论大河家水电站固结灌浆实验

张国瑞

（中国水利水电第四工程局有限公司,西宁 810007）

1 工程概况

1.1 工程概况

黄河大河家水电站位于青海省民和县官亭镇与甘肃省积石山县大河家镇交界的黄河干流河段上，是黄河龙羊峡—青铜峡河段水电开发规划中的第12个梯级电站，上游约5.8km是在建的积石峡水电站，下游约11km是已建的炳灵水电站库尾。大河家水电站工程属三等中型工程，主要开发任务是发电。本标段固结灌浆主要为厂房部位，共布置固结灌浆孔1000余个，本论文主要针对实验块（2#机A块）统计的相关数据。

1.2 工程地质

厂房部位基岩为第三系红层，总体岩层产状NE23°NW∠15～19°和NW330°SW∠18～19°。岩性为粘土质粉砂岩、砂岩、砂岩夹砾岩，呈砖红色，局部夹白色石膏膜，粘土质泥岩强度较低，允许承载力0.6～0.8MPa；基本无强风化，弱风化带厚7.5～9m，岩体透水率大多小于1Lu，属微透水。基础置于弱化岩体上，进行适当的补强处理后，承载力和变形可以满足设计要求，施工要注意基坑排水和对粘土质泥岩的开挖保护，以防建基面岩体遇水软化或失水崩解。

1.3 固结灌浆试验完成工程量

固结灌浆试验于2012年5月18日—2012年5月29日结束，历经12天，（7月16日完成实验块最后一个检查孔取芯）所完成工程量如表1。

表1

2 试验目的、内容及试验区范围

2.1 试验目的、内容

（1）灌浆前后采用测试岩体波速、钻孔取芯等方法检测固结灌浆的效果；

（2）推荐合适的灌浆材料配比和灌浆机具设备，选定活性掺料及外加剂的品种和掺量等；

（3）为设计、施工提供有关技术和工艺参数，如：孔距、排距、孔深、灌浆压力等；

（4）为岩体破碎带、层间溶隙等提出特殊的工艺和灌浆材料要求。

2.2 试验区范围

厂房标段固结灌浆试验选在2#机A块（桩号：坝轴线0+000.00～坝下0+010.50，坝左0+045.00～坝左0+068.0）为试验部位，对墙下基岩进行固结灌浆，该试验段盖重混凝土中预埋有钢管，管径φ110mm，混凝土厚2.00～2.07m。试验段共布置24个孔，间排距3m*3m，入岩8m。

3 试验依据

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL-T 5148-2001；

《黄河大河家水电站厂房土建及金属安装工程招标文件》技术文件；

黄河大河家水电站发电厂房工程固结灌浆图纸及技术要求；

4 施工布置和资源配置

（1）施工布置。施工用电从箱式变压器直接接出供12m3电动空压机用，钻机及灌浆泵等设备直接从工地配电盘接出使用。施工用风使用12m3电动空压机，布置在上游引渠齿槽处，采用 108mm钢管作为主风管铺设至施工作业面，在施工作业面接支管进入钻孔施工工作面。在施工作业面内，每50m设置一个带阀门的接口，使用钢丝编制管接至钻孔设备。施工用水从系统供水干管处接取，沿施工面铺设供水管路，管路直径为 50mm，每隔50m左右设一个取水接口，供每个施工作业面用水。集中制浆站布置在厂房标段上游平地处，集中制备0.5:1水泥浆，用 50mm软塑料管输送0.5∶1水泥浆至各工作面，各工作面根据施工需要调配浆液，制浆站配备55 t水泥储量的水泥库棚。排水排污并入开挖与混凝土施工阶段形成的排水排污系统。

（2）资源配置。根据工期要求和实际生产工效及施工进度计划，劳动力投入和主要机械设备投入情况详见表2和表3。

表2 施工人员配置表

表3 主要机械设备表

5 试验步骤

5.1 原材料和浆液性能试验

水泥为普通42.5R硅酸水泥，在业主中心试验室内按设计要求对水泥细度进行了试验，并提供试验报告；压力表在兰州进行了率定，自动灌浆记录仪、流量计、压力传感器由厂家技术人员进行了率定。

5.2 现场固结灌浆试验

坝基固结灌浆在盖重混凝土达50%设计强度后施工。

（1）抬动变形安装。在灌浆过程中，为了防止抬动，设置了抬动观测，抬动观测孔深入岩石10m。

（2）钻孔。厂房固结灌浆试验的钻孔采用风动100-D型浅孔钻机，孔径为Ф90mm。质量检查孔采用地质钻机钻孔取芯，钻孔入岩石8.0m，先造3m后造5m。先施工抬动观测孔，再施工I序孔，后施工II序孔。

（3）孔壁冲洗。钻孔结束后移开钻机，采用高压风对孔内外岩粉及杂物进行清理，清洗风压力为0.25MPa。

（4）灌浆。固结灌浆按照梅花型布孔，分两段灌注，第一段3m，第二段5m，分为两序，先灌第I序，后灌第II序。在同一个单元或灌浆施工区内，先对该单元或灌浆区内处于外围的孔进行固结灌浆施工，再逐步向该单元或灌浆施工区中心部位的灌浆孔进行固结灌浆。灌浆压力为0.5MPa。

（5）固结灌浆孔封孔。灌浆孔结束后，采用“压力灌浆法”进行封孔，并将孔口抹平。封孔灌浆水灰比为0.5:1，灌浆压力为该孔灌浆压力0.5MPa，在机械封孔后，采用水泥砂浆进行人工封孔，孔口抹平。

（6）灌浆质量检查。灌浆结束14d后采用取芯压水试验的方法进行了灌浆质量检查。采用“单点法”压水试验的方法进行，本试验段检查孔的数量2个，具体检查孔的部位见固结试验孔位布置图。质量合格标准为：合格孔段的透水率值不超过1Lu。

另外，通过声波检测检查施工质量，同一灌浆孔灌前灌后对孔壁岩石波速检测进行对比，本试验段共选择三个声波检测孔，分别为G-I-5、G-I-7、G-I-19。

检查孔和物探孔实验结束后进行灌浆和封孔，灌浆和封孔方法及封孔材料同灌浆结束标准，在设计压力下，注入率不大于0.4L/min，继续灌注30min即可结束。

6 试验资料及效果分析

6.1 灌前声波检测资料分析

根据对三孔灌前声波检测数据统计，波速达4000m/s以上的部位很少，最低波速达1470m/s，说明地层可灌性非常大。

6.2 单位耗灰量分析

在该试验块内第一段和第二段的单位耗灰量是有明显区别的，第一序单位耗灰量：100kg/m，第二序单位耗灰量：64.84kg/m。详见黄河大河家水电站发电厂房工程固结灌浆分序统计表。

6.3 抬动观测资料分析

从21个灌浆孔的抬动资料上看， 0.5MPa的压力灌浆过程中都没有发生抬动现象，说明压力没有达到产生破坏混凝土的压力。

6.4 灌后取芯及声波检测资料分析

从岩石芯样上看，采取率为85%以上，岩芯比较完整，有个别岩心可看见水泥结石。从三孔灌后声波检测资料上看，波速相对灌前有显著提高，证明该地层可灌性大。

7 结论

根据对试验结果分析得出以下结论：

7.1 水灰比

采用3:1、2;1、1:1、0.5:1四个比级的水灰比都能满足施工要求。

7.2 压力

根据灌浆试验结果及抬动观测资料分析0.5Mpa的压力不会对混凝土盖重产生影响的，可保证灌浆质量，建议灌浆压力采用0.5Mpa。灌前压水的压力为最大灌浆压力的80%，采用0.4Mpa。通过高压风对孔壁及裂隙进行清理，压力为灌浆压力的50%，采用0.25MPa。

7.3 抬动变形

通过固结灌浆试验观察，混凝土覆盖层在灌浆过程当中从未发现抬动变形，但在以后的坝段施工中还是要安装抬动观测，以保证垫层混凝土和岩石的完整性不遭到破坏。

7.4 孔深

根据试验数据显示，固结灌浆孔深采取设计入岩8m时灌浆效果最佳。

7.5 孔、排距

灌后检查孔布置在进浆量比较特征灌浆孔附近，从灌前和灌后压水资料对比看，灌浆效果明显，且压水结果符合设计要求，所以在孔、排距为3.0m的布置是合理的。

[1]林继镛.水工建筑物(第5版)[M].

[2]张文倬.土石坝体与地基接触面的渗透稳定问题[J].四川水力发电,1995(04).

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[4]张文倬.砌石坝加固及其灌浆法的应用[J].四川水利,1994(01).