重庆蹇家湾水电站坝基岩体固结灌浆效果分析

邓 勇

(重庆市电力公司，重庆市 400014)

1 工程概况

重庆蹇家湾水电站工程位于重庆市城口县汉江支流——任河上游河段，坝址及厂房均位于重庆市城口县龙田乡境内，坝址上游距城口县城约11 km，距下游在建的巴山水电站坝址约25 km，工程区有城口县至巴山镇的公路通过，交通较为便利。

蹇家湾水电站为单一发电工程，水库为日调节，正常蓄水位高程716 m，电站总装机容量2×13 MW。根据《防洪标准》GB50201—94，蹇家湾水电站属Ⅳ等小(1)型工程。蹇家湾水电站工程由拦河坝、引水系统及地面厂房枢纽组成，主要建筑物为4级建筑物。

拦河坝由挡、泄水建筑物和取水建筑物组成，挡、泄水建筑物包括碾压混凝土重力坝、溢流闸孔。大坝基础高程为669 m，坝顶高程719.5 m，最大坝高50.5 m，坝顶长96 m，正常水位高程716 m，水库总库容893万m3。

区内地层为元古界震旦系、古生界寒武系至中生界第四系。岩性以碎屑岩为主，间夹碳酸盐类岩石。第四系为松散堆积层，主要分布沟谷及山坡，厚度一般小于20 m。由于坝基岩体较为破碎，承载力和抗渗性能均较差，不能满足规范对坝基岩体承载力和抗渗性能的要求，为提高挡水建筑物基础的承载能力，设计要求对拦河坝基础进行固结灌浆处理，固结灌浆孔按梅花形布置，孔深均为5 m，共57个。施工中分Ⅰ、Ⅱ序进行，灌浆区分为A、B两区。

2 灌浆施工及质量控制

2.1 钻孔与冲洗

蹇家湾水电站工程固结灌浆采用机械钻孔，灌浆孔和检查孔孔径均为76 mm，孔深5 m。钻孔遵循分序加密的原则进行。鉴于钻孔的质量对灌浆效果的影响很大，首先要确保孔深、孔向以及孔位符合设计要求;其次要力求孔径上下均一、孔壁平顺，以保证灌浆塞能够卡牢，灌浆时不至于返浆;此外，还要求对钻进过程中产生的岩粉细屑要少，尽量避免因岩屑过多堵塞灌浆孔壁的缝隙而影响灌浆质量。

钻孔结束后应进行冲洗，一是将残存在钻孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁屑等冲洗下来，二是冲洗掉岩层裂隙中的填充物以便为浆液腾出空间使浆液结石与基岩胶结成整体。该工程采用灌浆泵将水压入孔内的循环管路进行冲洗。钻孔冲洗时，将钻杆下到孔底，从钻杆通入压力水进行冲洗。冲洗时流量要大，要使孔内回水的流速足以将残留在孔内的岩粉、铁末冲出孔外，冲孔一定要到回水澄清5～10 min后结束。

2.2 灌浆施工

固结灌浆的浆液均采用3∶1;封口采用0.53∶1。灌浆压力是控制灌浆质量、提高灌浆效益的重要因素，按照不破坏基础和坝体的前提下尽可能提高灌浆压力的原则进行确定。因为灌浆压力的提高可以使浆液更好的压入空隙、增大浆液扩散半径，提高灌浆的密实度。结合该工程地质条件，经综合考虑并参照类似工程，最终确定该灌浆压力为0.5 MPa。灌浆压力以回浆管压力表平均读数为准。

灌浆结束的条件采用两个指标进行控制:一是残余吸浆量;另一个是闭浆时间，即在吸浆量不变的情况下保持设计规定压力的延续时间。结合该工程的实际情况，最终确定的灌浆结束条件为:在设计压力下，灌浆段吸浆量不大于0.4 L/min后持续30 min灌浆结束。

灌浆结束后，必须做好封孔工作。封口前，将孔内稀浆排除干净后，用0.53∶1的浓浆采用固结灌浆设计的最大允许压力机械封孔堵实。

2.3 灌浆效果检测

在冲洗完成后、灌浆施工前进行压水试验，用以测定地层的渗透特性，为灌浆提供基本的技术资料。试验时，在0.4 MPa压力下，每隔5 min记录一次流量读数，直到流量稳定30～60 min后，按以下公式计算透水率:

式中 q为透水率，单位:Lu;Q为单位时间内试验段的注水总量，单位:L/min;P为作用于试验段内的全压力，单位:MPa;L为压水试验段的长度，单位:m。

由于混凝土盖比较薄，故灌浆施工中对岩层进行了抬动监测，在冲洗、压水试验和灌浆的全过程中观测记录岩层的抬动值。由于所有操作均按施工要求进行，故抬动值均为0。

在固结灌浆施工中，监理工程师严格依据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》以及设计院的《灌浆施工技术要求》等规定对浆液灌注、封孔、检查孔压水试验等工序进行质量控制和检查，并对控制灌浆作业进行了全过程监控，故效果较为满意。由于基岩灌浆属于隐蔽工程，故必须加强灌浆质量的控制和检查。为此，首先要做好原始记录;其次，要在灌浆结束以后进行专门的质量检查并做出科学合理的质量评定。

灌浆质量检查采用压水试验的方法，检查在灌浆结束至少3 d后进行。该工程根据检查孔数不少于灌浆孔总数5%的规定布设了3个灌浆孔。参照类似工程，该工程质量采用双指标控制，即以灌浆后压水试验的透水率q值为主要控制指标，以平均单位耗灰量作为第二控制指标。若q值满足设计要求，则检查平均单位耗灰量是否小于设计控制标准，如果两项指标均满足要求则认为合格。

3 灌浆成果及分析

3.1 压水试验成果分析

为了评价坝基岩体固结灌浆的实施效果，采用压水试验对固结灌浆岩体的抗渗性能进行了检测。固结灌浆压水试验成果见表1、2。

表1 拦河坝A区固结灌浆压水试验成果表

表2 拦河坝B区固结灌浆压水试验成果表

从表1和表2中可以看出，A区和B区通过Ⅰ序孔的灌浆施工后，Ⅱ序孔的平均透水率分别由Ⅰ序孔的6.83 Lu和5.21 Lu减少到4.4 Lu和1.9 Lu。说明经Ⅰ序孔的灌浆后对坝基岩体的抗渗性能在一定程度提高的基础上再进行Ⅱ序孔的灌浆，对坝基岩体的抗渗性能有大幅度的提高。

根据Ⅰ、Ⅱ序灌浆孔固结灌浆前压水试验的成果，做出了Ⅰ、Ⅱ灌浆序孔的透水率累积频率曲线，如图1所示。从图1中可以很明显的发现:在Ⅰ序孔灌前透水率主要集中在5～10 Lu与超过设计要求的5 Lu，而通过Ⅰ序孔的灌浆施工后，Ⅱ序孔的灌前透水率主要为1～4 Lu。说明Ⅰ序孔灌浆效果使透水率减小至3～4 Lu，灌浆效果明显。

为检查灌浆质量该工程共布设了3个灌浆检查孔进行压水试验。.压水试验成果显示，透水率为0.8 ～1.5 Lu，均小于设计的要求 5 Lu，合格率为100%。3个坝基岩体灌浆效果检查孔的压水试验成果如表3所示:

表3 固结灌浆检查孔压水试验成果

图1 坝基岩体灌浆效果压水试验成果图

3.2 单位注入量分析

固结灌浆分两序施工，拦河坝A区和B区各序灌浆的单位注入量如表4、5所示。

根据表4和表5的灌浆单位注入量成果可以看出:A区和B区通过Ⅰ序孔的灌浆后，Ⅱ序孔的平均单位注入量分别由8.35和9.54减少到了6.8和5.77，说明Ⅰ序孔灌浆效果较明显。灌浆过程各序的单位注入量如图2所示。

表4 拦河坝A区固结灌浆单位注入量表

表5 拦河坝B区固结灌浆单位注入量表

图2 灌浆单位注入量成果图

根据Ⅰ、Ⅱ序灌浆孔灌浆量的实际施工情况以及原始数据做出Ⅰ、Ⅱ序孔单位注浆量分析图。从图2中可以发现:Ⅰ序孔的单位注浆量集中在5～11 kg/m，通过Ⅰ序孔的施工后Ⅱ序孔的单位注浆量主要集中在5～7 kg/m，减少量集中在3～4 kg/m，即单位注浆量随孔序增加而减少，灌浆效果明显。坝基岩体固结灌浆过程中，Ⅰ序孔的单位注入量相对较大，这是由于灌浆初期岩体较为破碎，节理裂隙发育，持浆量较大，但随着灌浆的不断进行，节理裂隙部分得到充填闭合，在进行Ⅱ序孔灌浆时，单位注浆量比Ⅰ序孔有明显的减小，说明Ⅰ序孔的灌浆质量较好。经过Ⅱ序孔的灌浆处理，坝基岩体质量得到了明显的改善。

4 结论

蹇家湾水电站拦河坝固结灌浆施工严格按照规程、规范和施工技术要求进行，施工过程中实施了全面的质量管理和施工单位自检、质安部门复检以及监理工程师抽检，从而保证了该工程的高标准、高质量施工。

经对施工工艺检查结果、检查孔压水试验成果和灌浆效果三方面成果综合进行分析得知，蹇家湾水电站坝基岩体固结灌浆工程质量满足设计要求。

[1]钟登华，袁光裕，胡志根.水利工程施工——第5版[M].北京:中国水利水电出版社，2009.

[2]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范，DL/T5148－2001[S].