向家坝水电站厚盖重固结灌浆施工各环节质量保证措施的探讨

2015-11-04王占先刘永昶丁时伟

建材与装饰 2015年30期

关键词：向家坝波速声波

王占先刘永昶丁时伟

（中国水利水电第四工程局有限公司　青海　西宁　810007）

向家坝水电站厚盖重固结灌浆施工各环节质量保证措施的探讨

王占先刘永昶丁时伟

（中国水利水电第四工程局有限公司青海西宁810007）

向家坝二期Ⅱ标段厚盖重固结灌浆，主要集中在齿槽部位及升船机坝段固结灌浆，共分为九个坝段，即左厂①～左厂⑧以及升船机坝段。在高程EL.240m进行施工，平均混凝土深度为33.4m，最深混凝土深度为：37.6m，固结灌浆最深孔深为67.6m。为了加强厚盖重固结灌浆施工中的质量控制，在认真分析了一期固结灌浆的基础上，从测量放点、钻孔、段长、开灌水灰比、浆比、压力、抬动等重要环节制定了详细的控制措施。通过以下施工质量控制措施的实行，自检及第三方检测均合格，优良率达到100%。证明了向家坝二期Ⅱ标段厚盖重固结灌浆的质量控制措施行之有效。

厚盖重；固结灌浆；质量控制；向家坝工程

1　概述

向家坝二期Ⅱ标段厚盖重固结灌浆，共分为九个坝段，左厂①～左厂⑧以及升船机坝段。左厂①～左厂⑧坝段分布的地层是T32-4～T32-6-2，主要为中厚至巨厚层砂岩，岩石微风化或新鲜。区内断层少，岩体较完整至完整。孔壁波速多在3000～4000m/s之间，RQD值50～70%。除断层、夹层及影响带外，一般岩体质量为Ⅲ1～Ⅲ2类；升船机坝段地层为T32-6-1和T32-6-2，主要为中厚至巨厚层砂岩，岩石一般呈微风化，局部存在中至强风化岩体。由于区内小断层比较发育，断层交汇带部位岩体完整性差，大部分岩体较完整。岩体质量以Ⅲ1类为主，存在Ⅲ2类和断层交汇带的Ⅳ类岩体。

2　厚盖重固结灌浆施工环节质量保证措施

2.1测量放点控制

为保证本标段所有固结灌浆孔位测放的精准度，所有的灌浆孔位由测量队统一测放。对所需的标高基准点正确测设，在同一平面上引测高程点不得小于3个，并作相互校核，校核后3点的误差不得大于3mm。取平均值作为该平面的控制点，控制点的个数不得小于施工孔位的10%且分布均匀，放至主要控制区域的关键点上。

2.2钻孔控制

2.2.1钻孔器具选用

钻孔中，规定必须采用金刚石钻头或硬质合金钻头，严禁使用碾砂钻头。其目的就是尽量防止钻孔岩粉或钻孔碾磨料、碎屑堵塞裂隙通道！钻孔岩粉堵塞通道的负面作用是相当大的。例如，有的地层在刚开钻时钻孔是不返水的，但随着钻孔的逐步进行，原来不返水的孔出现了返水。因此，就岩粉到底有多大的堵塞作用，进行了压水试验，结果耗水量为0。这个例子，能证明我们选用了自上而下分段灌浆工艺的合理性。

钻头直径与钻杆应相互匹配。钻杆刚度大，钻杆与孔壁的间隙小，钻杆不容易弯曲，钻孔时振动小，这样，不仅能提高钻孔精度，而且还可延长钻头的使用寿命（如表1）。

2.2.2钻孔孔径

表1　钻头直径与钻杆的匹配

钻孔孔径越大，切割裂隙的环状通道越大，越利于灌浆；但孔径大时钻孔工效低，钻头成本也高。经多次试验证明φ56mm的钻头最优越，因此，向家坝厚盖重固结灌浆孔孔径为56mm。

2.2.3钻孔冲洗的控制

金刚石钻进过程中需控制冲洗液的冲洗量。冲洗量太大，孔内无岩粉磨蚀胎体，金刚石颗粒露不出来，钻进效率低；冲洗量太小，严重的造成钻头烧毁，轻者造成重复破碎岩粉，所以必须选择合适的冲洗量。因此，对于φ56～φ76mm的钻孔，其冲洗量宜控制在70～100L/min之间。

2.2.4钻孔孔深控制

孔深不得小于设计规定深度，段长误差不大于20cm，上段的误差在下段消除，不得累积。

2.2.5钻孔孔深检测方法

（1）校定钻杆、钻具长度：用钢尺测量每根钻杆及钻具长度，计算出总长再减去地上余尺。

（2）测绳量测：测绳系挂重物宜在500～1000g间，不宜过轻，否则难以判断孔底位置，太重又会因测绳伸长而失真。

2.3灌浆压力控制

灌浆压力应尽快达到灌浆压力，使用比较高的灌浆压力，达到裂隙张开的临界值（启缝压力），使浆液具有较高的能量挤入或穿入一些较软的破碎岩体或较容易张开的缝隙中去，形成结石，从而提高岩体的承载强度、抗变形能力及抗渗能力。但是向家坝坝基岩石属于缓倾角的以砂岩为主夹少量泥质砂岩的硬软相间的岩相特征，在褶皱构造作用下沿岩性软弱的夹层形成层间剪切带——软弱夹层，岩性岩相又复杂多变，坝址又处于糖房湾背斜的倾伏段，地质构造复杂。

在这种不具备使用较高压力进行灌浆的岩体或部位，为了防止灌浆过程中产生抬动并提高灌浆效果，向家坝厚盖重固结灌浆在控制灌浆压力环节采用了如下措施：

（1）先进行低压封闭灌浆，逐渐提高压力。待岩体承载能力改善后，再升到所需要的压力。

（2）进行分层灌浆，即按序将孔口1～3段先灌浆结束，然后再按序施工第4段及其他各段。

（3）一次升压

当注入率比较小且不发生有害抬动变形时，就尽快升到设计压力，然后按规定进行变浆（逐级加浓浆液），在设计压力下灌至结束。

（4）分阶段升压

当注入率大（大于50L/min）且压力又很低，就采用分阶段升压法。随着灌注浆液的逐级变浓，注入率逐渐减小，就逐渐升压，最后达到设计压力，在设计压力下灌至结束。根据特点，具体操作是以压水试验压力为基础，按照每0.05MPa为一级，逐级升压至设计压力，分级升压，每级压力的纯灌时间不应小于15min。其具体做法是，可将压力与注入率的乘积作为常数C，设某一时段的压力为P（i或注入率Q）i，该时段对应单位时间注入率：

根据这个道理，编制出向家坝厚盖重固结灌浆施工注入率与最大压力的关系表，如表2。

表2　注入率与最大灌浆压力关系表

2.4抬动变形控制

观测孔抬动变形值的大小与距灌浆孔的远近成反比，距灌浆孔越近，对灌浆压力的敏感性就越大，其变形值亦越大。灌浆孔产生抬动变形的影响半径随地层结构的不同而不同，一般不会大于10m。因此，根据向家坝地质条件的特点厚盖重固结灌浆抬动孔变形控制原则为如下：

2.4.1抬动孔距离分布控制

各抬动孔按照分布基本均匀、控制面积大致相等的原进行布置，单个抬动孔控制面积按80～90m2控制。

2.4.2各种检测手段控制

应用了预埋抬动变形观测仪、“铁板凳”测量观测、自动报警装置观测、人工抬动表观测相结合的方式进行抬动变形控制。

2.4.3通过限制压力控制

注入率来控制灌浆压力从而限制抬动变形。隆巴迪指出：灌浆的上抬力F与灌浆压力P、裂缝宽度τ的平方成正比，与浆液屈服点凝聚力C的平方成反比，如下式所示：

式中：F——上抬力；

P——灌浆压力；

τ——裂缝宽度的一半；

C——浆液凝聚力（屈服点）。

所以，防止抬动要根据裂缝大小（或岩体破碎情况）来限制灌浆压力，并使用浓浆，避免浆液流失及对破碎地层进行灌浆是非常有效的。

2.4.4群孔灌浆防抬动控制

一序排Ⅰ序孔两孔同灌的距离按照8～10m，控制，垂直方向对照地质剖面图，不能在同一结构面上同时灌浆，形成面压引起抬动，一般不应小于10m。其它排序孔在垂直间距错开10m，后吸浆量小于20L/min时，在无抬动情况下，可按正常排序施工。

2.4.5发生抬动时抬动值控制

当抬动值大于50μm时，及时采取降压处理，对抬动值进行加密观测，并进入预警状态；当抬动大于80μm时，需进行降压、限流、浓浆进行低压慢灌，视情况可进行间歇灌浆；一次性抬动大于100μm或累计抬动达到200μm时，按照结束该段灌浆，继续下一段施工。该孔施工完后暂不封孔，待该序排施工完后，后序排灌浆时适时复灌该段未正常结束的孔段。

2.5开灌水灰比及变浆标准控制

（1）浆液开灌水灰比（重量比）为2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四个比级，一般采用2：1开灌，当压水流量大于30L/min时，采用1：1开灌。

（2）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不能改变水灰比。

（3）当某一比级浆液注入量已达300L以上、或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注。

（4）当注入率大于30L/min时，可视具体情况越级变浓水灰比。

2.6大涌水段的控制措施

产生涌水的原因有：与库水相通；两岸地下水位高；有承压水等。根据向家坝坝基的地质特点，对于大涌水段的控制措施如下：

（1）在不发生抬动的前提下，加大灌浆压力，把涌水挤走（使灌浆压力=设计压力+涌水压力）。

（2）在增加压力的条件下，延长灌浆时间，并以浓浆结束。在达到结束条件时改用水灰比为0.5：1的浓浆进行灌注。

（3）屏浆后，再加闭浆待凝措施。

（4）闭浆、待凝，待凝时间根据涌水压力和注入量决定：

①涌水压力为0.05～0.1MPa或单耗为3～20kg/m时，待凝24h；

②涌水压力大于0.1MPa或单耗大于20kg/m时，待凝48h；

③涌水孔段经闭浆待凝处理后，重新扫孔到该段孔底观测涌水情况，若无涌水，可进行下段钻灌，若仍有涌水，应再次测记涌水量与涌水压力并进行复灌，直至无涌水为止。

（5）缩短灌浆段长，对涌水段单独进行灌浆处理。

（6）进行纯压式灌浆。

（7）必要时，在浆液中掺加适量的速凝剂。

2.7大耗浆量孔段的控制措施

（1）限流：灌浆流量按照不大于30L/min控制。

（2）限量：当单位注入量达800kg/m时，采用限流灌注；达到1000kg/m，时，采取间歇灌浆；达到1500kg/m时，待凝24h候，扫孔复灌。该段灌浆正常结束后方可进行下一段钻灌施工。

3　效果评价

向家坝二期Ⅱ标段厚盖重固结灌，共施涉及9个坝段，混凝土钻孔23815m，基岩灌浆22460m，根据设计提出的《金沙江向家坝水电站二期工程固结灌浆和接触灌浆施工技术说明书》，规定向家坝二期Ⅱ标段厚盖重固结灌检查结果以声波检测为主，压水结果为辅。

3.1压水检查

检查孔的数量应不小于灌浆孔总数的5%，进行现场检查孔布置及施工。现场共布置检查孔51个，压水总段数214段，其中最大透水率为2.13Lu，最小透水率为0Lu，小于等于1Lu的116段，占总段数的54.2%，大于1Lu，的98段，占总段数的45.8%，全部满足设计要求。在单元评定中优良率为100%。

3.2声波检测

根据三峡集团公司向家坝工程建设部要求，向家坝二期工程固结灌浆全面实行第三方检查，第三方检查孔的比例为灌浆孔总数的1.0～1.5%。固结灌浆声波检测分为灌前检测和灌后检测两部分，灌前利用抬动观测孔、同位声波孔进行声波检测，灌后利用检查孔、同位声波孔进行声波检测，以全面了解灌前、灌后岩体波速的分布情况及灌后岩体波速的提高幅度，为灌浆质量的评价和验收提供依据。坝基齿槽波速合格标准为：

（1）灌前平均波速＜3000m/s时，灌后声波提高幅度≥10%，灌后声波平均值≥3250m/s，且小于3000m/s的测点＜20%。

（2）灌前平均波速在3000～3500m/s时，灌后声波提高幅度≥7%。

（3）灌前平均波速在3500～4000m/s时，灌后声波提高幅度≥5%。

中国水电顾问集团中南勘测设计研究院向家坝水电站检测项目部作为第三方对固结灌浆进行声波检测。共布置灌前灌后同孔同位声波测试孔6个，灌前平均波速3681.17m/s，灌后平均波速为3979.34m/s，平均波速提高率为8.10%；灌前抬动共布置73个，灌前平均波速3655.78m/s，灌后平均波速为3891.44m/s，平均波速提高率为6.27%；同孔及非同孔综合波速提高率为6.30%。声波检测全部合格。