某电站坝基千枚岩、绿泥石片岩复合灌浆施工技术

吴晓伟

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 某工程坝基地质条件概述

某电站为长江流域中上游支流梯级开发的百万千瓦级水电站，该水电站以发电为主，兼有蓄能、蓄洪和拦沙作用。大坝为混凝土双曲拱坝，坝高超过250m，高边坡开挖高差超过300m，枢纽洞室群超过200km，各项施工技术较为复杂，属世界级巨型工程。

电站坝址区域岩体较为破碎，对坝基岩体承载力及防渗影响较大的断层较多，右岸断层主要是f18、f14、f13、L64、L65等。右岸坝基22#坝段帷幕灌浆平洞上游侧分布有较大范围的炭质千枚岩及绿泥石片岩(L64、L65)，往上游侧出坝踵延伸到坝前水库，初步探测往大坝建基面以里延伸约35m～45m。大坝蓄水后库水长期浸透，可能造成炭质千枚岩及绿泥石片岩软化，影响坝基变形稳定。

绿片岩L65分布于f14断层上，建基面出露长度约22m，宽11m左右，坝踵往上游方向仍有延续，帷幕洞揭示长度约30m。岩性以灰绿色绿泥石片岩为主，夹大理岩、大理岩透镜体;层面裂隙较发育，发育少量第②组裂隙;微风化～新鲜为主，无卸荷，遇水易软化。

绿片岩L64分布于f14断层上盘靠帷幕洞一侧，建基面出露长度约20m，宽1m～5m不等，建基面以里估计延伸长度10m～15m，呈透镜状夹于L65中。岩性为灰黑、黑色千枚岩，部分完全炭化;微风化～新鲜为主，无卸荷，遇水易软化、泥化。

绿片岩FL62、FL63分别主要沿大理岩透镜体上、下界面分序，再顺层方向略有延伸，建基面出露长度约15m，宽10cm～20cm，建基面以里延伸长度15m～20m，呈条带状夹于L64、L65中。岩性为绿泥石片岩，强风化，无卸荷，遇水易软化、泥化。

2 施工中的难点

2.1 千枚岩、绿片岩处理属于地质缺陷处理施工，结合现场实际情况，须采用化学灌浆手段处理。项目地质条件复杂，施工技术复杂，质量控制要求高，化学灌浆施工耗时非常长，施工进度及施工质量目标控制难度大。

2.2 灌浆廊道位于断层下部，钻孔灌浆均为仰孔施工，现场操作难度极大。

2.3 化学灌浆废弃浆液污染性及毒性大，废弃浆液的集中收集及处理难度极大。

2.4 根据断层分布，灌浆孔布置较密集，且大坝浇筑施工已上升至灌浆廊道以上，抬动变形风险大，变形监测要求高。

3 施工方案

3.1 本项目各灌浆孔段采用何种浆液灌注的基本原则。当灌前压水试验透水率小于1.0Lu，直接进行化学灌浆;当灌前压水试验透水率q≥1.0Lu，先进行湿磨细水泥灌浆，待湿磨细水泥灌浆完成后，随即进行透水率检查，在满足透水率q＜1.0Lu后进行化学灌浆。

3.2 水泥灌浆采用孔内循环式，化学灌浆采用纯压式。根据灌浆实际情况，可以采用以下两种灌浆方法:“孔口封闭、自上而下分段”灌浆法;灌浆栓塞阻塞，自下而上、分段灌浆法。

3.3 当采用“孔口封闭、自上而下分段灌浆”法施工时，各灌浆段化学灌浆完成后，采用W/C=0.5的浆液置换出孔内残余化学浆液后屏浆20min～30min。屏浆压力采用化学灌浆压力，屏浆完成后再闭浆8h～12h，之后进行下一段钻灌。

3.4 当采用“自下而上分段灌浆”法施工时，先自上而下分段进行钻孔及压水试验，得出各灌浆段的岩体透水率。孔底段化学灌浆完成后，根据上一段的透水率情况决定是否需要进行闭浆处理。

4 处理施工中的关键技术

4.1 施工布置

本灌浆项目所使用的湿磨细水泥浆液，由自动化制浆系统及湿磨机配套完成。将自动化制浆系统拌制好的W/C=0.5∶1的普通纯水泥浆液，经三台串联的湿磨机湿磨后储存在400L的储浆桶内，灌浆施工现场所需湿磨细水泥浆液均由储浆桶通过供浆管路提供。

在灌浆过程中，按照化学浆材室内试验确定的不同配方进行浆液配置，浆液配置严格按照“少量多次随灌随制”的原则进行，以防止浆液存放时间过长造成黏度增大或发生爆聚影响灌浆效果，造成浆液浪费。浆液配置时，按照浆液的质量配比，利用电子秤分别称量好A液和B液，然后按照掺加顺序分别倒入搅拌桶内进行有效搅拌，将搅拌好的化学浆液放入灌浆泵灌浆桶内，利用化学灌浆泵进行灌浆施工。

排污系统根据1785m洞室群灌浆整体布置，充分利用洞室群排水系统和废水量大小布设排污设施设置，按照“高水高排、低水低排、污水净化沉淀”的原则处理。

4.2 造孔

严格按照孔位布置图由测量人员测放孔位，孔位偏差不大于10cm，在所测放孔位处设置明显标记。

该复合灌浆项目灌浆孔最初按照分序施工，逐序加密，环间分两序、环内分两序进行施工。在施工过程中，根据现场实际情况，为了防止串浆或减少串浆现象的发生，将环内两序调整成三序施工。在调整过程中，因局部已按照两序进行了开孔施工，所以在后来施工中，局部较浅灌浆孔还是按照两序进行，其余灌浆孔调整为三序施工。

钻孔采用“孔口封闭，自上而下、分段灌浆”法进行施工时，钻孔采用XY－2型地质钻机配φ91mm金刚石钻头进行孔口段回转钻进，孔口段以下的其它灌浆段，采用φ56mm金刚石钻头钻进。

4.3 孔口管埋设

分段钻孔完成后，分段在孔口采用灌浆栓塞灌浆，待终孔段灌浆完成后进行浆液置换，再扫孔安装孔口管进行封孔，安装φ73mm孔口管(孔口管总长度=入基岩2.0m+混凝土厚度+外露0.2m)。在孔口管与孔壁之间空隙充填0.5∶1掺速凝剂的水泥浓浆，并轻敲孔口管以使周围浆液充填密实，而后待凝等强48h。

4.4 水泥～化学复合灌浆

本复合灌浆项目各灌浆孔段灌浆前，均结合钻孔裂隙冲洗进行单点法压水试验。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa。每5min测读一次压入流量，当连续四次读数中最大值与最小值之差小于1.0l/min，或最大值与最小值之差小于最终值的10%，视为稳定。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率q表示。本次灌浆均为仰孔，压水试验压力应加上孔口以上水柱压力。

各灌浆段化学灌浆完成后，采用W/C=0.5的浆液置换出孔内残余化学浆液屏浆20min～30min，屏浆完成后再闭浆，闭浆完成后进行下一段钻灌。本化学灌浆项目，采用以注入率为主的控制方法协调灌浆压力与注入率的关系。化学灌浆过程中，应遵循“长时间、慢速率、尽量达到一定注入量”的原则，控制好灌浆压力和注入率的协调关系。一般情况下，注入率应控制在0.05l/min.m～0.1l/min.m之间。当注入率≤0.05l/min.m时，适当升高灌浆压力;当注入率≥0.1l/min.m时，适当降低灌浆压力或控制注入量。化学灌浆开灌浆液配方为重量比11∶1，初始黏度为(8～9)MPa.s。在设计灌浆压力下，注入率不大于0.01l/min.m后持续灌浆4h，可结束灌浆。

4.5 特殊情况处理

4.5.1 灌浆外漏及处理。灌浆过程中，发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限量、间歇灌浆等方法进行处理，必要时对微小裂隙或孔隙进行扩挖，再用堵漏王封堵。

4.5.2 孔段较大注入量处理。针对炭质千枚岩水泥——化学复合灌浆第一段大漏量，采用530材料进行化学灌浆，以达到封堵作用，按6∶1配比开灌。首先按照原化灌材料配比进行化学灌浆，当注入量达到200kg、压力小于0.5MPa时，改530化灌材料进行化学灌浆。

采用530化学灌浆材料灌浆时，根据注入量及灌浆压力而定，当注入量减小，灌浆压力达到或接近设计灌浆压力时，按照孔管容置换501化学浆材待凝48h，再采用501化学浆材进行灌浆，总时间按照501材料灌浆时间不小于70h控制。当注入量未减小，压力无明显提高，注入量按照50kg/m控制，待凝48h后采用501化学浆材继续灌浆，总时间按照501材料灌浆时间不小于70h控制。

5 处理成果分析

大坝右岸22#坝段炭质千枚岩、绿泥石片岩水泥化学复合灌浆，采用孔口封闭、自上而下、分段灌浆法进行化学灌浆施工。灌浆采用PSI－501－1地质缺陷加固环氧灌浆材料，该材料具初始黏度低、可操作时间长等优点，使浆液能够更好地渗透、浸润到岩体中。在造孔灌浆过程中，严格按照设计及规范要求进行控制，灌后检查孔透水率均小于0.25Lu的设计标准。

根据统计分析物探结果，大坝右岸22#坝段坝基炭质千枚岩、绿泥石片岩化学灌浆区，0～5m孔段、5m～孔底段Ⅱ级大理岩及炭质千枚岩化灌后，声波波速及钻孔平均变模值均满足设计要求。

从室内专项岩体检测情况来看，绿泥石片岩、炭质千枚岩软化系数均大于等于0.75。从室内变形模量来看，绿泥石片岩及炭质千枚岩均大于8GPa。从细观结构及浆液充填情况看，断层内的岩体完整性相对较好，微裂纹及孔隙等发育并不是很高，因此浆液注入量并不是很高，但是注入浆液对岩石内部存在的微裂隙及孔洞进行了很好充填，从而有效地提高了断层内部岩石的完整性、强度及其抗渗性能。

6 结语

某电站坝基该类炭质千枚岩及绿泥石片岩软化，强风化，无卸荷，遇水易软化、泥化，库区蓄水后易影响坝基变形稳定，采用水泥——化学复合灌浆施工方法予以固结，增强岩体整体性，提高抗渗稳定。目前，库区蓄水已达设计高程，通过安全鉴定，说明该方法处理此类地质缺陷效果明显、可靠。