浅论白鹤滩水电站二道坝固结灌浆试验
2021-11-01曾晓洲申银海
曾晓洲 申银海 亢 亮
四川二滩国际工程咨询有限责任公司 四川 成都 610000
1 工程概况
白鹤滩水电站二道坝采用重力式混凝土坝，坝顶高程606.0m，最大坝高65.0m，坝顶宽度8.0m。二道坝上游坡比1:0.6，下游坡比1:0.8。二道坝内设灌浆、排水廊道，并与水垫塘排水廊道相通。二道坝全坝基进行固结灌浆处理，灌浆孔间排距为3.0m×3.0m，入岩孔深为5.0m和7.0m，梅花型布置，采用无盖重固结灌浆。
2 工程地质条件
二道坝坝基部位主要由P2β31层、P2β32层隐晶质玄武岩、角砾熔岩、柱状节理玄武岩和杏仁状玄武岩组成。
左岸F17断层从上游坡脚斜切河床坝基，断层产状N30°～40°E，NW∠70～80°，断层带宽度约1.50m，主要为构造角砾岩，近地表风化强烈。主要发育层内错动带为LS321，产状N40°E，SE∠15～20°，厚度2cm～10cm，波状起伏，主要以角砾化构造岩为主，顶、底部断续泥质。右岸边坡发育NW断层F18、F20等。
3 工程设计指标
二道坝固结灌浆质量控制标准以岩体波速为主，结合钻孔压水试验、灌浆前后物探成果、灌浆施工资料以及钻孔取芯资料等综合评定其质量。设计质量控制标准：
（1）单孔平均岩体波速不小于4600m/s，单孔测点岩体波速小于4000m/s的不超过10%，且不集中。
（2）灌后质量检查孔85%以上压水试验段透水率不大于3Lu，其余试段透水率不大于4.5Lu，且不集中，压水试验采用单点法。
4 固结灌浆试验
4.1 固结灌浆试验目的
试验目的：为摸索适合二道坝地质条件下合理的固结灌浆参数和有效的施工工艺，在满足质量要求的同时能加快施工进度，确保总进度目标的实现。
4.2 固结灌浆试验区及工程量
试验位置：二道坝河床4#坝段进行固结灌浆试验。本次固结灌浆共163孔，482.0m。
4.3 固结灌浆试验方法
本次固结灌浆试验采用循环式灌浆施工方法。
5 固结灌浆施工工艺
5.1 钻孔施工
（1）试验区布置抬动观测孔1个，孔深为8m，孔径Ф91mm。灌浆、压水过程中均进行抬动变形监测并记录，基岩抬动允许值要求不大于200μm；
（2）灌前物探测试孔布置总孔数5%，地质钻机钻孔，孔径Ф91mm；（3）固结灌浆孔采用100B潜孔钻钻孔，孔径Ф76mm；（4）灌后检查孔按总孔数5%布置，地质钻机钻孔，孔径为Ф91mm。
5.2 压水实验
灌前物探测试孔、灌后质量检查孔均进行“单点法”压水试验。灌浆孔进行“简易压水”试验[1]，时间为30min，压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa。
5.3 灌浆工艺控制
5.3.1 灌浆设计
固结灌浆孔间排距3.0m×3.0m，垂直于建基面，深入基岩5m或7m。设计防渗标准为透水率q≤3Lu。
灌前测试孔、灌后质量检查孔孔径Ф76mm，其余固结灌浆孔径Ф56mm，钻孔垂直于建基面，深入建基面以下5m、7m。
试验区固结灌浆压力与段长详见表1。
表1 固结灌浆压力
为控制基岩抬动变形，注入率和压力的关系按表2进行控制。
表2 注入率和压力关系参考表
5.3.2 灌浆浆液及浆液变换
（1）固结灌浆均采用普通硅酸盐水泥浆液灌注，其强度等级不低于42.5MPa。水泥浆液的水灰比采用3、2、1、0.8、0.5五级，采用最稀水灰比开灌。
（2）灌浆浆液由稀到浓逐级变换，其变换遵循如下原则：
1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；
2）当某级浆液注入量已达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，换浓一级浆液灌注；
3）当注入率大于30L/min时，根据具体情况，可越级变浓；
4）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，采取相应的措施进行处理。
5.3.3 灌浆结束标准及封孔
（1）灌浆结束标准：在设计压力下，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min，灌浆结束；
（2）当长期达不到结束标准时，上报监理工程师共同研究处理措施；
（3）全孔灌浆结束后，采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔，封孔水灰比采用0.5:1，封孔灌浆压力为灌浆孔的最大压力且不大于1MPa，封孔时间不少于30min；
（4）已进行封孔的灌浆孔，待水泥浆液凝固后，清除孔内污水、浮浆，采用预缩砂浆封填密实[2]。
5.3.4 特殊情况处理
（1）对冒浆、漏浆采用表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法处理；
（2）发现串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，采用一泵一孔同时进行灌浆。否则，塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，对串浆孔进行扫孔，冲洗，然后继续钻进或灌浆；
（3）灌浆因故中断，应尽快恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效则扫孔复灌。恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆灌注。若注入率与中断前相近，采用中断前的比级水泥浆灌注：若注入率较中断前减少较多，则逐级加浓浆继续灌注：如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，则采取补救措施；
（4）有涌水的灌浆孔段，选用纯压式灌浆、提高灌浆压力、浓浆、闭浆、待凝等措施处理；
（5）注入量大而难以结束时，可选用下列措施处理：
①降低灌浆压力，待浆液流动性降低后，逐渐升高压力，按正常灌浆进行；
②控制进浆量在15～25L/min之间，使用浓浆灌注，待进浆量明显减小后升高压力进行正常灌浆；
③灌注速凝浆液。
（6）灌浆孔段遇特殊情况时，无论采用何种措施进行处理，其复灌前均应进行扫孔，复灌后应达到规定的结束条件。
6 灌浆成果分析
6.1 灌前测试成果分析
本次试验共布置6个灌前测试孔，孔深为5.0m。灌前平均透水率为65.02Lu。灌前岩体波速检测平均值为4372m/s。
6.2 灌浆成果分析
（1）压水成果
本次压水试验统计详见表3。
表3 压水试验区间频率统计表
从上表可看出，试验区各次序岩体透水率随次序的增加而递减的规律明显。岩体的平均透水率灌后比灌前降低了65%；Ⅱ序孔比Ⅰ序孔递减了77.3%。表明随着灌浆次序的增加，岩体的渗透条件也随之逐步改善，防渗效果明显
（2）灌浆成果
本次灌浆成果统计详见表4。
表4 灌浆成果综合统计表
从上表可以看出，单位注灰量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔递减了64.44%，错动带加密孔比Ⅱ序孔递减了21.52%，试验区各次序孔的单位注灰量均遵循逐序递减的规律，说明随着灌浆次序的增进，岩体裂隙逐渐被浆液充填密实。
6.3 灌后效果检查及评价
6.3.1 灌后压水检查
本次灌浆试验检测采用了钻孔取芯、压水试验及岩体波速等综合检测手段。
本次试验区共布置了5个检查孔，压水试验结果详见表5。
表5 检查孔压水试验成果表
灌后压水试验段透水率均不大于3Lu，检查结果满足设计要求。
6.3.2 灌后岩体波速测试
所有检查孔均进行了岩体波速检测，检查结果见表6。
表6 灌后检查孔岩体波速统计表
检查孔平均波速均大于4600m/s，岩体波速无小于4000m/s以下的测点，检查结果满足设计要求。
7 结束语
通过对本次固结灌浆试验成果进行分析，可以得出如下结论
（1）本次试验所采用的施工工艺及初步设计施工参数（段长、压力、灌浆深度）在本工程地质条件下是适宜的，能够满足设计固结要求；
（2）强度为42.5MPa的普通硅酸盐水泥及浆液配比能够适应本类地层固结灌浆要求；
（3）间排距为3m的布孔型式满足设计要求[3]；
（4）特殊情况采取的处理措施是适宜的。
