积石峡水电站孔口封闭灌浆法施工

阚兴中

（中国水利水电建设工程咨询北京公司，北京 100024）

1 工程概况

积石峡水电站位于青海省循化县境内的黄河干流上，是黄河上游规划的第5个大型梯级电站。右坝肩加强帷幕灌浆设计为单排帷幕，孔口高程1 857.04～1 862.35 m，孔底高程统一为1 779.00 m。共计116孔，分3序施工。

右坝肩的主要地层岩性为紫色砾岩夹薄层及条带状中细砂岩和紫红色中细砂岩夹砾岩，产状为NE13°SE∠13°，岩性软硬相间。岩坡为一顺向坡，陡倾裂隙平行岩坡发育，主要为NNW及NWW向两组裂隙组合。该部位断层不发育，但结构裂隙较为发育，裂隙一般宽0.1～0.5 cm，延伸十几米至数十米，均属硬性结构面。该部位软弱夹层发育较少，仅揭露2条夹层，平均厚度为10 cm，分布在1 815.00～1 830.00 m高程之间。相对不透水层埋藏略浅，为50～55 m。

右坝肩加强帷幕灌浆工程的特点是：大部分帷幕线位于右岸交通洞内，路面混凝土厚度仅为30 cm，路面混凝土下为石渣回填区，石渣厚度在30 cm到2.4 m之间。由于交通洞为上、下游交通要道，无法将路面混凝土及石渣清除后实施无盖重灌浆，只能在现有条件下采用孔口封闭灌浆法施工。

2 施工流程

（1）总体施工流程：测量放点→抬动孔施工→先导孔施工→I序孔施工→II序孔施工→检查孔施工→清面撤钻。

（2）单孔（灌浆孔和检查孔）施工流程：钻机就位→埋设地锚→钻孔第一段 →洗孔、（压水）→灌浆→镶嵌孔口管→钻孔第二段→洗孔、（压水）→灌浆→…→ 最后一段钻孔→洗孔、（压水）→灌浆封孔。

3 施工方法

（1）灌浆。在孔口安装孔口管，自上而下逐段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆。

（2）洗孔。钻孔各段进行孔壁冲洗和裂隙冲洗。孔壁采用大流量冲洗法，回水澄清后即进行裂隙冲洗。裂隙冲洗采用脉冲冲洗法，冲洗压力为灌浆压力的80%，若该值大于1 MPa时采用1 MPa。裂隙冲洗至回水澄清10 min后即结束。

（3）压水。①帷幕灌浆孔灌前压水采用单点法压水，压力为灌浆压力的80%，若该值大于1 MPa采用1 MPa。②帷幕灌浆检查孔采用五点法压水，压力分别为0.3、0.6、1.0、0.6 MPa和0.3 MPa。

（4） 浆液、 水与灰质量比。分为 5∶1、 3∶1、 2∶1、1∶1、 0.8∶1 和 0.5∶1 等 5 个比级。

（5）结束标准。在设计压力下，注入率小于1 L/min时继续灌注60～90 min即可结束。

（6）封孔。灌浆结束后，用0.5∶1的浓浆置换孔内稀浆，注浆管下至孔底，待孔口溢出浓浆后封闭孔口；用纯压式注浆法封孔，封孔压力为4.0 MPa。当注入量小于1 L/min时继续灌注60 min即可结束。24 h后用同样方法进行二次机械封孔；48 h后用人工砂浆封孔，砂浆配合比为水泥∶砂∶水＝1∶1∶0.5，同时，掺加水泥质量3%的膨胀剂。

（7）灌浆分段及灌浆压力。灌浆孔自上而下6个段长依次为1、2、3、4～5、5 m和5 m，相应灌浆压力依次为 0.2～0.5、 0.8、 1.0、 2.0～3.0、 3.0 MPa和3.0 MPa。

4 特殊情况处理措施

由于施工条件的特殊性，在灌浆过程中浅层串、冒、漏浆现象严重，且抬动频繁发生。其原因主要是浅层岩石垂直向节理、裂隙发育，上部孔段在低压下虽达到结束条件，但在后续孔段的高压下，裂隙反复张开，致使浆液顺裂隙串漏至石渣回填区，且不易被及时发现，无法进行封堵处理，致使灌浆量大且难于结束。针对上述情况，采取了以下措施：

（1）在帷幕线两侧各1 m增加深度9 m的低压帷幕灌浆孔，低压帷幕灌浆完成后再进行主帷幕孔的施工；同时，将孔口管加长至入岩8 m，将孔口管以下的第一段（即原第二段）灌浆压力由0.8 MPa减小至0.6 MPa。

（2）根据孔口封闭灌浆法和自上而下分段灌浆法的机理，将两种方法结合施工。即对采取（1）措施后仍未取得理想效果的孔段，根据灌浆记录，选择一岩石完整的孔段下入水压式灌浆塞，灌浆塞深度视处理效果而定。为避免发生绕塞返浆现象，此后后继孔段灌浆时灌浆塞均下在同一位置。

采用上述处理措施后，浅层串冒漏现象基本杜绝，所有孔段基本都能达到正常结束条件，且未发生绕塞返浆情况，施工效率大大提高。

5 质量控制标准

Ⅰ序孔平均单耗893.57 kg/m；Ⅱ序孔平均单耗673.19 kg/m；Ⅲ序孔平均单耗392.39 kg/m。检查孔压水均满足设计透水率不大于3 Lu的要求。

6 几点建议

（1）根据具体情况适当缩短灌浆结束阶段持续时间，以提高施工效率。DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》灌浆结束条件为 “在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1 L/min,继续灌注60～90 min方可结束灌浆”。本条文没有考虑孔段的浆液注入情况，缺乏针对性和差别性。在灌浆施工中，有许多孔段不吸浆（特别是II、III序孔），其灌浆结束阶段的持续时间完全可以缩短，甚至省略。

（2）灌浆结束阶段的主要目的是对已注入裂隙中的浆液实施压力泌水，加速凝结，与浆液在孔内是否循环无关。建议对于可能发生铸管事故的孔段，如深孔、高灌浆压力、注入率和注入量大、以浓浆结束的孔段，从灌浆进入结束阶段起，就上提灌浆管到孔口，或提离孔底一定高度，全孔或部分孔段改为纯压式灌浆，持续灌注直至结束。

（3）DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》6.7.1款规定： “孔口封闭灌浆法适用于高压水泥灌浆，小于3 MPa的灌浆工程可参照使用”。本款条文过于含糊，实际操作中各方认识无法统一，致使目前许多低压、浅孔固结灌浆也开始使用孔口封闭灌浆法。由于低压、浅孔固结灌浆段数较少，采用孔口封闭灌浆法后，每段均为全孔灌注，自第二段开始实际灌注段长均大于6 m，与规范中“段长大于6 m的孔宜分段灌注”的要求矛盾，对灌浆质量的影响尚无定论。建议规范中明确小于3 MPa的灌浆工程使用孔口封闭灌浆法的要求及条件。

（4）DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中的自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、孔口封闭灌浆法均为独立的施工方法，要求上多有不同。如在孔口封闭灌浆法、自上而下分段灌浆法的灌后待凝和结束条件方面，孔口封闭灌浆法要求为 “灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1 L/min后继续灌注60～90 min可结束灌浆”、“每段灌浆结束后可不待凝”；自上而下分段灌浆法要求为 “灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1 L/min后继续灌注60 min可结束灌浆”、 “各灌浆段灌浆结束后一般可不待凝，但在灌前涌水、灌后返浆或遇地质条件复杂情况，则宜待凝”。依据灌浆原理进行分析，在工程需要时，完全可以将孔口封闭灌浆法的上述要求移植到自上而下分段灌浆法上。因此，建议规范应在充分分析各施工方法机制、原理的基础上，加强各施工方法间的对比、分析，以做到取长补短、互为所用，这样可以为现场施工处理具体问题时提供更多选择，进一步提高灌浆施工的效率和经济性。

（5）灌浆全部为隐蔽工程，虽然可通过先导孔对地质情况进行预判、核对及补充，但由于先导孔数量较少且受芯样获取率的限制，仍无法准确判定底部地质条件，尤其是地质条件较差、灌浆异常情况较多时，此时几乎全部是根据表象估测底部地质情况采取处理措施。由于采取的处理措施针对性较差，往往要先后采取多种措施才能使灌浆正常结束，既造成了大量的浪费，又大大降低了施工效率。鉴于目前孔内摄像技术已较为成熟，且在国内灌浆工程中已有成功应用的先例，建议规范中增加使用孔内摄像技术的要求，以便施工中能及时掌握灌浆异常情况孔段的地质特征，采取有针对性的处理措施。

7 结 语

（1）孔口封闭灌浆法是我国独创的灌浆施工方法，产生于我国灌浆机具相对落后的历史背景和历史条件下。目前，我国灌浆机具性能取得了巨大的进步，在有条件采用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法实施高压灌浆的情况下，只有在对孔口封闭灌浆法有了系统、全面的认识，才能针对具体情况和具体问题，灵活选择合适的施工方法。

（2）DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》自2002年5月1日实施至今已近10年，灌浆规范中关于孔口封闭灌浆法施工环节的若干不合理、不完善的规定，应当在总结近10年孔口封闭灌浆法施工经验的基础上，结合科技的进步加以修改，取其他方法之所长，做到与时俱进，以有利于孔口封闭灌浆法的完善和提高。

（3）目前，国内研制出的气压式高压灌浆塞在三峡永久船闸工程中已得到了成功的应用，其灌浆压力可达7 MPa，只需3人操作，15 min左右即可完成下塞或起塞工序，每个灌浆塞可重复使用600多次。在此情况下，已能较易采用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法实施高压灌浆，孔口封闭灌浆法存在的缺陷、不适宜解决的特殊情况及问题可通过其他方法予以弥补、解决。因此，任何一个工程的灌浆施工不应仅局限于一种方法，而应提高其综合性。