鄂坪电站大坝趾板基础灌浆施工技术

张晓红

（中国水利水电第一工程局有限公司，辽宁 大连 116041）

1 工程概况

鄂坪水利水电枢纽工程位于湖北省汇湾河中游，属于混凝土面板堆石坝，坝高约120m。工程主要以发电为主，兼顾旅游和养殖。

坝址区山坡基岩风化带中发育曲化裂隙，深达10～20m，山脊上最深达40m。裂面粗糙，呈褐色，部分充填泥质及岩屑，具有垂直分布带性，上部发育较密集，张开，向深部渐弱，透水性较强；卸荷裂隙发育在河谷岸坡及斜坡陡崖岩石中，透水性较强。坝区地质构造主要受汇湾倒背斜控制，其次为F2和F4断层及其间的揉皱带。而在构造运动的应力作用下形成了劈理，由于分布广，频率高，对岩石的完整性及透水性影响极大。大坝趾板基础处理范围为水平趾板基础和大坝两侧的斜趾板基础。

2 趾板帷幕灌浆施工

由于大坝两侧斜趾板同时存在倾角和坡角，因而采用特制的钻孔、灌浆施工台车，在斜趾板表面铺设施工台车行走轨道，利用坝顶卷扬上下移动施工台车，每个施工台车配备相应的钻孔、灌浆设备，斜趾板基础钻孔、灌浆施工均在施工台车上进行。

2.1 帷幕灌浆试验

正式灌浆之前，在具有代表性的地段（大坝水平趾板左P2）进行生产型验证性帷幕灌浆试验，以便确定合理的灌浆压力，论证设计孔、排距及孔深的合理性，检验施工工艺的可行性，为施工提供可靠的技术参数。整个试验过程执行《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T 5148-2001。

（1）帷幕灌浆试验施工 。

①施工顺序。副排帷幕I序孔施工→副排帷幕II序孔施工→副排帷幕III序孔施工→主排帷幕I序孔施工→主排帷幕II序孔施工→主排帷幕III序孔施工→检查孔施工。

②单孔工艺流程。工艺流程如图1。

图1 单孔灌浆施工工艺流程图

③试验拟定各段灌浆压力。各段灌浆压力见表1。

表1 帷幕灌浆各序孔各段灌浆压力拟用值

④抬动观测情况。副排帷幕122孔第3段灌浆，当灌浆压力达到1.09MPa时抬动0.04mm；130孔第4段当灌浆压力达到1.5MPa时抬动0.12mm；第5段当灌浆压力达到1.88MPa时抬动0.14mm；126孔第2段当灌浆压力达到1.05MPa时抬动0.1mm；128孔第2段当灌浆压力达到1.08MPa时抬动0.15mm。其它孔抬动变化值很微小或没有变化。

（2）试验成果分析。该实验对所有灌浆孔均进行了压水试验，试验成果见表2，3。

表2 副排帷幕压水试验成果表L/（min·m·m)

表3 主排帷幕压水试验成果表L/（min·m·m)

由表2，3可见，透水率较大值多分布于Ⅰ，Ⅱ序孔中，且随孔深增加呈减小趋势。第3，4段透水率值均较大，证明此地段地质条件较复杂，可能存在较大裂隙。

由试验各排孔灌浆成果分析得出，副排孔透水率值小于0.03L/(min·m·m)的频率是60%，主排孔透水率值小于0.03L/(min·m·m)的频率是80%，主排孔灌浆合格率提高20%，说明副排孔灌浆效果显著。

2.2 帷幕灌浆施工工艺和灌浆压力

在保证灌浆施工对大坝趾板不产生有害抬动而产生变形及破坏的情况下，确定了合理的灌浆工艺和灌浆压力。

通过试区的帷幕灌浆试验说明：采用孔口封闭自上而下、不待凝的分段循环灌浆工艺进行施工是可行的。确定的帷幕灌浆压力见表4。

表4 帷幕灌浆压力 MPa

2.3 施工顺序

帷幕灌浆分3排施工，先施工主排帷幕，后施工副排帷幕；每排分3序施工，先施工I序孔，再施工II序孔，后施工III序孔。

（1）钻孔。灌浆孔钻孔采用SGZ-IIIA型地质钻机钻进。帷幕灌浆开孔第1段孔φ91mm，以下各段为φ60mm，孔位偏差不大于10cm；帷幕灌浆孔孔距3m，排距1.5m；主排帷幕孔孔深按设计图纸施工，如最后1段压水透水率值大于0.03，则继续加深5m，直到透水率值小于0.03为止；钻孔施工时先按图纸孔位调平钻机，校正钻机立轴垂直度，确保孔向铅直，每10m测斜一次，测斜采用KXP-1型电子测斜仪。

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钻孔施工中详细记录孔内情况，如掉钻、掉块、漏水、岩石破碎，夹层，换层深度等。

（2）钻孔冲洗。钻孔结束后，使用灌浆泵压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净后10min为止。冲洗水压力为灌浆压力的80%，并不大于1.0MPa。

（3）压水实验。为详细了解岩体透水性，检验各次序灌浆孔单位吸水率变化情况，帷幕灌浆孔在灌浆前均进行压水试验。I序孔压水试验采用单点法压水试验，II，III序孔采用简易压水试验。压水压力为灌浆压力的80%，压力大于1MPa的采用1.0MPa。

（4）灌浆。帷幕灌浆采用孔口封闭法自上而下分段灌浆。帷幕每排分3个次序，按分序加密的原则进行。帷幕灌浆第1段深入基岩2m，以下各段段长均为5m，且最大段长不宜超过7.0m，超过7.0m另分1段。

灌浆压力根据注入率大小及抬动变形观测情况逐级生压，并逐渐达到灌浆规定结束标准。

灌浆全过程采用自动记录仪进行记录和监控。

（5）浆液配比及浓度变化。灌浆浆液为PO32.5R普通硅酸盐水泥制成的纯水泥浆。帷幕灌浆采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1等 6个比级，开灌水灰比采用5∶1。浆液浓度采取由稀到浓逐级变换原则：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；②当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时应改浓一级；③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

（6）结束标准。帷幕灌浆在规定的压力下，当注入率不大于1L/min时，继续灌注60min，灌浆工作即可结束。

（7）封孔。帷幕灌浆结束后，采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔，封孔时间大于1h。

2.4 特殊情况处理

由于坝区存在多条不同规模的断层，且劈理和卸荷裂隙发育，破坏了岩体的完整性，透水性较强，在帷幕灌浆施工中遇到以下几种情况，分别采取了相应的处理措施，效果较为理想。

（1）断层（或大裂隙）的处理。在进行大坝左岸第13块趾板帷幕灌浆施工时，发现一帷幕灌浆孔存在岩石破碎、漏水量较大、钻孔掉钻现象。

针对该孔采取了相应的处理方法：①以该孔为中心，0.5m为半径梅花型布置一环灌浆孔，灌浆孔孔径为φ91mm，孔位偏差不超过10cm。②施工所用浆液为水泥砂浆，浆液配比为：水∶水泥∶砂＝0.5∶1∶1。③将灌浆管下自中心孔孔底进行灌浆，从较低的中心孔开始，向较高的周围孔推进，中心孔灌浆时，周围孔用于排气、排水。④灌浆时发现边坡漏浆较大，采取了裂隙嵌缝封堵、灌浆间歇待凝等方法。⑤周围孔中确定2个观测孔，在观测孔内下入花管，随时观测浆液的变化情况。当中间孔排出浓浆 （接近或等于注入浆液的水灰比）后，可将中心孔堵塞，改从周围孔灌浆，直至结束。⑥在0.3m的灌浆压力下，灌浆孔不进浆，延续灌注10min后，即可结束灌注。⑦该断层（或溶隙）部位灌浆孔灌浆结束后，在帷幕线上距该孔约20cm部位上增加1个相应深度的补强帷幕孔，压力及施工方法按正常帷幕灌浆孔施工。

该部位布置检查孔压水试验合格，钻孔岩芯采取率平均在97%左右，取出的水泥结石与岩石胶结强度较高。

（2）强风化层的处理。施工经常遇有强风化层，导致钻孔时发生塌孔、掉块现象，且灌浆下浆量较大。采用了适当延长屏浆时间、待凝等方法，避免了续钻时继续发生塌孔、掉快等现象。

（3）漏浆的处理。灌浆时，发现灌浆孔附近山体表层岩面存在漏浆现象。采用了表面嵌缝、间歇、限流、限量、浓浆灌注、待凝等方法处理。

（4）灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，采用了低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆及双液灌浆的处理方法。

2.5 帷幕灌浆效果

帷幕灌浆施工结束后，通过对大坝河床段及左、右岸斜趾板主、副排帷幕灌浆孔的综合统计分析表明，帷幕灌浆效果较好，符合帷幕灌浆施工规律，满足设计要求。

3 结语

（1）该工程帷幕灌浆采用自上而下“孔口封闭”的施工方法，灌浆效果较好，对施工中发现的较大断层（裂隙）采取了先进行回填灌浆，再进行帷幕灌浆的措施起到了明显的作用。

（2）在有倾角和坡角的斜趾板上进行灌浆施工，设计出合理、可行的钻孔、灌浆施工台车，既保证了施工质量和安全，又提高了施工工效。