金沙江溪洛渡水利枢纽二道坝坝基固结灌浆技术

张明磊 ，张家托

（1.河北工程大学，河北 邯郸 056038；2.中国水利水电十三工程局有限公司，天津 西青区 300000；3.武汉大学，湖北 武汉 430072；4.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 611130）

1 工程概况

溪洛渡水利枢纽位于四川云南交界的金沙江峡谷段，洪水流量大，设计洪水洪峰流量43 700 m3／s，总泄洪功率高达100 000 MW，位居世界之首。电站拦河大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.50 m。按照“分散泄洪、分区消能”的布置原则，枢纽泄洪设施由坝身7个表孔、8个深孔和左右岸各2条泄洪洞组成。坝身最大泄洪流量为32 278 m3／s，约占总泄洪流量的66%。坝身孔口采用“分层出流、空中碰撞”的布置形式，坝后设水垫塘和二道坝消能。

水垫塘末端设置的二道坝为重力坝，坝顶高程386.00 m，基础高程334.00 m，最大坝高52.0 m，坝上游373.40 m高程以下坡度为1∶0.5，下游坡度为1∶0.8，坝顶宽4.36 m。二道坝分为8个坝段，坝段顶长21.0～23.5 m，坝段最大长度59.08 m。

二道坝建基面主要位于弱风化下端、弱卸荷的Ⅲ1及岩体上，坝基岩体由4层下部含斑玄武岩组成，裂隙较发育，岩体较破碎，中等透水为主。由于基岩裂缝发育，岩体较破碎，对地基进行固结灌浆处理。固结灌浆孔呈梅花形布置，原设计孔间排距为3 m×3 m，孔深为入岩5 m，灌浆压力为0.4 MPa。后来，根据现场固结灌浆生产性试验结果，将固结灌浆孔间排距调整为2.5 m×2.5 m。二道坝固结灌浆完成主要工程量如表1所示。

2 基础固结灌浆主要技术要求[1]

（1）在进行灌浆作业前，应结合现场情况进行生产性灌浆试验，并对试验效果作出评价，以便调整和改进灌浆设计和施工工艺。灌浆试验的地点应具有代表性。当在工程建设部位进行试验时，不得采取对工程可能产生不良后果的试验方法。

表1 溪洛渡二道坝固结灌浆完成钻孔工程量Table 1 Drill work of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

（2）固结灌浆主要在无混凝土盖重的条件下进行，局部采取有混凝土盖重的条件进行施工。

（3）用于固结灌浆的普通硅酸盐水泥强度等级不应低于42.5，水泥细度要求通过80 μm方孔筛的筛余量不大于5%。

（4）孔深不得低于设计孔深，固结灌浆终孔孔径应不小于48 mm。

（5）有混凝土盖重的固结灌浆孔的开孔孔位严格按坐标精确定位，其与设计孔位的偏差不得大于5 cm；无混凝土盖重的固结灌浆孔的开孔孔位与设计孔位的偏差值不得大于20 cm。因故变更孔位，应征得监理人同意，并记录实际孔位。固结灌浆孔孔底偏差应不大于0.50 m。

（6）连通率不大的层内错动带、裂隙冲洗时，首先采用高压水连续冲洗5～10 min，再将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流；当回水由混变清后，再升到原来的冲洗压力，持续5～10 min后，再次突然降到零。如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续10 min。也可以采用压力风冲洗、风水轮换冲洗的方法进行裂隙冲洗。

（7）冲洗压力应严格控制，不使混凝土被抬动。冲洗水压采用80%的灌浆压力。当灌浆压力超过1 MPa时，采用1 MPa；冲洗风压采用灌浆压力的50%，当灌浆压力超过0.5 MPa时，采用0.5 MPa。

（8）裂隙冲洗总的时间要求为：单孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。孔内残存的沉积物厚度不得超过20 cm。

（9）压水试验应在裂隙冲洗后进行。固结灌浆灌前选取5%的钻孔、灌后要按总孔数的5%进行检查，均进行“单点法”压水试验；固结灌浆各孔段均进行“简易压水”。

（10）普通水泥浆液采用 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1（重量比）4 个比级，细水泥浆液采用 1∶1、0.8∶1、0.5∶1（重量比）3个比级。根据灌浆试验成果，亦可采用监理人批准的其他水灰比施灌。灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。

（11）以混凝土或岩石面不抬动为原则，初步确定基岩抬动变形允许值为200 μm，混凝土抬动变形允许值为100 μm。在施工过程中，可根据最新地质情况进行调整，但应记录引起调整的因素及其基本资料，并报请监理批准。固结灌浆压力设计参考值：无盖重固结灌浆压力为0.3～0.5 MPa，有盖重固结灌浆压力为 0.4～0.7 MPa。

3 固结灌浆施工

3．1 施工工艺流程

3．1．1 固结灌浆总体施工工艺流程

固结灌浆总体施工工艺流程如图1所示。

图1 溪洛渡二道坝固结灌浆施工流程图Fig.1 Consolidation grouting construction flow of Xilouodu auxiliary weir

3．1．2 灌浆孔单孔施工工艺流程

本次固结灌浆孔孔深相对较浅，采用全孔一次成孔一次灌浆（无盖重）的施工方法。具体施工工艺流程为：钻机对中调平固定→钻出全孔→终孔验收合格→阻塞冲洗、压水、灌浆→封孔 →二次回填。

3．2 固结灌浆施工方法[2]

3.2.1 钻孔

采用XY-2型地质钻和100B型潜孔钻钻孔，孔径为56～76 mm。所有钻孔应按设计图纸统一编号、放点，按照技术要求和规范控制开孔位、孔深、孔斜等。如遇施工埋件、监测仪器，经监理工程师同意后，可调整避让。做好钻孔记录，尤其是对终孔位于断层带、结构面时（如有），应详细记录。

3.2.2 钻孔和裂隙冲洗

钻孔验收合格后，进行钻孔及裂隙冲洗。裂隙冲洗方式及结束标准按照主要技术要求的第 （6）、（8）款执行。当邻近的灌浆孔正在灌浆或灌浆结束不足24 h时，不得进行裂隙冲洗。同一孔段裂隙冲洗后，应及时进行下一工序施工。因故中断间隔超过24 h的，应重新进行裂隙冲洗。

3.2.3 孔内压水试验

压水试验应在钻孔冲洗后24 h内进行。灌浆前，选5%的钻孔（先导孔）进行“单点法”压水试验。“单点法”压水试验的最大压力按0.3 MPa控制，采用全孔段封闭纯压式压水施工工艺。一般灌浆孔段进行“简易压水”试验。简易压水试验的压力为灌浆压力的80%，即0.3 MPa。

3.2.4 灌浆工艺

固结灌浆采用分序加密，孔内循环的施工工艺。

（1）灌浆参数。灌浆参数按照生产性试验成果确定的参数及工艺确定。

（2）灌注方式。一般采用单孔灌注，也可采用并联灌注，但每组并联孔数不宜超过3孔，不得采用串联灌注。压水后，因故中断间隔超过24 h未进行灌浆，灌前应重新进行裂隙冲洗、压水试验。灌浆结束待加深或钻孔结束待灌浆时，灌浆孔孔口应妥善保护，严防污水，污物流入孔内。

（3）固结灌浆阻塞。采用无盖重一次成孔全孔灌浆方式时，阻塞应在孔口以下50 cm以内；若阻塞不住时，则可适当向上或向下移动阻塞器。各孔段射浆管在阻塞器移动后距孔底不应大于0.5 m，否则应重新配置射浆管。

（4）灌浆压力。固结灌浆压力按0.4 MPa控制。灌浆时，应尽快达到设计压力，对于灌浆过程中注入量较大的孔段，可采用分级升压或间歇升压法使灌浆压力与注入率相适应。实施时，采用以压水试验压力为基础，按每0.05MPa为一级，逐级升压至设计压力，分级升压力时每级压力的纯灌时间不少于15min。灌浆压力以压力表控制为主和记录仪压力控制为辅，压力表读数采用以中值为准。资料分析整理时注意压力表高程与孔口高程之间浆柱压力的换算。对于串通孔或多孔并联灌浆时，应严格控制灌浆压力，同时应加强抬动监测，防止基岩发生抬动破坏。

（5）浆液水灰比及变浆标准。根据灌浆生产性试验及施工技术要求，浆液水灰比采用 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级，开灌水灰比为2∶1。灌浆过程中，变换浆比以测定的回浆管的浆比为准；变浆标准及灌浆结束标准按照施工技术要求及 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL／T 5148-2012）执行。

3.2.5 封孔

全孔灌浆结束后，即可进行封孔。封孔采用“全孔灌浆封孔法”或“导管注浆封孔法”，浆液水灰比采用0.5∶1的浓浆。待凝24 h后，应清除孔内污水、浮浆，并用干硬性水泥沙浆封填灌浆孔。单元固结灌浆完工后，对其他各类钻孔，如抬动观测孔、物探测试孔等均需按要求进行封孔。

3.2.6 特殊事故的处理

（1）灌浆过程中，有地表冒（漏）浆情况，据冒（漏）浆量的大小，可采用下述方法处理：如冒（漏）浆量较小，可不作专门处理，按正常灌浆方法灌注结束；如冒（漏）浆量较大，一般可采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理，必要时应采取嵌缝、地表封堵方法处理。

（2）在钻孔穿过断裂构造发育带，发生塌孔、掉块或集中渗漏时，应立即停钻，查明原因，采取缩短段长进行灌浆处理。

（3）钻孔过程中，当发现与灌浆孔串通时，应立即停钻封堵，查明串通部位和串通量。灌浆结束后，对原钻进孔重新扫孔。

（4）灌浆过程中，灌浆压力或注入量突然改变较大时，应立即查明原因，并采取相应的处理措施。

（5）在固结灌浆施工时，对孔口有涌水的孔段，应记录灌浆前的涌水压力和涌水量，并做出相应处理。

（6）灌浆工作应连续进行。因故中断，应尽早恢复灌浆。恢复灌浆时，如注入率与中断前相近，可用中断前水灰比的浆液灌注；如注入率比中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，与监理工程师共同研究处理措施。

4 固结灌浆效果分析

4．1 灌前压水透水率分析

二道坝固结灌浆灌前压水透水率分析如表2所示。

表2中，二道坝1#～8#坝段固结灌浆累计完成1 502个孔，压水检查1 532段，平均透水率73.90 Lu。透水率＞10 Lu的孔段占55%，坝基开挖后卸荷松弛严重（因工期及地质原因，未实施水平预裂爆破），裂隙连通率高。由此可以看出，随着孔序的加密，二道坝固结灌浆各序孔简易压水透水率呈递减的趋势，符合灌浆的一般规律。

4．2 单位注浆量分析

根据灌浆成果资料，将二道坝固结灌浆单位注入量分序统计列于表3。

表3中，二道坝1#～8#坝段固结灌浆累计完成1 533段，1 502个孔，平均单位注入量135.55 kg／m。单位注入量＞10 kg／m的孔段占48%，坝基开挖后卸荷松弛严重，裂隙连通率高，可灌性较好。由此可以看出，随着孔序的加密，二道坝固结灌浆各序孔单位注入量递减趋势明显，总体符合灌浆的一般规律。

5 施工质量检查及评价

5．1 物探测试（声波）检查及评价

物探测试采用布置声波检测孔的方法进行，即在灌浆前后，结合先导孔和其他质量检查孔布设声波检测孔。检测结果如表4所示。

经对原始资料进行复查，二道坝6#坝段斜坡区域JC-10号检查孔平均声波值小于4 000 m／s（其余检查孔声波值满足设计要求）。根据孔内成像及对声波曲线图分析认为，该地段地质存在泥质夹层，可灌性差。鉴于二道坝6#坝段13个检查孔的平均声波值为4 839 m／s，单孔声波值合格率为92.31%，满足设计要求。二道坝7#坝段总共布了10个灌前物探孔，其中有5个在高程341.0 m平台上面，做物探时，EDB7-P01～EDB7-P05孔内岩体卸荷松弛严重，孔内无法注满水，故灌前EDB7-P01～EDB7-P05未做孔内声波检测，所以无数据。EDB7-P06～EDB7-P10灌前声波平均值为3423.4 m／s。7#坝段前期共布设12个检查孔，其中EDB7-JC06、EDB7-JC08、EDB7-JC10 3个孔声波速度平均值小于4 000 m／s。之后，又对7#坝段进行了加密补强灌浆，重新布设2组对穿声波检查孔，其波速平均值均大于4 000 m／s，较灌前平均波速的提高率为30.81%。该单元单孔合格率为91.7%，单元工程平均波速大于4 200 m／s满足设计要求。

表2 溪洛渡二道坝固结灌浆前压水透水率分析表Table 2 Pressurized-water permeable rate analysis before Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

表3 溪洛渡二道坝固结灌浆单位注浆量分析表Table 3 Unit injection rate analysis of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

表4 溪洛渡二道坝固结灌浆前、后声波值统计表Table 4 Sound wave statistics before and after Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

经过上述分析，灌后检查孔单孔声波满足设计要求（平均值大于4000m／s，合格率应≥80%）。灌后声波平均值较灌前平均波速值均有提高，坝段内所有检查孔声波平均值应大于4200m／s，满足设计要求。

5．2 压水质量检查成果

二道坝固结灌浆压水试验检查成果综合统计如表5所示。

表5 溪洛渡二道坝固结灌浆压水试验检查成果综合统计表Table 5 Pressurized-water test check result statistics of Xilouodu auxiliary weir consolidation grouting

查阅相关记录资料，5#坝段压水检查时，上游齿槽边上的检查孔超出设计要求的150%。这是由于该检查孔周围的灌浆孔灌浆时，上游齿槽还未浇筑，为临空面。出现漏浆时，采用待凝处理方法。在压水过程中，压力水从这些没有充填的裂隙通道流走，故压水透水率较大，后进行了补强灌浆处理，并增补8个质量检查孔对补强效果进行检查，全部合格。由于不合格孔作为后续补强灌浆孔，且补强灌浆后，检查合格，故原不合格段压水成果数据不作统计。综合上述，二道坝坝基基础固结灌浆满足设计要求。

5．3 灌后其他质量检查成果

（1）钻孔取芯。灌浆施工完成后，根据灌浆成果和设计人员提出的要求，布置检查孔。检查孔应进行取芯。从取芯结果来看，几乎所有的检查孔均取出了水泥结石。这说明，岩体的可灌浆性能比较好。

（2）孔内电视成像。应用孔内全景式电视成像系统对取芯后的孔进行摄像，其成果与其他检查成果无异常。

5．4 施工质量评价[3~4]

二道坝坝基基础固结灌浆工程共8个单元。根据 《水利水电工程单元工程质量验收评定标准—地基处理与基础工程》（SL 633-2012）评定：合格单元8个，优良单元8个，优良率100%。 本工程施工质量满足设计及相关规程规范要求，根据《水利水电工程施工质量评定规程》（SL 176-2007），等级评定为优良。

6 结语

溪洛渡水利枢纽二道坝坝基无盖重固结灌浆严格按照设计要求和规范施工，钻孔灌浆、压水试验各项工序严格执行“三检一验”制，单元工程施工完毕后，及时进行了单元工程质量评定，均满足设计要求。从灌浆分序单位注入明显递减、灌后声波波速均有提高和岩体透水性明显降低看，各单元固结灌浆均符合一般灌浆规律，灌浆效果明显。从后期其他施工及工程运行情况看，岩体均一性和整体性得到改善，进而反应设计参数总体合理，施工工艺可行。

［1］DL／T 5148-2012，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］．

［2］夏可风．水工建筑物水泥灌浆与边坡支护技术［M］．北京:中国水利水电出版社，2007:260-320．

［3］SL 633-2012，水利水电工程单元工程质量验收评定标准—地基处理与基础工程［S］．

［4］SL 176-2007，水利水电工程施工质量评定规程［S］．