)缺陷處理；確定合理可行的灌漿工藝及相應(yīng)的施工方法；選擇在施工中采取的灌漿壓力、漿液濃度及漿液變換等技術(shù)參數(shù)。為下一步二期上游圍堰左堰肩灌漿提供可靠的技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

2.3 灌漿試驗(yàn)施工程序

施工時按先施工背水排，再施工迎水排，最后施工中間排的順序進(jìn)行施工。

施工工藝流程：場地平整→混凝土蓋板澆筑→鑲鑄孔口管→先導(dǎo)孔施工→背水排施工→迎水排施工→第一次檢查孔施工→中間排施工→第二次檢查孔施工→封孔。

2.4 灌漿材料及漿液實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.4.1 水泥

灌漿水泥的要求滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)的技術(shù)要求。采用P·O42.5水泥，在灌漿之前進(jìn)行抽樣檢查，每批水泥抽樣一次，試驗(yàn)成果經(jīng)監(jiān)理人審查合格后才能用于工程施工。水泥試驗(yàn)包括：細(xì)度，漿液的穩(wěn)定性、流動性或黏度，漿液的析水率、沉淀速度，漿液的凝固時間及結(jié)石強(qiáng)度等。

2.4.2 摻和料

根據(jù)實(shí)際情況，漿液可摻加膨潤土(細(xì)度為200目)、黏性土(塑性指數(shù)不宜小于14)、粉煤灰(質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》)、砂(質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂、粒徑不宜大于2mm)。

2.4.3 水

采用左岸系統(tǒng)水。

2.4.4 外加劑

根據(jù)灌漿試驗(yàn)需要并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，在水泥漿液中摻入外加劑，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和工程要求。外加劑采用速凝劑、純堿等。

2.4.5 漿液試驗(yàn)內(nèi)容

對進(jìn)場的水泥、砂及現(xiàn)場拌制的漿液進(jìn)行了抽樣檢查,檢測參數(shù)見表1。

表1 原材料檢測參數(shù)

試驗(yàn)室對灌漿原材料及漿液的檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 現(xiàn)場試驗(yàn)施工

3.1.1 抬動觀測

防滲灌漿試驗(yàn)區(qū)布置抬動觀測孔，抬動觀測孔孔位由現(xiàn)場監(jiān)理工程師確定。抬動觀測裝置在施工前安裝完成，在灌漿過程中應(yīng)監(jiān)測被灌巖體的抬動情況。

3.1.2 鉆孔

試驗(yàn)區(qū)鉆孔孔位均按施工圖紙嚴(yán)格放樣并記錄。鉆孔包括抬動觀測孔、灌漿孔、質(zhì)量檢查孔。

3.1.2.1 跟管鉆進(jìn)工藝

采用YXZ-90A型全液壓錨固鉆機(jī)偏心跟管鉆進(jìn)，跟管為φ140導(dǎo)管，直至孔底。如因故無法鉆至孔底，采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)用泥漿護(hù)壁的方式完成剩余孔段的鉆孔。

3.1.2.2 孔口封閉灌漿法

采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔沖洗液為黏土泥漿。

a.鑲鑄套管。套管管徑89mm(或108mm)，埋深長度12m(非灌段)，管口高出地面10～20cm，埋設(shè)正直、牢固。

b.灌漿孔鉆進(jìn)結(jié)束后，使用馬氏漏斗黏度為31～36s的泥漿清孔，孔底沉淀厚度不大于20cm。

c.鉆孔護(hù)壁采用黏土泥漿，針對不同地層對低固相護(hù)壁漿液主要性能的要求有所區(qū)別。

3.1.2.3 孔斜控制及糾偏措施

a.認(rèn)真做好機(jī)械的就位安裝和開孔工作，選用短的、直的機(jī)上鉆桿和對中性能好的立軸卡盤，不使用立軸晃動的鉆機(jī)開孔、鉆孔；開孔時要校正鉆機(jī)，開孔的鉆具長度，要隨鉆孔延深而加長。

b.采用合理的鉆進(jìn)參數(shù)，減小孔壁間隙。

c.不輕易換徑。必須換徑時，應(yīng)使用變徑導(dǎo)向鉆具，或采取其他導(dǎo)正定位措施。

d.鉆進(jìn)軟硬互層等地層時，要采用長巖芯管低轉(zhuǎn)速、低鉆壓鉆進(jìn)。

e.鉆進(jìn)過程中按要求測量孔斜，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，可采用導(dǎo)向板、孔底埋管等措施進(jìn)行糾偏；當(dāng)孔深較淺、偏斜不大時，可將鉆機(jī)的立軸方向適當(dāng)向鉆孔偏斜的相反方向偏轉(zhuǎn)，以獲得糾偏的效果。

3.1.3 灌漿

3.1.3.1 設(shè)計灌漿段長

灌漿方法:試驗(yàn)區(qū)采用“孔口封閉灌漿法”與“套管灌漿法”進(jìn)行灌漿施工。

從高程1012m開始計算，第一段段長為2.0m，第2段為3.0m，以下各段為5m，特殊情況應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師的要求及現(xiàn)場實(shí)際情況縮短段長并調(diào)整灌漿壓力。

3.1.3.2 漿液變換標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)不同的地質(zhì)情況，考慮迎水排灌漿孔直接受水流沖刷的動水影響，沖洪積及踏滑堆積體松散架空，顆粒之間間隙大，針對不同的灌漿地段，分別采用不同的灌漿漿液進(jìn)行灌注。

3.1.3.3 漿液比級變換標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

a.根據(jù)灌漿情況對漿液水灰比進(jìn)行適當(dāng)變換；當(dāng)采用最大濃度漿液施灌，注入率大而無明顯減少時，可采用間歇灌漿法或改用砂漿灌注。在灌漿過程中出現(xiàn)漏失、注灰量大，灌漿難于結(jié)束時，應(yīng)采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等措施。

b.達(dá)到下列條件之一，可結(jié)束灌漿：?在最大灌漿壓力下，注入率不大于2L/min，并已持續(xù)灌注20min；?單位注灰量達(dá)到最大值時，中間排孔應(yīng)采用?中的條件。

3.1.3.4 封孔

灌漿封孔采用“全孔灌漿封閉法”封孔。即全孔灌漿完畢后，采用導(dǎo)管注漿將孔內(nèi)余漿置換成為0.6∶1的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口進(jìn)行純壓式灌漿封孔。封孔灌漿壓力使用最大灌漿壓力，持續(xù)時間不小于30min。

3.1.4 特殊情況處理

在施工過程中，遇特殊情況及時通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師的指令選擇以下處理方式對特殊情況進(jìn)行處理。

3.1.4.1 孔壁坍塌

遇到孔壁坍塌掉塊的孔段，采用泥漿護(hù)壁無效時，停止鉆進(jìn)行，進(jìn)行灌漿處理。

3.1.4.2 灌漿中斷

a.因機(jī)械、管路、儀表、停水、停電等故障而造成灌漿中斷時，盡快排除故障，立即恢復(fù)灌漿。否則沖洗鉆孔，重新灌漿。當(dāng)無法沖洗或沖洗無效時，掃孔后復(fù)灌。

b.恢復(fù)灌漿時，如注入率與中斷前相近，可采用中斷前水泥漿的比級繼續(xù)灌注；如注入率較中斷前減少很多(注入率為中斷前注入率70%以下)，且在短時間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)及時采取補(bǔ)救措施。

3.1.4.3 串漿、冒漿

a.被串孔正在鉆進(jìn)時，立即起鉆，停止鉆進(jìn)，并對串漿孔進(jìn)行堵塞，待灌漿孔灌漿完畢后，再對被串孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)。

b.被串孔具備灌漿條件，且串漿量不大，在灌漿的同時，在被串孔內(nèi)通入水流，使水泥漿液不致充填孔內(nèi)；串漿量大時，對被串孔同時進(jìn)行灌漿，灌漿時應(yīng)一泵一孔。

c.地表裂縫處冒漿時，采用棉紗嵌縫堵塞或用水玻璃砂漿表面封堵，并采用暫停灌漿等措施。

3.2 檢查孔取芯情況分析

通過灌漿后，檢查孔取芯率約為90%，部分孔段采取的巖芯有水泥結(jié)石(見圖1)。

圖1 檢查孔巖芯層上水泥結(jié)石

3.3 試驗(yàn)成果分析

3.3.1 試驗(yàn)區(qū)灌漿資料總體統(tǒng)計分析

灌漿工程具有隱蔽性，被灌覆蓋層具有不均一性、復(fù)雜性，一般來講難以準(zhǔn)確地評價灌漿效果，為了在有限的試區(qū)內(nèi)得到有關(guān)覆蓋層灌漿效果指標(biāo)，此次灌漿檢查采取鉆孔取芯、注水試驗(yàn)等。

3.3.2 水泥單位注灰量分析

單位注灰量可反映出灌漿過程所采用的工藝技術(shù)、灌注材料、漿液配比是否具有合理性。一般情況下，單位注灰量具有隨孔序逐序遞減的規(guī)律(見圖2)。

圖2 單位注灰量頻率累計曲線

經(jīng)分析，各次序的單位注灰量值分布上遵循遞減的規(guī)律。Ⅰ序孔單位注灰量為1667.9kg/m，Ⅱ序孔單位注灰量為854.3kg/m，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔遞減48.8%；隨著灌漿次序的增進(jìn)，地層逐漸被灌注密實(shí)，地層得到了有效改善。

3.3.3 漿液性能試驗(yàn)成果分析

a.純水泥漿液：?黏度隨水灰比減小而增大；?析水率隨水灰比減小而減??；?初凝時間均隨水灰比減小而減小，但減少較緩慢；?7天齡期抗壓強(qiáng)度均隨水灰比減少而增大。

b.水泥砂漿：根據(jù)試驗(yàn)方案砂漿配合比進(jìn)行取樣試驗(yàn)，7天抗壓強(qiáng)度為22～25MPa。

c.水泥-水玻璃漿液：?同一試驗(yàn)水灰比凝結(jié)時間隨水玻璃摻量增加而增大；?7天齡期抗壓強(qiáng)度均隨水玻璃摻量減少而增大。

3.3.4 注水試驗(yàn)分析

試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行：第一階段進(jìn)行兩排孔灌漿試驗(yàn)，施工完成后進(jìn)行第一次質(zhì)量檢查(檢查孔取中間排Ⅰ序孔)，對兩排孔的灌漿效果進(jìn)行評價；第二階段灌漿試驗(yàn)在已施工的兩排孔灌漿基礎(chǔ)上進(jìn)行中間排灌漿孔施工，施工完成后再進(jìn)行第二次質(zhì)量檢查，對試驗(yàn)區(qū)灌漿效果進(jìn)行評定。評定結(jié)果見表2。

表2 第一階段注水試驗(yàn)成果

第二階段注水試驗(yàn)25段，合格孔段為22段，占總孔段的88%，最大滲透系數(shù)為2.61×10-5cm/s，不合格孔段為3段，占總孔段的12%，最大滲透系數(shù)為2.16×10-4。根據(jù)兩階段注水試驗(yàn)對比分析，滲透系數(shù)遞減明顯，符合灌漿規(guī)律。

3.3.5 抬動觀測成果分析

a.灌漿壓力范圍在0.4～1.6MPa，在灌漿施工過程中，統(tǒng)計4個段次的觀測數(shù)據(jù)分別為26μm、37μm、46μm、44μm。從抬動觀測值分析，存在變形，但地層不會產(chǎn)生破壞。

b.在試驗(yàn)區(qū)混凝土蓋板上四周及中間確定5個觀測點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，經(jīng)對比分析：混凝土蓋板局部沉降有10cm左右，主要為地表水及灌漿鉆孔沖洗液擾動引起的非灌段的沉降。

3.3.6 非灌段分析

在施工過程中發(fā)現(xiàn)大量孔口管偏斜，試驗(yàn)區(qū)混凝土蓋板發(fā)生不均勻沉降，給施工造成極大的困難。在試驗(yàn)區(qū)增設(shè)水準(zhǔn)觀測點(diǎn)觀測發(fā)現(xiàn)，鉆孔灌漿過程中以及降雨量較大時變形觀測值浮動特別大。因此，建議非灌段(高程1012.00m高程以上孔段)采用低壓灌漿進(jìn)行施工，并鑲鑄孔口管至12m的位置。

4 結(jié)論與討論

4.1 功效分析

覆蓋層帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)完成鉆孔灌漿1142.1m。下游排平均鉆孔功效為5.86m/天，灌漿功效4.06m/天；上游排平均鉆孔功效3.86m/天，灌漿功效3.2m/天；中間排平均鉆孔功效6.08m/天，灌漿功效5.26m/天。從上述鉆灌功效分析得出，中間排鉆灌功效明顯高于上下游排鉆灌的功效。

4.2 結(jié)論與建議

4.2.1 結(jié)論

b.試驗(yàn)區(qū)灌漿采用“孔口封閉灌漿法”和“套管灌漿法”相結(jié)合的方式進(jìn)行灌漿施工，有利于施工質(zhì)量和施工進(jìn)度控制，將兩種方法相結(jié)合是可行的。

c.試驗(yàn)區(qū)灌漿孔排距為0.75m、孔距為1.5m等參數(shù)滿足要求。

d.試驗(yàn)區(qū)各灌漿孔段首次灌漿時均采用純水泥漿開灌，各排各次序孔灌漿的漿液比級根據(jù)已灌孔段開灌水灰比和結(jié)束水灰比的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的施工工藝可行。

e.通過漿液試驗(yàn)確定了配制漿液工藝，本次試驗(yàn)采用P·O42.5水泥為灌漿主材，摻和料為：質(zhì)地堅硬的天然砂(粒徑不大于2mm)、水玻璃和膨潤土，適合該地區(qū)的地質(zhì)條件。

f.試驗(yàn)采用“重錘式”測斜儀和KXP-1測斜儀相結(jié)合；“重錘式”測量套管法灌漿的孔段，KXP-1測斜儀測量孔口封閉法灌漿的孔段，均能準(zhǔn)確測量鉆孔孔斜。

g.選用地質(zhì)鉆機(jī)和錨固鉆機(jī)搭配施工，灌漿設(shè)備采用3SNS灌漿泵、液壓塞和三參數(shù)灌漿自動記錄儀滿足灌漿要求。

4.2.2 建議

4.2.2.1 灌漿參數(shù)

試驗(yàn)所采用的灌漿分段和灌漿壓力，基本能夠滿足漿液擴(kuò)散要求，但局部產(chǎn)生有抬動等現(xiàn)象；為了充分保證灌漿質(zhì)量，且不產(chǎn)生抬動，建議灌漿壓力在0.4～1.7MPa之間選取。

4.2.2.2 灌漿工藝

a.建議在廊道或施工面狹窄區(qū)域的灌漿孔，40m以上的孔段采用套管灌漿法，40m以下采用孔口封閉法；在施工場地允許的情況下，可選用大型全液壓鉆孔進(jìn)行鉆孔施工，全孔采用套(花)管灌漿法進(jìn)行灌漿施工。

b.建議變形觀測采用“抬動孔觀測” 和“水準(zhǔn)觀測點(diǎn)觀測”相結(jié)合的方法進(jìn)行。

c.建議灌漿封孔采用“全孔灌漿封閉法”封孔。

d.建議灌漿質(zhì)量檢查采用鉆孔取芯和注水試驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行。