试论寨子河水库坝基生产性帷幕灌浆试验

2016-02-15罗跃顶

四川水利 2016年6期

关键词：孔段序孔压水

罗跃顶

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

试论寨子河水库坝基生产性帷幕灌浆试验

罗跃顶

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

寨子河水库碾压沥青混凝土心墙堆石坝，为解决两坝肩渗漏问题，进行了坝基帷幕灌浆试验。通过对灌浆参数、钻孔压水试验数据以及灌浆试验效果的分析，得到了帷幕灌浆施工必需的技术参数，为下一步的施工提供了科学依据。

寨子河水库坝基帷幕灌浆试验成果分析

1 工程概况

寨子河水库枢纽工程拦河大坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高为93.0m。大坝基础部位帷幕灌浆沿坝轴线共布置3排，排距3.0m，孔距2.0m，帷幕深度按渗入岩体透水率q≤3Lu以下5.0m控制。为解决两坝肩绕坝渗漏问题，将帷幕灌浆自两坝肩沿坝轴线分别向左、右坝肩水平延伸100.0m、120.0m。最大帷幕灌浆深度87.8m，平均帷幕灌浆深度47.3m。

本次帷幕灌浆试验区选在左岸灌浆平洞区域，长度为20.0m，合计钻孔孔深为1098.88m，灌浆孔深为1080.88m。

2 灌浆试验目的及内容

2.1 灌浆试验目的

(1)验证水泥浆液配比能否满足要求；(2)进一步验证及确认灌浆技术参数能否满足设计防渗要求；(3)验证灌浆设备、机具能否满足施工要求。

2.2 试验内容

2.2.1 钻灌生产性试验。(1)钻孔试验，包括地质钻机及其钻具的选择，钻进参数的确定；(2)普通水泥灌浆试验，包括灌浆方法、灌浆机具选择、灌浆水灰比以及灌浆过程出现特殊情况时的处理方法等。

2.2.2 抬动观测。包括抬动观测装置的安装、灌浆过程中的抬动观测，观察各次序孔抬动变形情况，综合确定灌浆压力和注入率，验证所选定的灌浆压力对岩体以及混凝土是否产生破坏。

2.2.3 质量检验。包括布设检查孔进行钻孔取芯及压水试验，通过压水试验，对比岩芯中细微裂隙的水泥结石充填情况，分析灌浆效果及防渗能力，进一步验证灌浆孔间排距、灌浆压力等技术参数。

3 主要施工参数

3.1 灌浆压力以及水灰比选择

帷幕灌浆试验孔为三排孔，孔距为2.0m，本试验区共布置30个孔；第一段孔径为φ110mm，第二段以下为φ75mm，采用三参数进行灌浆。各个孔段分段情况以及灌浆压力见表1所示。灌浆水灰比为1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四个比级，开灌水灰比为1∶1。

表1 各孔段灌浆压力

3.2 抬动观测孔

抬动观测孔孔径为φ75mm，钻孔结束并经验收合格后，进行内外管的安装。先埋设内管至孔底，内管采用φ20mm的钢管，用0.5∶1的水泥浆固定孔底约0.5m，并保持内管在孔中心处，待凝后再安装φ70mm外管，周边采用细砂充填，孔口用麻丝及水泥砂浆封堵。灌浆施工时，在内管与基岩面之间安装千分表。

4 灌浆施工

4.1 钻孔

4.1.1 竖向帷幕孔采用回转式地质钻机进行施工，试验区要求取芯的孔第一段钻孔孔径为φ91mm，其余段为φ75mm。

4.1.2 钻孔时对孔内各种情况，如深度、涌水、漏水、断层构造、塌孔、掉块、卡钻、岩层变化等进行记录，作为分析钻孔灌浆质量的基本依据。

4.2 钻孔冲洗

4.2.1 每个灌浆段钻孔结束后，应立即进行钻孔冲洗，孔底残留物厚度不大于20cm。冲洗压力采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，采用1MPa。结束标准为冲洗至回水澄清后10min，且总冲洗时间不少于20min。

4.2.2 冲洗过程及返水情况应详细、如实记录。

4.3 压水试验

试验灌浆孔分段进行简易压水，结合裂隙冲洗进行。各孔段压水压力均为0.16MPa～0.64MPa，压水时间30min，每5min测读一次压入流量，测读四次读数即结束，以最后的流量值作为计算流量。

4.4 灌浆

灌浆采用孔口封闭法、浆液孔内循环的工艺。各灌浆孔段不论透水率大小，均按设计要求进行灌浆，灌浆时，射浆管距离孔底不大于0.5m。

4.4.1 灌浆压力

4.4.1.1 按照不破坏基岩又尽可能加大灌浆压力，灌浆压力应与注入率相适应的原则，确定灌浆压力。

4.4.1.2 灌浆压力尽快达到设计压力。如开始时由于吸浆量大(注入率大于30L/min)或抬动等原因，不能立即达到设计压力的，在现场施工中，应根据实际情况采取逐级升压、低压慢灌等措施进行施工。

4.4.1.3 灌浆时应特别注意控制灌浆压力和注入率。为防止上抬力过大而引起抬动破坏，在施工中，按照不破坏基岩又尽可能加大灌浆压力原则增大灌浆压力。在帷幕灌浆试验区，没有发生因灌浆压力所引起的抬动现象。

4.4.2 灌浆次序

本试验区的灌浆试验按分序加密的原则进行，相邻两次序孔同时施工，保证钻灌高程差为15m。

4.4.3 浆液水灰比及浆液变换

浆液水灰比为1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四个比级。当灌浆压力保持不变，在注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比。当某一比级浆液注入量达300L以上，或灌注时间达1h，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。当注入率大于30L/min时，越级变浓。

4.4.4 结束条件

帷幕灌浆孔均采用孔口封闭法自上而下分段灌浆，在规定的设计压力下，注入率不大于1.0L/min，继续灌浆60min～90min，且总时间不小于2h，灌浆工作可结束。

4.4.5 封孔

灌浆孔全孔灌浆结束，采用“置换和压力灌浆封孔法”进行封孔。封孔压力采用全孔最大灌浆压力并不小于0.8MPa，封孔时间为60min。

5 灌浆试验成果分析

5.1 灌浆完成情况

本试验区分为2个次序进行施工，完成试验孔30个，完成工程量为1080.88m，总灌入灰量为186026.6kg。

5.2 灌浆成果分析

5.2.1 灌浆成果分析及评价

5.2.1.1 特殊孔段灌入情况分析。本试验区30个孔灌入灰量主要集中在10.6m～20.6m范围，其中41号试验孔第四段(10.6m～15.6m)钻至14.0m时返水较小，钻至15.0m位置时已经失水，开灌流量较大最后变0.5∶1浆液灌注，并采取了低压、浓浆、限流、限量、间歇等方法进行处理无效，待凝后复灌采用1∶1开灌水灰比进行灌注，恢复灌浆后，注入率较中断前相同，变浓浆液继续灌注，漏量较大变浆至0.5∶1后流量仍然较大，同样采取了低压、浓浆、限流、限量、间歇等方法进行灌浆，最后灌注14786.8kg后正常结束。第39号试验孔第5段(15.6m～20.6m)钻至18.0m时返水较小，根据施工经验钻至20.6m，开始压水试验，透水率13.23Lu，无外漏情况，开灌流量超过30.0L/min越级变浆0.6∶1，变浆后注入量无明显减小，最后变0.5∶1浆液灌注并采取了低压、浓浆、限流、限量、间歇等方法进行处理，灌注2500L后流量开始有明显减小，压力持续上升，最后灌注6129.1kg后正常结束。

5.2.1.2 整个试验区分析。本试验区灌浆进尺1080.88m，水泥灌入量186026.6kg，平均单位耗灰量172.11kg/m。下游排帷幕Ⅰ序孔灌浆进尺186.26m，灌入灰量56625.7kg，平均单耗为304.01kg/m；Ⅱ序孔灌浆进尺178.73m，灌入灰量10348.4kg，平均单耗为57.90kg/m。上游排帷幕Ⅰ序孔灌浆进尺185.66m，灌入灰量44090.4kg，平均单耗为237.48kg/m；Ⅱ序孔灌浆进尺178.73m，灌入灰量32110.4kg，平均单耗为179.66kg/m。中游排帷幕Ⅰ序孔灌浆进尺175.3m，灌入灰量28426.6kg，平均单耗为162.16kg/m；Ⅱ序孔灌浆进尺176.2m，灌入灰量14425.1kg，平均单耗为81.42kg/m。

对以上数据进行统计分析，Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆呈现递减趋势，且减少幅度较大，Ⅱ序孔单耗灰比Ⅰ序孔单耗灰递减了56.0%，但随着孔序的加密，对岩体有很好的可灌性，将岩体的裂隙充填饱满。

结合以上情况分析，本试验区整体灌浆效果明显，Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆情况符合基本规律。

5.2.2 耗灰单位注入量与岩体透水率关系

试验区灌浆孔段水泥单位注入量与透水率的区间分布对应关系：

5.2.2.1 试验区灌浆孔段透水率小于1Lu的占试区总段数的9%，透水率大于5Lu的占试区总段数的37%。单位注入量小于50kg/m的占试区总段数的47%，单位注入量大于50kg/m的占试区总段数的53%。

5.2.2.2 灌浆试验区灌前透水率与水泥单位注入量之间，总体上表现为透水率大注入量大。但由于压水试验压力为0.64MPa，而灌浆压力最大为0.8MPa，岩层在高压作用下发生局部劈裂，使岩层裂隙得到有效灌注，部分孔段出现了透水率小而水泥单位注入量大的现象。

5.2.3 灌前、灌后压水成果分析

5.2.3.1 灌前压水分析。根据设计要求，先导孔压水采用单点法压水，灌前压水9段，透水率最大为11.32Lu，最小为0.15Lu，各次序孔平均透水率为4.78Lu。

5.2.3.2 灌后压水分析。检查孔共压水16段，透水率最大为1.51Lu，最小为0.0Lu，平均0.33Lu。各段灌后检查孔压水结果均符合设计要求≤3Lu，检查孔压水合格率为100%，符合设计要求。