砂砾石覆盖层静压灌浆施工技术

谭必轩

（葛洲坝新疆工程局，新疆乌鲁木齐 830049）

1 背 景

1.1 工程概况

新疆斯木塔斯水电站挡水主坝采用混凝土面板砂砾堆石坝，坝址位于阿克牙孜河中游河段的峡谷上，该部位河谷较窄，两岸边坡陡立，呈基本对称“V”形。主坝坝顶高程为1 934.50 m，坝顶宽度为10 m，最大坝高106.00 m，坝顶长141.23 m。

施工导流采用上、下游围堰挡水、河床一次断流、导流洞兼深孔泄洪洞泄洪的施工导流方式，导流洞兼深孔泄洪洞布置在河流左岸。该项目涉及两座度汛围堰，导流洞进口围堰在2010年汛期完成任务，大坝截流戗堤围堰在2011年5月底前完成度汛任务。

1.2 地质条件

堰址位于阿克牙孜河中游河段的峡谷上，河谷较窄，两岸边坡陡立，呈基本对称“V”形，河谷走向42°～21°。

河床宽8～16 m，谷底高程1 835～1 842 m，覆盖层厚2.5～8.5 m，覆盖层为漂石夹砂砾石，下伏岩体为黑云母花岗岩，强风化带厚3～4 m，纵波速度Vp＝2 000～3 000 m/s，风化系数0.5；弱风化带厚20～25 m，纵波速度Vp＝3 000～4 500 m/s，风化系数0.75；微～新鲜基岩Vp=4 500～5 000 m/s。

1.3 围堰防渗选择

由于河道两岸边坡陡峭，导流洞进口边坡开挖时，部分石渣落入河道未完全清除。两座围堰形成后，场地狭窄，工程量也较小，不利于采用大型机械设备进行防渗施工，经比较采用静压控制灌浆防渗施工。

2 施工技术参数

2.1 导流洞进口围堰防渗布置

斯木塔斯水电站导流洞进口混凝土围堰坐落在1号古河槽砂砾石层上，由于其渗水量较大，为了确保洞内混凝土施工，拟对1号古河槽进行灌浆处理。混凝土围堰轴线长70 m，最大高度9 m，顶宽2 m，帷幕灌浆布置2排，排距0.6 m，孔距2 m。根据地质资料显示，砂卵石层厚3～20 m，帷幕孔伸入基岩3 m。渗漏量较大部位，可考虑加密灌浆孔，直至渗漏量最小。

2.2 大坝上游围堰防渗灌浆布置

上游围堰顶高程1 853 m，最大堰高约13 m，河床覆盖层厚2.5～8.5 m，轴线长约38 m，顶宽20 m。围堰防渗灌浆轴线位于上游围堰轴线下游侧，距上游围堰轴线12.5 m，防渗灌浆轴线长约30.7 m。初步拟沿围堰防渗灌浆轴线设2排灌浆孔，梅花形布置，孔间距2 m，排距1 m，分三序施工，造孔初步估计32个，总进尺约480 m，终孔深入基岩0.5 m。幕体形成后在开挖过程中可据实际渗水地段加密。

3 主要施工程序及施工方法

3.1 主要施工程序

施工程序为先施工下游排，后施工上游排。每排分三序施工，其程序是下排Ⅰ序孔（兼作先导孔）→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→上排Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔。

3.2 注浆方法

根据砂卵石层特点，灌浆孔施工时，采取一次成孔，自上而下分段灌浆，成孔稳定重新扫孔后再次灌浆，直至到达基岩。

封堵注浆拟采用“自下而上分段灌浆法”进行灌浆。段长按照3～5 m控制。

3.3 钻孔设备

钻孔选用YG80型工程钻机，孔径146 mm，套管跟管护壁成孔。XY-2型回转型钻机配套使用。

3.4 主要施工方法

3.4.1 先导孔施工

（1）为了进一步查明覆盖层的厚度及河床建基面高程，指导围堰封堵注浆施工，在下游排选两个I序孔作为先导孔，先导孔施工在围堰填筑前左岸导流洞进口混凝土围堰预留坎上先施工1个孔，围堰全部填筑后，在河床右岸段布置1个孔。

（2）先导孔施工采用YG80工程钻机跟管钻进，达到预计深度后，改用XY-2型回转型钻机钻孔，在钢套管护壁管中钻取岩芯，孔径76 mm，确认建基岩并入岩0.5 m，经监理工程师确认后终孔，钻取岩芯保留。

3.4.2 注浆材料

3.4.2.1 水泥浆及水泥粘土浆

水泥采用P.O.32.5水泥，粘土采用粘土粉。

水泥浆：0.5∶1（重量比），水泥粘土浆1∶1（重量比）。粘土和水配制成粘土浆（1∶1或2∶1）原浆浓浆后加水泥。

3.4.2.2 堵漏材料

架空地层充填材料可采用砂、瓜米石（粒径3.5 mm）、粘土等。

3.4.2.3 化灌材料

化灌材料采用水玻璃、水泥水玻璃浆液，水玻璃用量为水泥用量的15%～30%。

3.4.3 注浆方式

灌浆方法有充填灌浆法、渗透灌浆法和挤密灌浆法等。本工程采用充填式注浆静压注浆方法。

3.4.4 注浆施工

（1）为防止水泥浆液灌注时流失过多，节省水泥用量，在注浆前对I序孔（先导孔）采取用砂、细石充填架空地段（孔段），充填一定量后用测绳测量孔深，如该孔内充填有砂、细石，可用风、水冲孔，或者采用回转钻机扫孔到原孔深，如此反复进行。充填程序先粗颗粒，后砂，然后改用水泥砂浆或水泥浆液进行灌浆，水泥浆液定量灌注，每次定量水泥3～5 t。待灌浆孔内有回浆后，待凝72 h，扫孔复灌，复灌采用水泥浆液0.5∶1。

（2）II序孔或III序孔灌浆施工可先注水泥砂浆，如水泥耗量达3～5 t，改用I序孔（先导孔）充填方法。

（3）注浆过程中，对河床流水进行观察，如下游水发现河水带有水泥浆液且流失量过大，要立即停止注水泥浆，采取水泥水玻璃双液注浆方法。否则停灌，待凝72 h后，再进行注浆作业。重复上述注浆方法。

（4）钻孔注浆过程中，做好现场施工记录，遇到特殊情况时，及时将情况、处理措施与结果上报业主和监理。

（5）注浆孔内有回灌浆液，观测10～15 min，孔内浆液下降10 cm，可结束。

（6）注浆效果检查：采用钻孔注水检查方法，全孔注满水后观测10～15 min，孔内水位下降20～30 cm内认为合格，否则进行补加灌浆孔。

4 施工进度及材料

导流洞进口围堰从2010年6月5日开始施工，6月15日结束，保证了导流洞洞内混凝土施工。

大坝上游围堰从2010年10月1日开始施工，10月13日结束，较预期目标提前2 d进行基坑开挖。

5 灌浆效果

（1）施工完成后，通过耗材统计表分析，灌浆递减效果明显，经过检查孔观测，10 min内孔内注水沉降12 cm。

表1 导流洞进口围堰灌浆耗材统计表Table1:Consumption of grouting materials for the inlet weir of diversion tunnel

表2 大坝上游围堰灌浆耗材统计表Table 2:Consumption of grouting materials for the weir upstream dam

（2）导流洞围堰防渗灌浆施工完成后，导流洞进口引渠底板开挖时段，测算渗水流量约6 m3/h，安排2台（1用1备）15 m3/h的浑水抽水泵间断排水即可满足要求。

（3）大坝围堰防渗灌浆施工完成后，坝基开挖时段，测算渗水流量约30 m3/h，安排2台（1用1备）40 m3/h的浑水抽水泵间断排水即可满足要求。

6 总结及建议

（1）两座围堰经过静压灌浆处理后，达到了预期临时防渗效果，经过经济比较，若采用其它类型防渗，一是造价较大（采用前者节约成本约80万元），二是受施工场地限制，其它防渗方法将严重影响工期。

（2）两座围堰地质条件都是砂砾石上覆开挖石渣料，在钻孔深度20 m范围采用静压控制灌浆技术，对于临时防渗工程来说值得借鉴，有利于成本控制，也有利于施工进度。