浅析索风营水电站坝基及消力池的固结灌浆

任建华,肖光军

(中国水利水电第八工程局 基础分局,湖南 长沙 410017)

1 工程概况

索风营水电站工程以发电为主并承担调峰、调频、事故备用等任务。坝址区为乌江峡谷地形,切深300余米,由两岸灰岩陡壁组成,中间为相对平缓的倾向上游的泥岩斜坡。两岸防渗帷幕自坝肩向两岸基本呈直线沿伸,其线路较长,地质条件较为复杂。灌浆廊道、施工支洞及防渗帷幕主要在玉龙山灰岩(T1y2)厚层～薄、极薄层灰岩中。左岸端头在 F13附近局部可将遭遇 T1y1泥岩、P2c+d灰岩、燧石团块灰岩、硅质岩等;右岸端头穿过 F1断层带后为 P1m+q灰岩。而洞口附近则多分布有第四系松散堆积体。两岸岩层基本呈单斜产出,总体走向横切河谷,倾向上游,左岸较陡并呈向斜趋势,右岸较缓,沿线方向上与岩层近于平行;断裂构造发育,左岸有 F13、f3,右岸有 F1,坝基有 f2,这些断层规模较大,其中 F1、F13为区域性断层,长达几公里到几十公里。

大坝为碾压混凝土重力坝。固结灌浆在混凝土盖重下灌注,盖重混凝土厚度均不小于 2m。为保证大坝碾压混凝土施工,坝基两岸固结灌浆施工弃水排至大坝上游,防止弃水影响碾压仓面。完成的固结灌浆分部位工程量统计见表1。

表1 固结灌浆设计工程量统计 m

固结灌浆分两序施灌,逐次加密,坝基固结灌浆Ⅲ区、Ⅳ区、坝基固结灌浆Ⅴ区的 7m深灌浆孔及消力池固结灌浆Ⅱ区的固结灌浆不分段,采用全孔一次灌注。

固结灌浆孔孔、排距均为 3m×3.0m,钻孔采用电钻及 XY-2型回转地质钻机,配 φ42mm、φ56mm合金钻头造孔。检查孔用 φ75mm的金刚石钻头造孔,灌浆采用 BW 100/100高压灌浆泵配 0.2m3搅拌桶、栓塞堵塞、孔内循环的灌浆方法。

2 基础固结灌浆主要技术要求

(1)固结灌浆均在混凝土盖重的条件下进行。

(2)灌浆材料采用强度为 P042.5袋装普通硅酸盐水泥,水泥细度要求通过 80μm方孔筛的筛余量不大于 5%。浆液中掺加木钙作减水剂,掺量为水泥重量的 0.2%。灌浆用水泥保持新鲜,受潮结块、超过保质期的水泥杜绝使用,对水泥分期分批进行了品质鉴定,严禁不合格的材料灌进孔内。

(3)钻孔开孔位置和设计位置偏差不大于10cm;钻孔深度与设计孔深误差不大于 20cm。

(4)钻孔、裂隙(断层处理部位可根据实际情况确定)均须进行冲洗,待孔口回清水为止,孔内岩屑残留厚度不大于 20cm。冲洗压力为灌浆压力的80%,若该值大于 1.0MPa时,采用 1.0MPa。

(5)灌浆前选择有代表性的Ⅰ序孔作简易压水试验,试验孔数为灌浆孔总数的 5%,压水压力为该孔段最大灌浆压力的 80%,若该值大于 1.0MPa时,采用 1.0MPa。压水采用单点法。

(6)灌浆

①坝基固结灌浆Ⅲ区、Ⅳ区、坝基固结灌浆Ⅴ区的 7m深灌浆孔及消力池固结灌浆Ⅱ区的固结灌浆采用“纯压式全孔段一次灌浆”;坝基固结灌浆Ⅴ区大于 7m的固结灌浆孔采用“自上而下分段灌浆”;坝基固结灌浆Ⅰ区、Ⅱ区及消力池固结灌浆Ⅰ区的固结灌浆采用“自上而下分段灌浆式工艺”。

②对于自上而下分段灌浆,上段灌浆结束后不待凝即可进行下段的钻灌工作。

③灌浆浆液的浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变 ,浆液水灰比采用 0.8∶1、0.5∶1两个比级 (重量比 ),开灌水灰比 0.8∶1。

④灌浆时,灌浆压力保持不变,吸浆量均匀减少时或当吸浆不变、压力均匀上升时,灌浆工作应当持续下去,并不得改变水灰比。

⑤灌浆时某一水灰比浆液的灌入量已达到300L以上而灌浆压力及吸浆量均无改变或改变不明显时,应改浓一级水灰比浆液灌注。

⑥灌浆时,改变浆液水灰比后,灌浆压力突增或突减,应立即查明原因进行处理。

⑦灌浆过程中,每隔 20～30min测定一次浆比并做记录。若灌输浆浆液超过初凝时间,应立即废弃浆液,并拌制新浆液。

⑧灌浆因故中断,按下列原则处理:

a.中断时间超过 30min应立即设法冲洗钻孔,如冲洗无效,应在重新灌浆前进行扫孔。

b.恢复灌浆时开始应用最大水灰比的浆液灌注,如吸浆量与中断前相似,即采用中断前的水灰比;如吸浆量比中断前减少较多,则浆液应逐级加浓。

⑨固结灌浆在设计规定的压力下,灌浆段吸浆量不大于 1L/min,继续灌浆 30min,灌浆工作即可结束。

⑩每孔灌浆工作完成后,必须及时做好封孔工作。封孔前应将孔内稀浆排除干净,用 0.5∶1浓浆采用固结灌浆设计最大允许压力机械封孔,将孔封堵密实。

3 固结灌浆施工

索风营水电站坝基及消力池固结灌浆是在有混凝土盖重下灌注的。坝基固结灌浆于 2005年 7月全部完工,共完成固结灌浆孔 1432个,检查孔共 60个,固结灌浆钻孔总进尺 18509.2m(含检查孔),灌浆长度 12312.0m,纯灌水泥 2626546.2kg,单位耗灰量 213.3.0kg/m;消力池固结灌浆于 2005年 5月竣工,共完成固结灌浆 878个,检查孔共 42个,固结灌浆钻孔总进尺 7077.0m(含检查孔),灌浆长度4481.9m,纯灌水泥 482881.0 kg,单位耗灰量103.5kg/m。

为了保证技术要求及有关通知单的实施、及时发现问题和解决施工中的问题,现场均安排施工技术人员和质量检查人员跟班实行管理,一旦发现问题,立即会同有关部门现场研究解决。每个单元最后一孔完工后,由监理部门确定检查孔孔位,施工单位在接到检查孔布孔通知并在本部位灌浆完成 3天后,立即组织检查孔的施工。检查孔压水时有质检、监理人员旁站监督,检查孔岩芯均装箱、编号、照相、素描。单元工程经质量检查孔压水确定满足设计要求后,施工单位将各种原始资料、成果分析资料送质检、监理部门进行工程质量等级评定。

4 灌浆效果分析

4.1 固结灌浆效果对比

(1)随着孔序的增加,单位耗灰量则逐渐递减(见表2)。

表2 坝基及消力池固结灌浆分序统计

坝基固结灌浆注入水泥 1244941.0kg,平均单位耗灰量 193.2kg/m,其中Ⅰ序孔单位耗灰量266.6kg/m,Ⅱ序孔单位耗灰量 114.9kg/m,Ⅱ序孔较Ⅰ序孔递减了 43.1%;检查孔单位耗灰量11.7kg/m,单位灌入量为Ⅱ序孔的 10.2%,递减幅度为 89.8%。

右岸马道固结灌浆注入了水泥 605092.6kg,平均单位耗灰量 207.9kg/m,其中Ⅰ序孔单位耗灰量240.9kg/m,Ⅱ序孔单位耗灰量 167.7kg/m,序间递减 30.4%;检查孔平均单位耗灰量 5.5kg/m,单位灌入量为Ⅱ序孔的 3.3%,递减幅度为 96.7%。

左岸马道固结灌浆注入了水泥 776512.6kg,平均单位耗灰量 264.6kg/m,其中Ⅰ序孔单位耗灰量279.7kg/m,Ⅱ序孔单位耗灰量 243.2kg/m,序间递减 13%;检查孔平均单位耗灰量 7.1kg/m,单位灌入量为Ⅱ序孔的 2.9%,递减幅度为 97.1%。

消力池固结灌浆注入了水泥 482881.0kg,平均单位耗灰量 107.9kg/m,其中Ⅰ序孔单位耗灰量179.1kg/m,Ⅱ序孔单位耗灰量 39.1kg/m,递减了78.2%,检查孔平均单位耗灰量 1.7kg/m。

(2)随着孔序增加,单位耗灰量区间段频变化明显(见表3)。

表3 坝基及消力池固结灌浆单位耗灰量统计 kg/m

如:单位耗灰量 c≤10kg/m的频率,坝基固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 18.0%提高到Ⅱ序孔的31.0%;右岸马道固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 15.9%提高到Ⅱ序孔的 25.4%;左岸马道固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 13.8%提高到Ⅱ序孔的 17.6%;消力池固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 8.7%提高到Ⅱ序孔的33.4%。单位耗灰量 c≥1000kg/m的频率,坝基固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 7.2%降低到Ⅱ序孔的2.4%;右岸马道固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 2.8%降低到Ⅱ序孔的 0.9%;左岸马道固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 3.8%降低到Ⅱ序孔的 2%;消力池固结灌浆段频由Ⅰ序孔的 14.9%降低到Ⅱ序孔的 3.9%。

4.2 检查孔压水试验成果分析

坝基、消力池固结灌浆共完成检查孔 102个,压水试验 169段,压水总段长 819.9m。设计验收标准:坝基及消力池固结灌浆 ω值均不大于 5Lu。压水检查有 1个孔段透水率大于 5Lu,但未超过设计允许值的 50%,经补灌处理后合格。其余 168段压水均小于 5Lu,合格率为100%。详见坝基及消力池固结灌浆检查孔压水试验表4。检查孔岩芯采取率均大于 90%。从取芯结果来看,几乎所有的检查孔均取出了水泥结石,且都是充填于近水平向或高倾角裂隙中,厚度 2～40mm不等,说明岩体的可灌性还是较好的。

表4 坝基及消力池固结灌浆检查孔透水率/区间分布统计 Lu

4.3 物探测试检查

物探测试采用布置声波检测孔的方法,在灌浆前和灌浆结束后分别进行。灌浆前物探测试工作完毕后,采用细砂对物探孔进行回填,灌浆后在原孔进行扫孔,冲洗干净,再进行灌后物探测试。声波测试法采用一发一收跨孔测试,点距 20cm,通过测量声波沿钻孔井壁岩石的滑行波的传播速度和振幅来了解地层岩性的变化及完整程度。灌浆前和灌浆后的测点重合。

根据灌浆前后物探测试情况,对灌浆前后声波提高的最大值、最小值、平均值进行了统计,统计结果见表5。

表5 固结灌浆前后声波值提高率

5 施工质量情况

5.1 固结灌浆钻孔、灌浆质量

固结灌浆钻孔均按设计要求进行布孔,由测量人员放样确定孔位,在施工过程中由质检人员检测孔深、孔位。终孔后施工局质检员和监理工程师对孔深、孔位进行检查,发现问题及时纠正。灌浆施工中对灌浆卡塞位置、灌浆压力、浆液浓度、灌浆记录、灌浆结束标准、射浆管孔底距离等都进行严格的检查和控制。经质检人员与监理工程师的共同监督以及施工人员的精心施工,钻孔、灌浆工艺均满足了设计要求。

5.2 单元工程质量等级评定

固结灌浆单元工程划分以区、板块、坝段为单元,每一个单元工程检查孔合格后,施工单位的各种原始记录、成果表、准灌证等,经施工局质量管理部门确认后,送监理部门参加单元工程质量等级评定。索风营电站坝基固结灌浆单元工程质量等级共评定了 22个单元,其中优良单元 19个,合格单元 3个,数控优良率 86.4%,合计工程量 16621.43m,优良工程量 12614.33m,量控优良率 75.9%;消力池固结灌浆单元工程质量等级共评定 4个单元,其中优良单元 3个,合格单元 1个,数控优良率 75%,合计工程量 6786.1m,优良工程量 5075.9m,量控优良率 74.8%。见表6。

表6 单元工程质量等级评定统计

6 固结灌浆质量评价

索风营水电站坝基及消力池的固结灌浆,严格按照设计技术要求及有关通知施工,钻孔灌浆、压水试验各项工序均在现场技术人员、质检人员控制下严格按规范要求完成,各项原始资料、成果资料齐全,每一个单元工程施工完毕后均及时进行了单元工程质量评定,质量检查孔的压水合格率 100%。从灌浆单耗的递减及灌后波速提高情况看,各部位的固结灌浆符合一般灌浆规律,灌浆效果明显,提高了岩体的完整性。