新疆柳树沟水电站大坝趾板帷幕灌浆施工

2016-06-15王薇

地下水 2016年1期

关键词：帷幕灌浆施工

王　薇

(中国水电建设集团十五工程局有限公司第二工程公司，陕西西安710016)

新疆柳树沟水电站大坝趾板帷幕灌浆施工

王薇

(中国水电建设集团十五工程局有限公司第二工程公司，陕西西安710016)

[摘要]新疆开都河柳树沟水电站趾板建基面为弱风化的凝灰岩、裂隙较发育，为解决坝基渗漏问题，采取帷幕灌浆进行防渗处理，通过严格按设计、规范的要求组织施工，原型观测显示坝后渗水量较小，完全符合设计要求，取得了好的效果。

[关键词]帷幕灌浆；施工；防渗效果

柳树沟水电站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县境内的开都河上，是开都河中游河段水电规划中的第八座梯级电站。其拦河大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，属2级建筑物。坝顶高程1 499 m、最大坝高100.0 m、坝顶长183.5 m、坝顶宽10.0 m，上游坝坡1：1.4，下游坝坡1：1.3～1.4、设有宽10 m的“之”字形上坝路(坡比9.9～10.9%)。为对坝基进行防渗处理，在大坝趾板上设有帷幕灌浆，帷幕设计为双排，主帷幕深入3Lu线以下5 m，副帷幕深度为主帷幕的2/3。主副帷幕排距1.3 m，灌浆孔孔距2.0 m。趾板主帷幕设计孔深29.46～85.25 m，副帷幕设计孔深28.93～56.51 m。趾板帷幕灌浆施工共完成帷幕灌浆19 251.48 m，完成帷幕灌浆孔375个(其中先导孔23个)、检查孔38个、抬动观测孔19个，耗用水泥量2 663.04 t(其中注入水泥量2 621.14 t)。

1帷幕灌浆施工

1.1帷幕灌浆试验

在大坝左岸中线路上(坝上0-068.5～0-082.5，高程1 463 m)按照《柳树沟水电站混凝土面板堆石坝工程基岩灌浆试验策划书》进行了帷幕灌浆试验，并编制上报了试验报告，监理批复按该试验确定的施工参数进行施工。

1.2施工次序

先从河床段水平趾板开始施工，随后进行左、右岸趾板的灌浆，左、右岸趾板从下部向上部施工。

1.3施工工艺及技术要求

帷幕灌浆必须在该部位固结灌浆检查合格后进行，帷幕灌浆施工工艺流程：测量放点布孔→抬动观测钻安→下游排灌浆→上游排灌浆→检查孔；同排内按I序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔施工。

本工程帷幕灌浆采用孔口封闭，自上而下循环式灌浆。其单孔工艺流程：钻机就位固定→钻进第一段(洗孔、压水试验、灌浆)→下入φ89套管待凝48小时→钻进第二段(洗孔、压水试验、灌浆)→钻进第三段(洗孔、压水试验、灌浆)……依次循环直至全孔灌浆结束→封孔。

1.3.1钻孔布置

由测量人员布放控制点，由技术员按施工图布孔。

1.3.2钻孔

1)钻孔施工

帷幕灌浆采用XY-2型地质回转钻机，每台钻机就位前必须安装地锚，将钻机固定在地锚上，金刚石钻头钻进。抬动观测孔孔径φ75 mm，灌浆孔开孔孔径φ91 mm，终孔孔径φ61 mm，帷幕检查孔孔径φ75 mm。钻孔孔位、方位、倾角，严格按设计图纸进行施工。钻孔开孔孔位与设计孔位的偏差±10 cm，孔底高程偏差±20 cm。帷幕灌浆同一次序孔可同时施工，下一次序孔待上一次序孔灌浆结束后开始钻孔。地质条件较好时，不产生抬动和串浆时，下一次序也可待上一次序孔灌浆深度大于15m后开始钻灌。

水平趾板帷幕灌浆钻机直接在混凝土面上进行施工，斜坡趾板帷幕钻孔则需搭设移动式施工台车。

钻孔过程中对混凝土厚度、回水等情况及其位置做详细记录，作为灌浆施工和验收分析质量的依据。

2)孔斜控制

为保证将孔斜控制在允许范围内，除用地锚将钻机固定牢固以外，还必须在钻进过程严格控制钻机压力。在施工过程中，逐段用KXP-1型测斜仪测量孔斜。帷幕灌浆孔允许孔斜偏差不大于表1中所列数值，允许偏差值包括因顶角和方位角偏移而发生的偏差值，钻孔时应特别控制方位角，其偏差值不大于5度。发现孔斜超出允许范围，立即纠偏。

表1　帷幕灌浆孔孔斜偏差控制表

3)帷幕孔终孔条件

设计图纸要求：主帷幕灌浆孔达到设计终孔段，如灌前压水大于10 Lu，应向下加深5 m，如还不满足上述规定再加深5 m，当加深20 m还不满足上述要求时，由业主、设计、监理、施工四方现场研究决定是否终孔。施工中未出现加深情况，均按设计孔深终孔。

副帷幕灌浆孔孔深按设计孔深控制。

1.3.3钻孔冲洗

各孔段灌浆前进行孔壁冲洗和裂隙冲洗。孔壁冲洗采用大流量冲洗，冲洗直至回水澄清延续10 min即可结束，裂隙冲洗采用压力水冲洗，冲洗至回水澄清后10 min为止，但总冲洗时间必须大于30 min。裂隙冲洗压力为灌浆压力的80%，压力超过1 Mpa时，采用1 Mpa。当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24 h，不得进行裂隙冲洗。

1.3.4压水试验

帷幕灌浆灌前压水试验在裂隙冲洗后进行，采用简易压水；检查孔压水采用单点法。试验压力为相应灌浆段灌浆压力的80%，当超过1.0 Mpa时，采用1.0 Mpa。

1.3.5镶嵌孔口管

第一段钻灌结束后，将注浆管下到孔底注入0.5:1 的水泥浆将孔内稀浆挤出，使孔内全部为0.5：1的水泥浆，再将孔口管下入孔底，并校正孔口管方位和顶角后固定。所有帷幕灌浆孔均镶嵌孔口管，孔口管深入到混凝土与基岩结合面以下2.0 m，露出混凝土面5 cm以上。孔口管直径为φ89 mm。

1.3.6灌浆

灌浆泵采用3SNS灌浆泵，灌浆及压水过程由业主提供的成都西易灌浆自动记录仪实时监控记录，能自动检测灌浆压力、流量和浆液密度等。灌浆材料、制浆方法同固结灌浆。

1)灌浆孔第一段(接触段)采用橡胶塞阻塞，孔内循环式灌浆。第二段及以下各段采用孔口封闭孔内循环、自上而下分段灌浆方法。帷幕灌浆第一段钻孔孔径为φ91 mm，胶塞卡在结合面以上0.5 m的混凝土内,其余各段采用孔口封闭法，注浆管距段底不大于50 cm进行灌浆。

2)灌浆段长及压力

各灌浆段次段长及其灌浆压力见表2。

表2　灌浆段长及压力表

3)浆液浓度及其变换

帷幕灌浆浆液水灰比采用： 3:1、2:1、1:1、0.8:1和0.5:1(重量比)五个比级。

浆液变换原则如下:

(1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；

(2)灌浆过程中当某一比级浆液注入量已达300 L以上或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变,或改变不显著，应加浓一级水灰比灌注。

(3)当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

灌浆过程中，当出现灌浆压力突降或注入率突增等异常现象时，应立即查明原因，报告监理工程师，采取相应的措施处理。

开灌后，灌浆过程中每隔30 min和变浆后、以及灌浆结束时，均应测定回浆管浆液比重，并做好记录。

4)灌浆结束标准

帷幕灌浆结束标准为：在设计压力下，各灌浆段结束标准为：当注入率小于1 L/min后，持续灌注1h即可结束。

5)封孔

帷幕灌浆封孔：灌浆结束后采用0.5:1水泥浆进行置换，同时补充孔内下降水泥浆，始终保持注浆管位于水泥浆液面50 cm以下，保证全孔为0.5:1水泥浆，尔后采用纯压式封孔，封孔压力为该孔最大灌浆压力，持续时间不小于1 h。待凝固后对孔口空余段人工采用干硬性水泥砂浆封孔，保证孔内密实。

1.3.7抬动观测

每灌浆单元布置一个抬动观测孔，抬动观测孔为垂直孔，深入基岩15 m，并在灌浆作业前完成安装、调试工作。在帷幕灌浆孔冲洗、压水试验及灌浆过程中均进行抬动观测，作好观测记录。抬动观测允许变形200 μm，在施工过程中，事先以变形0.15 mm为预警值，并采取降压措施。抬动观测安排专人进行观测、记录，一般情况下每隔10 min测记一次，变形值上升较快时加密测记，当变形值接近允许值时及时报告各工序操作人员采取降压措施或停止施工，作好详细记录，及时报告监理、设计等有关单位研究处理。抬动观测装置见图1。

图1　抬动观测装置示意图

1.4特殊情况处理

在灌浆施工过程中，出现了钻孔无回水、吸浆量大等情况，采用限流、间歇、越级变浆、浓浆灌注等方式进行了处理，效果较好。

2质量检测分析

2.1透水率对比分析

大坝趾板共完成帷幕灌浆孔375个，进行灌前压水试验3 755段次，各次序孔段灌前压水平均透水率统计情况见表3。从表中可看出，无论是左、右岸趾板还是河床段趾板，无论是上游排还是下游排，其灌前压水试验的单位透水率随孔序递增而递减，上游排各孔序单位透水率明显低于下游排各孔序单位透水率，符合灌浆规律。

表3　趾板帷幕灌浆灌前压水试验

2.2水泥耗量分析

大坝趾板共完成帷幕灌浆17 199.98 m。各次序孔段注入水泥量统计情况见表4。从表中可看出，无论是左、右岸趾板还是河床段趾板，无论是上游排还是下游排，均符合随孔序递增，单位水泥注入量递减的灌浆规律，表明前序孔灌浆较好的充填了岩石裂隙，后序孔灌浆进行了补充加强，灌浆效果比较明显。

2.3检查孔压水试验检测成果统计分析

趾板帷幕灌浆共布设质量检查孔38个，进行“单点法”压水试验440段次，压水情况统计见表5。从表中可看出，检查孔所有的孔段岩石透水率均在3.0 Lu以内(透水率最大2.98 Lu，最小0 Lu)，均满足设计q≤3 Lu的要求，透水率合格率达100%。

2.4岩石固结检查分析

所有帷幕检查孔均按照规范及设计要求进行了孔内岩石芯样的采集工作，并及时进行了芯样填牌、描述及照片保留，检查孔岩石芯样采取率达85.0～87.0%，从提取芯样中我们发现岩石裂隙内有较多的水泥结石充填物，说明本次帷幕灌浆作业对大坝基础岩石起到了相当不错的固结效果，有效改善了大坝基础岩石的整体抗渗、抗剪及抗压性能。