永定桥水库帷幕灌浆试验施工分析

【摘要】随着我国建设工程的大力发展，各项科技的进步，我国水利水电工程建设在国民经济中起到了不可怱视的作用。在水利水电工程中，灌浆技术是进行工程地基处理中一项十分重要且应用广泛工程措施，加上水利水电工程的特殊性，地基处理及灌浆技术需要有更高的要求。在这些地基处理的灌浆施工中，帷幕灌浆技术对水利工程修建加固以及防渗都起着重要的作用，本文对永定桥水库帷幕灌浆试验施工全过程分析，揭示了这个帷幕灌浆试验的全过程，取得了本工程帷幕的施工参数。对同类工程具有一定的借鉴意义。

【关键词】永定桥；帷幕灌浆试验；施工分析

1、工程概况

1.1 工程简介

四川永定桥水利工程为瀑布沟水电站移民安置配套工程，由首部枢纽工程及输水渠系工程两大部分组成。永定桥坝址距离下游宜东乡约3km，宜东至支流许家沟与流沙河汇合口约16km，沿流沙河下行约2km至富庄乡，下行约10km为九襄，下行约22km至汉源。永定桥坝址距汉源县城约53km，控制集水面积142.7km2，河长17.6km，河道比降46.0‰，控制面积占流沙河全流域面积的12.4%，坝址处水面高程约1450m。挡水建筑物为重力式碾压混凝土坝，坝高125米。

1.2 工程地质条件

帷幕灌浆试验区位于左岸坝肩段，永定桥水库坝址区两岸基岩出露地层主要为志留系中统罗惹坪组（S2l）碳酸岩和三叠系上统须家河组（T3xj）砂页岩，地层产状 N55°～85°E/SE∠8-25°，总体倾右岸下游。志留系中统罗惹坪组（S2l3）：灰白色中厚层状细晶白云岩，勘探揭示厚度大于212m，主要分布于坝址谷底及两岸谷坡，单层厚度以20～40cm为主，60～100cm次之，少量10～20cm。三叠系上统须家河组（T3xj）：灰、深灰色厚層状砂岩及薄层状炭质页岩夹煤线，勘探揭示厚度大于70m，与下伏志留系白云岩呈平行不整合接触关系，分布于坝区右岸1500～1530m高程以上谷坡。

从地质构造上看，坝址区位于宜东向斜北东翼近轴部，岩层舒缓波状起伏，地层产状N55°～85°E/SE∠8-25°，总体缓倾右岸略倾下游。坝址区无大的断裂分布，构造形式以次级小断层、层间挤压错动带和节理裂隙为主。据地表地质调查及勘探平洞揭示，坝址区内有6条小断层出露，破碎带宽度一般小于50cm，由碎裂岩、角砾岩、糜棱岩及线状断层泥组成，延伸长度一般小于50m。层间错动带由糜棱岩、角砾岩或碎裂岩组成，宽度一般0.2～0.3m，产状平缓，一般沿岩层界面断续延伸长约10～20m。

1.3 工程量及工期

坝基帷幕灌浆工程分为两个试验区，分别在第二和第四单元，于2012年12月10日开孔，2013年6月28日灌浆结束；累计完成混凝土钻孔86.35m，岩石钻灌1582.7m，总注浆量为216637.11kg，平均单耗为136.88kg/m。

2、灌浆试验布置

2.1帷幕灌浆总体布

根据永定桥水库的实际地质及地形情况，帷幕灌浆共布置有四层灌浆洞和左岸地面帷幕灌浆，向大坝两岸延伸至山体深部，形成大坝的整体防渗屏障。防渗帷幕均沿灌浆交通廊道和坝肩的各层灌浆洞布置，各层灌浆洞编号分别为：左、右岸1429灌浆平洞，为双排帷幕；左、右岸1469灌浆平洞为双排帷幕；左、右岸1508灌浆平洞，为单排帷幕；右岸1545.5灌浆平洞，为单排帷幕；左岸地面帷幕灌浆，为单排帷幕。帷幕灌浆布置：孔距为2.0m，距灌浆洞上游边墙0.5m布置。

3、灌浆试验施工

3.1施工方法

灌浆施工按照逐序加密的原则，对于N1廊道左岸帷幕灌浆试验段：“下游排先导孔（1个）→下游排Ⅰ序孔（1个）→下游排Ⅱ序孔（1个）→下游排Ⅲ序孔（2个）→上游排先导孔（1个）→上游排Ⅰ序孔（1个）→上游排Ⅱ序孔（2个）→上游排Ⅲ序孔（1个）”的顺序进行；对于N1廊道坝基帷幕灌浆试验段：“下游排Ⅰ序孔（2个）→下游排Ⅱ序孔（2个）→下游排Ⅲ序孔（1个）→上游排先导孔（1个）→上游排Ⅰ序孔（1个）→上游排Ⅱ序孔（2个）→上游排Ⅲ序孔（1个）”的顺序进行，序间在岩石中灌浆的间隔高差不得小于15m。灌浆开始前布置抬动观测孔，灌浆完成不少于3天后进行灌浆检查孔的施工。

3.2钻进成孔

（1）钻孔

钻孔采用XY-2钻机回转钻进成孔回转钻进成孔的方法。灌浆孔的钻孔直径为Ф59mm，检查孔和先导孔的钻孔直径均为Ф75mm。孔口段（孔口管埋设段）钻孔为Ф91mm。

钻孔过程中做好班报记录。灌浆试验孔及检查孔均采取岩芯，并拍照、描绘处理。

成孔质量按照帷幕灌浆孔的设计要求进行控制，孔位偏差不大于10cm，孔深符合设计规定。各钻孔孔底偏差均符合DL/T 5148-2012灌浆规范中的有关孔底偏差规定。

（2）孔口管的埋设

上部孔段在灌浆（采用栓塞法）结束后，埋设孔口管并待凝24h以上。埋设深度为深入基岩内至少2.0m，并对方位、顶角进行了校核，下游排钻孔为直孔顶角为0°，上游排钻孔为斜孔，钻孔顶角坝体部为5°、左右两岸廊道上游排为5.06°，垂直于坝轴线向上游方向倾斜，钻孔取芯及岩芯岩性见先导孔。按照规范要求，坝基帷幕灌浆采用自上而下进行分段灌浆。

3.3 钻孔冲洗

为保证裂隙通畅，钻孔本段钻进完毕以后均采用有压冲洗，冲洗在本孔段钻进结束后进行，采用压力水进行冲洗至回清水10分钟后结束。

3.4 压水试验

钻孔压水试验采用试验器栓塞隔离试段，进行单点法和五点法（监理要求在中间各取两段）相结合压水试验。

3.5灌浆

3.5.1灌浆方式

采用孔口栓塞法，孔内循环、自上而下分段灌浆，根据孔内地层情况，裂隙部位、透水量大的部位等可选用纯压式方法.

3.5.2钻孔分序

分为三序，其中每排先导孔在每孔段灌浆前进行单点法压水试验，其余后序孔均只做简易压水，孔序高差要求為15m。

3.5.3孔内分段

进入基岩内第一段2m，第二段3m，第三段以后一般6m，特殊情况（大量涌水、大量漏水等情况）可适当缩短段长试验，最后一段可不大于8m，根据终止孔段应满足透水率不大于3Lu的要求，否则应继续加深试验，直至达到透水率不大于3Lu以下5米。

3.6灌浆设备

钻灌孔施工采用XY-2型钻机，该型钻孔在全国水利等行业受到普遍地使用。

灌浆泵采用3SNS黑旋风泵。该泵能充分保证灌浆、压水时压力和流量的需要。

孔口封闭器采用自行研制的孔口封闭器，该封闭器具有良好性能：灌浆过程中灌浆管可连续转动和升降，对浆液密封性好，从而有效避免了浆管被凝固等现象发生。

灌浆、压水记录使用FEC-GJ3000型自动记录仪，该仪器在小浪底等工程中得到了广泛应用。

3.7灌浆材料与浆液制备

3.7.1灌浆材料

灌浆用水泥材料采用四川峨胜水泥集团股份有限公司生产的峨胜牌P.042.5R号普通硅酸盐水泥，材质经检验合格。为保证拌制浆液的质量，严禁使用受潮结块的水泥。

3.7.2浆液制备

制浆过程中，制浆站配制的水灰比为0.5：1的纯水泥浓浆；灌浆现场根据灌浆需要，对制浆站配制的浆液，定量加水及必要的其它材料进行拌和，配制所需浓度的浆液，配制的浆液分5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5：1等7个浓度级别。

3.8灌浆压力

第一段采用的灌浆压力为：（先导孔）第Ⅰ序孔为1.3MPa，第Ⅱ序孔为1.5MPa，第Ⅲ序孔为1.8 MPa。第一段以下的各段，以第一段为基础，自第一段段顶位置起算，每增加1m孔深，压力增加0.042-0.046MPa，但最大压力以2.4～3.0MPa为限，灌浆压力均指孔口回浆管压力.

灌浆时根据实际灌浆情况：涌水量、涌水压力、单位耗浆量等，在征得现场监理工程师同意后，随时调整灌浆压力，以确保灌浆质量。按照设计提供的灌浆压力计算公式，计算所得灌浆压力对地层产生的抬动都在设计范围之内，可以采用。

为保证帷幕灌浆效果，开灌水灰比为5：1，由于0.6：1的水泥浆液与0.5：1的水泥浆液性能基本相似，类似灌浆工程中，很少同时采用0.6：1和0.5：1的水泥浆液。故建议坝基灌浆采用如下：5：1，3：1，2：1，1：1，0.8：1，0.5：1六个比级的水泥浆，由于在钻进和灌浆过程中出现掉钻和岩石分层并且在同一层面上相互贯通，我部采取的堵漏特殊处理方案也是可行的。

检查孔在两个单元的A19号孔旁边与A39号孔旁边在上下游排中间各布1个，分别为N1W-2-J1与N1W-2-J1孔径Ф76mm，孔深以不大于灌浆孔深为准，都是在序孔结束7天后进行开孔试验的。采用金刚石回转取芯钻进，岩芯按要求保存，并进行相应描述，岩芯采取率一般应在85%以上。压水检查采用单点法压水。

4、成果分析

灌浆试验工作结束后，根据先导孔和检查孔的钻孔、灌浆、压水检查等资料的汇总，按照DL/T 5148-2012灌浆技术规范中灌浆成果分析的要求，对本次灌浆试验的灌浆效果进行了如下分析。

4.1压水试验透水率分析

各段次的透水率值及频率分布见下表。

从其透水率值的分布来看，岩体大的裂隙主要分布在60米以上比较集中，岩体整体的透水性较强。

（1）从成果一览表上的两个先导孔的透水率看，A19孔和A39号孔的透水性都比较强，且两孔在同深度位置处，透水率值都比较大；说明岩性的透水性变化比较规则，大的渗漏点都在同一个裂隙上，而本次排距的布置可以有效避免漏灌区域的发生，使帷幕体的形成做到完整性。

（2）从总体的透水率看，位于微弱--较弱透水性的分布区间内的孔段数占18.9%；其余透水率值较大的孔段中，对防渗的要求影响非常大，可能会因为裂隙过大孔距满足不了帷幕体的要求，两岸达不到帷幕线的闭合，透水性较强的部位主要位于0.7～60m孔深范围内，与设计图纸中的地质勘探资料不相符合。

4.2单位注灰量分析

各孔段的注灰量与压水试验的成果是一致的；60米以上孔段的注灰量较大，60米以下孔段注灰量相对较小这充分的说明了岩体的完整性较差。

从各孔段的单位注灰量看，（1） 微弱—弱透水率值的孔段对应的单位注灰量均分布于100～500kg/m区间内，说明这些孔段部位岩体完整性比较差，根据已开挖的大坝坝基岩体来看岩体都是分阶层并且空隙较大，这也从侧面印证了本次压水成果的可信度和准确度；（2） 较强—强透水率值的孔段对应的单位注灰量均大于1000kg/m区间内。说明通过本次灌浆施工，每一处透水性强的孔段部位，均得到了很好的灌注，从而充分的保证了岩体防渗帷幕得以逐渐形成。

4.3检查孔效果检查分析

4.3.1检查孔压水试验

本次检查孔完成单点法压水试验33段、五点法压水2段，透水率最大值4.57Lu，大于1.0Lu的占18段，合格率为48.6%，满足不了工程≤1Lu的防渗要求。各孔段的透水率值见成果一览表。并按<1、1～2、2～3、3～10、10～100、≥100的频率区间。

5、成果结论

从上述灌浆试验的布置、施工、灌浆效果检查、灌浆成果分析等的综合评价来看，本次灌浆试验可得出如下结论：

⑴、岩体情况自孔口至60米以内相对比较破碎，分阶层向下游渗漏，这是大坝最大的渗漏隐患，60米以外相对比较完整；

⑵、所采用的孔口封闭、孔内循环、自上而下分段的灌浆方法是可行的；

⑶、所采用的多水灰比级、纯水泥浆液进行灌注是可行的；

⑷、设计的灌浆孔排距（0.55m）、孔深找到小于3LU帷幕线等布孔参数是可行的；

⑸、试验中采用的各孔段设计灌浆压力值是合理的，对各项灌浆控制措施是可行的。

⑹、所采用的渗漏特殊处理方案是可行的。

6、结束语

水利水电工程帷幕灌浆是行业中涉及面最广、问题最复杂的一个施工过程，帷幕灌浆不仅直接关系到水利枢纽工程功能的正常发挥，而且对于工程投资也会产生重大的影响。同时也是水利工程安全的重要保障，是保证工程永久利益的必须条件。由于帷幕灌浆引起的工程事故时有发生，轻则修改设计延误工期，严重时造成工程失事，给人民生命财产带来重大损失。而帷幕灌浆试验是否具有指导性，是水利水电工程帷幕灌浆成败的关键。本文通过对永定桥水库帷幕灌浆试验施工过程的阐述及分析，不仅来永定桥水库大坝枢纽的帷幕灌浆提供的施工依据，而且为此类白云岩、灰质石灰岩质的坝基帷幕灌浆施工提供了参考。具有较强的现实指导意义。

参考文献：

[1]王连生，水利水电工程地质[M].武汉：武汉大学出版社，2008：13-15.

[2]董凡卿，工程地质问题研究[J].2007，36（11）：43-44.

[3] 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94

作者简介：高红星，中国水利水电第四工程局.