坝基风化囊处理技术及分析

牛浩君，赵均法

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 丹东 118216）

1 概 况

某水电站为EPC工程，位于非洲中部，属径流、低坝有压引水式电站，以发电为主，属Ⅲ等中型工程，电站装机容量120 MW，装机4台，单机容量30 MW。

电站首部枢纽拦河坝由河床段折线型混凝土重力坝和左右岸均质粘土心墙土石坝组成。拦河坝全长383.0 m，最大坝高26.0 m，坝顶高程586.0 m，溢流偃顶工程577.0 m。14号坝段位于右岸河床为溢流重力坝。

拦河坝分二期施工，一期右岸导流，左岸施工1～10号坝段；二期冲砂闸导流，施工右岸11～16号坝段。

坝基坐落在强～弱风化岩石基础上，强～弱风化岩体较破碎，节理间距一般为0.3～0.8 m，属碎裂结构，一般破碎岩体垂直厚度为5～15 m，局部垂直厚度达37 m，岩体质量指标RQD值一般小于50，坝基岩体为Ⅲ(AⅢ2)类。

坝基岩体透水性较强，中等～强透水层厚度较大，一般为20～30 m，中部最深达58 m，局部透水率多在0.9 L/（min·m·m）左右。

2 溢流重力坝14号坝段坝基风化囊处理

由于电站概念设计阶段的地质物探资料采用国外某公司的成果，电站施工合同签订以后，设计院对电站进行了补充勘探工作，对国外某公司的地勘成果进行了验证，虽然对拦河坝坝基安排布置了探孔作业，也探明了14号坝段存在风化囊带，但未进行加密探孔作业，在基坑开挖阶段，未发现坝基深层的风化囊带。

14号坝段清基后进行了基础混凝土浇筑，在对14号坝基混凝土浇筑3 m厚盖重后进行固结灌浆钻孔时，发现14号坝段距离坝基下部2 m基岩下部存在风化囊，通过钻孔判断存在厚度为0.5～5.0 m、面积约50 m2的风化囊带，风化囊物质为风化砂。

判明坝基存在风化囊后，施工方工程技术人员高度重视，召集由设计院专家参加的课题组，在不破坏已浇筑混凝土前提下对风化囊处理方案进行了深入细致的研究，通过钻孔勘探等手段，判明了风化囊的深度和范围，初步拟定了高压风吹沙将风化囊内的天然沙吹出，然后回填细石混凝土；通过加密孔对风化囊范围内的基础进行固结灌浆、帷幕灌浆等手段，确保了风化囊的处理质量。

2.1 高压风水排沙

根据吹排原理，在已浇筑完成混凝土表面，采用回转地质钻机对14号坝段风化囊处进行钻孔，孔径φ90 mm，孔距1.5 m，将带有可控制风水压力阀门的φ50.0 mm的吹沙导管插入到其中的一个钻孔中，利用吹孔附近的排沙孔循环反复向外排沙。经过多次改进吹沙导管，风化囊内大部分的风化沙被成功吹排出。

2.2 人工清理

对未能吹排出的部分风化砂，采取导洞开挖人工挖除的办法。利用15号坝基断层破碎带清理回填后形成的低于14号坝基面2.0 m高差，在14号坝段紧邻15号坝段的侧面开通一个向14号坝基底部风化囊通道，利用已浇筑混凝土整体结构稳定性和底部尚存完整岩石的支撑作用，采用人工清除余下部分的风化砂，并用0.2 MPa的加压风水枪对岩面及角落进行彻底地清洗干净，满足验收条件和具备混凝土浇筑条件。

2.3 混凝土回填

风化囊仓面清理验收合格后，分4个仓号，采用C25一级配泵送混凝土从风化囊洞由里向外依次进行回填，共回填混凝土114.6 m3。

2.4 灌浆处理

2.4.1 固结灌浆

风化囊混凝土回填龄期达到7 d后，为保证14号坝段基础处理的质量，对13a和14号坝段进行加密固结灌浆处理。钻孔采用100B潜孔冲击钻钻孔。

表1 14号坝段固结灌浆成果综合统计表

14号坝基固结灌浆孔间排距由原设计的3.0 m改为2.5 m，梅花型布置，灌浆按排间分序、排内加密分2序施工，灌浆段长度入岩8.0 m，采用孔口封闭全孔一段一次循环式灌浆，浆液水灰比：3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1（重量比）6个比级，开灌比3∶1，灌浆压力0.2～0.7 MPa。当在设计压力下，注入率小于0.4 L/min，持续注浆30 min即结束灌浆。

整个灌浆过程中使用全自动记录仪监测记录、灌浆过程，同时增加抬动监测。

2.4.1.1 固结灌浆成果分析

14号坝段固结灌浆成果综合统计列于表1，从表1中可以看出，Ⅱ序孔平均耗灰量为Ⅰ序孔平均耗灰量的30.6%，递减明显，随着灌浆次序的增加，大耗灰量逐渐减少，小耗灰量逐渐增大，符合灌浆规律且灌浆效果明显。

2.4.1.2 检查孔压水试验成果分析

固结灌浆结束3 d后，检查孔数量按照灌浆孔总数的5%控制，布置3个检查孔，采用单点法压水试验进行检查，总段数为3段，透水率0.017 5～0.025 8 L/（min·m·m），平均透水率0.021 5 L/（min·m·m）,均小于设计标准0.05 L/（min·m·m），合格率100.0%，满足设计要求。检查孔压水检查成果统计表见表2。

表2 14号坝段固结灌浆检查孔压水检查成果统计表

2.4.1.3 抬动观测成果分析

为了解灌浆过程中压力增大对基岩面及混凝土盖重的抬动影响，在固结灌浆同时，增设表面抬动观测，采用千分表进行观测，观测结果表明，整个固结灌浆期间，均未发生抬动现象，说明灌浆压力参数设计合理，灌浆过程符合设计要求。抬动观测检查表见表3。

2.4.2 帷幕灌浆

吉布洛电站大坝河床段混凝土重力坝沿坝下0+1.00设纵向单排间距2.0 m帷幕灌浆孔。14号坝段长14.0 m，共设7个帷幕灌浆孔。帷幕灌浆在相临部位的固结灌浆结束后开始施工，钻孔采用用100B潜孔冲击钻钻孔。为避免减少帷幕灌浆对混凝土浇筑的影响，待溢流面混凝土浇筑完成后在溢流面搭设施工平台进行帷幕灌浆。为保证帷幕灌浆钻孔孔向，在施工过程中每段都进行孔斜测量、记录，发现偏斜过大立即纠偏。

表3 14号坝段抬动观测检查表

帷幕灌浆单排孔分3序施工，每孔按3段进行，采用口封闭孔内循环方式，射浆管距孔底不大于50 cm。第一段段长为2 m，第二段5 m，第三段8 m。单孔灌浆程序自上向下每钻一段灌一段直至完成。

浆液水灰比：3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1（重量比）等6个比级，灌浆压力0.3～1.0 MPa。

灌浆过程中使用自动记录仪监测记录、灌浆过程。注浆量大的孔，满足变浆标准即进行变浆，节省材料。注入率大的孔，控制注入率不大于30 L/min，既保证了灌浆质量，又避免了浪费注浆材料。吸浆量不大的孔，灌浆开始后就升压至设计压力。当在设计压力下，注入率小于0.4 L/min，持续注浆30 min即结束灌浆。

2.4.2.1 帷幕灌浆成果分析

从表4（14号坝段帷幕灌浆成果综合分析统计表）中可以看出，7个帷幕孔总耗灰量2 144.0 kg，平均单位耗灰量20 kg/m，Ⅰ序孔单位耗灰量为35 kg/m，Ⅱ序孔单位耗灰量为17 kg/m，Ⅲ序孔单位耗灰量为14 kg/m，随孔序递减较明显，符合灌浆一般规律。

2.4.2.2 检查孔压水试验成果分析

帷幕灌浆结束14 d后进行质量检查，检查孔数量按照总灌浆孔数的7%控制，布置一个帷幕灌浆检查孔。采用回转式地质钻机进行钻孔取芯。由于钻孔取芯方法不适，致使岩石间的灰浆冲洗、磨损，无法直观检查灌浆质量，因此该工程的帷幕灌浆质量检查只采用五点法压水分段进行检查。

表4 14号坝段帷幕灌浆成果综合统计表

压水检查分段进行，平均透水率0.042 8 L/（min·m·m），小于合格标准0.05 L/（min·m·m）。说明帷幕灌浆压水检查合格。压水检查试验成果见表5。

表5 14号坝段帷幕灌浆检查孔压水试验成果表

2.5 渗压监测

2.5.1 渗压计布置

为保证大坝施工期及运行期安全，设计在14号坝段0+212.50横断面布设4支BGK-0.5 MPa的振弦式渗压计，监测坝基渗透压力。渗压计埋设在14号坝段固结灌浆灌浆结束后开始埋设，埋设后即开始正常读数。

2.5.2 14号坝段渗压分析

从图1、图2和表6中可以看出，14号溢流坝段渗压计P1-24～P1-27渗压计在帷幕灌浆完成右岸围堰拆除、大坝右岸开始挡水后渗压水位变化过程线与库区蓄水和放水相关性一致，符合渗压计变化规律。渗压计变化沿横向断面呈递减变化明显，渗压系数0.85～0.18，消减水头11.70%～62.21%，说明灌浆效果明显。坝下0+25.5处P1-27测值高于坝下0+9.0处P1-26测值，主要是受尾水位影响造成的。

表6 2012年12月2日14号坝段0+212.50断面渗压计渗压系数及消减水头统计表

3 结语

图1 14号溢流坝段渗压计P1-24～P1-27渗压水位变化曲线图

图2 14号溢流坝段渗压计坡降变化过程线

1）14号坝基风化囊带通过黄河勘察设计院专家的现场指导，有效地解决了风化囊的地质隐患，保证了工程质量和大坝的运行安全。

2）通过灌浆成果及压水检查结果分析表明，固结灌浆和帷幕灌浆质量满足要求，效果明显。

3）抬动变形观测结果表明，设计灌浆压力合理，为有效控制灌浆压力起到了关键作用。

4）通过坝基渗压计数据分析表明，14号坝段在大坝开始挡水和运行期间，仪器变化随库区水位变化而变化，并沿横向断面呈递减变化，渗压系数0.85～0.18，消减水头11.70%～62.21%，仪器符合变化规律，同时也进一步印证了灌浆效果明显，风化囊处理后满足设计要求。

5）作为国际EPC工程，在施工中除应严格控制施工质量外，在今后项目的地质勘察设计阶段还应做的更细致些，尽量避免发生类似的情况。