泽城西安水电站工程帷幕灌浆施工与质量控制

刘艳明

（山西水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概况

山西省泽城西安水电站（二期）工程地处山西省晋中市左权县境内的清漳河干流上，是山西省首座混凝土面板堆石坝。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），工程等别为Ⅲ等，属中型。主要建筑物大坝、溢洪道、导流泄洪洞和发电引水洞为3级，其它次级建筑物为4级。枢纽工程主要由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、发电引水洞及水电站等建筑物组成。根据本工程的实际施工情况，文中详细地阐述了帷幕灌浆施工与质量控制。

2 工程地质

2.1 坝基渗漏

坝基地层岩性主要为卵石混合土、混合土卵石，局部夹级配不良卵石层、级配不良砂层，结构松散至中密，厚度为20.0～52.0 m。本次工作在坝址区下游及上游分别布置了抽水井，根据抽水井资料，采用《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（DL/T5213—2005）中完整孔单孔抽水渗透计算公式来计算坝基覆盖层的渗透系数K值，其中S09-1井采用费尔格伊米尔潜水公式，S09-2号井采用裘布衣潜水公式来计算。

结合前期探坑渗水试验和钻孔抽水试验的渗透系数67.6～80.0 m/d,坝基覆盖层渗透系数取最大值与最小值的平均值K值为54.2m/d,坝基覆盖层属强透水层。根据坝址区钻孔压水试验资料，坝基基岩面以下50 m以内岩层透水率变化较大，河谷中心与两侧由于受节理裂隙的影响，透水层岩层分布不均，吕荣值为10～52.0 Lu，对应的透水系数为0.2～1.04m/d，属中等透水层。由趾板线上钻孔资料可知，基岩中等透水层厚度为8.1～34.3m，取最大厚度34.3m做为中等透水层的厚度，下部石英砂岩透水率小于10 Lu，属弱透水岩层。从坝基基岩中等透水层渗漏量计算结果来看，总渗漏量为495.87m3/d,其中以河底深槽及河谷右半部渗漏较为严重。

根据坝基渗漏层的颗粒组成、岩性、地质结构和渗透性等综合分析，坝基卵石混合土采用防渗墙，中等透水石英砂岩采取帷幕灌浆，防渗墙深度应大于基岩强风化下限，帷幕灌浆深度应大于坝基基岩中等透水层下限，深入弱透水层3～5m。混凝土防渗墙下帷幕灌浆见图1。

图1 防渗墙下帷幕灌浆纵断示意图。

2.2 左坝肩绕坝渗漏

左坝肩岩体中主要发育NE、NW高倾角节理裂隙，尤其在常州沟组第六岩组底部、第五岩组底部及两岩组的交接节理裂隙发育，且受风化和卸荷影响，卸荷带和过渡带中的节理裂隙均不同程度的张开，裂隙宽度1～30 mm不等，延伸较长具有一定的渗透性，左坝肩存在绕坝渗漏问题。坝肩ZK76—10号钻孔距坝顶约57m，根据地质调查、左坝肩岩体风化、节理裂隙、构造情况及坝肩ZK76—10压水试验资料，在简化水文地质条件下，左坝肩绕渗半径（r0）考虑为1m，绕渗带长度考虑（B）60 m，绕坝渗漏采用裘布衣公式分别计算左边肩绕坝的渗漏量。渗漏量计算见表1。

表1 左坝肩渗漏量计算

左坝肩存在绕坝渗漏问题，建议采用帷幕灌浆防渗，沿左坝肩向上游延伸长度约300 m，防渗帷幕灌浆深度至弱透水层。

2.3 右坝肩绕坝渗漏

岩体中主要发育NE、NW高倾角节理裂隙，且受风化和卸荷影响，卸荷带和过渡带中的节理裂隙均不同程度的张开，裂隙宽度1～30 mm不等，延伸长度较长，具有一定的渗透性。结合地质调查、右坝肩岩体风化、节理裂隙及构造情况，根据右坝肩钻孔压水试验资料，坝肩岩体高程796m以下为弱透水层，以上为中等透水层，透水层厚度按56m考虑。右坝肩钻孔距坝顶约46m，在简化水文地质条件下，左坝肩绕渗半径（r0）考虑为1m，绕渗带长度考虑（B）50 m，绕坝渗漏采用裘布衣公式分别计算右坝肩绕坝的渗漏量。渗漏量计算见表2。

表2 右坝肩渗漏量计算统计

右坝肩均存在绕坝渗漏问题，进行防渗帷幕灌浆，防渗长度沿右坝肩向上游延伸700 m，与右坝肩单薄山梁防渗帷幕结合，防渗帷幕灌浆深度至弱透水层。

3 帷幕灌浆的目的和范围

为提高枢纽坝基及坝肩的渗透稳定性和岩石的整体性,避免受渗透水影响给大坝的安全运行带来影响，泽城水利枢纽工程在防渗墙和固结灌浆的基础上设计了帷幕灌浆。

帷幕灌浆范围包括：防渗墙下帷幕灌浆，大坝趾板下基岩帷幕灌浆和水库两岸基岩帷幕灌浆，防渗墙下帷幕灌浆沿防渗墙轴线预埋灌浆管，对墙下基岩进行帷幕灌浆，水库右岸沿坝顶公路经溢洪道、导流泄洪洞向上游延伸约700 m，灌浆平均深度66m，左岸沿坝顶公路经发电引水洞向上游延伸约300 m，灌浆平均深度66m。

图2 帷幕灌浆线的布置示意图。

4 帷幕灌浆的施工工艺

4.1 帷幕灌浆施工程序

帷幕灌浆采用单排孔布置，分三序孔施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序，最后Ⅲ序孔施工。帷幕灌浆孔距2m，孔径不小于89mm，钻孔孔壁应平直完整，孔向与大地垂直。帷幕灌浆施工程序如图3所示。

图3 帷幕灌浆施工程序

1）钻孔及取芯：钻孔均自上而下分段钻进，钻孔孔位应严格按设计图进行施工，所有钻孔应统一编号和按次序施工；灌浆孔的孔位误差不得大于10 cm，孔深应符合设计规定，实际孔位和孔深应有记录；帷幕灌浆孔孔向与大地垂直,采用KXP-1型测斜仪进行孔斜测量。发现偏斜超过要求时应及时纠偏，且应严格控制孔深20 m以内的偏差；钻孔时应根据设计要求对孔内出现的各种情况，如覆盖层厚度、断层、破碎掉块、塌孔、涌水、漏水等情况及其位置做详细记录，作为灌浆施工和验收分析质量的主要依据。导孔、质量检查孔均钻孔取芯,按取芯的先后顺序统一编号，对取芯的芯样拍照留存并绘制钻孔柱状图进行岩芯描述。每回次钻取芯样的最大长度控制在3m以内，一旦发现芯样卡钻或被磨损，要立即取出。

2）灌浆设备的配置：根据本工程的地形及施工环境条件等因素影响，本工程选用设备有3SNS型灌浆泵、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录仪、孔口封闭器等设备。

3）灌浆浆液制备：灌浆浆液为水灰比0.5:1的浓浆，通过输浆设备将浆液输送至各灌浆作业面，输送浆液的流速控制在1.4～2.0 m/s，作业面施工技术组测定输送的浆液密度将其调配成所需要的配比浆液进行灌注施工。灌浆浆液温度控制在5℃～40℃，低于或超过此标准的必须废弃。

4）压水试验：压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用“简易压水”。先导孔和检查孔均采用单点法压水试验。

5）抬动观测孔：为防止灌浆过程中对岩石、混凝土底板造成破坏性变形，在灌浆工程施工之前，选取适当的位置进行抬动观测孔的钻孔和安设抬动观测装置，在灌浆过程中实时观测记录抬动变形情况。

6）特殊地段施工：帷幕灌浆孔的第1段在不能满足孔口管入岩深度时，该孔段采用“卡塞灌浆法”施工，灌浆塞卡在灌浆岩面高程50 cm以上基岩内，能满足孔口管入岩深度的第一段及以下各段采用“孔口封闭、自上而下分段、孔内循环”（孔口封闭法）进行灌浆。

7）灌浆记录仪：采用FEC-GJ3000型灌浆自动记录仪，仪器主要处理系统为工业控制计算机，稳定性强；适合水电工地长时间不间断工作、电压波动大、潮湿、烟尘、频繁移动等恶劣工况，该系统实现了灌浆压力的自动调节，进行压水和灌浆全过程的监控和记录，随时对灌浆过程中的注入率、灌浆压力等参数进行监控。计算机根据采集的压力适时数据，自动控制电动调压阀门使管路压力达到指定范围，工作人员只需设置好灌浆设计压力，整个灌浆过程完全由计算机控制，数据准确实现了灌浆的自动化。

8）灌浆施工：帷幕灌浆由单排孔组成，孔距为2.0 m，灌浆按照单元划分按单元分序加密原则进行施工，同一排孔分三个次序施工；同排内的同序灌浆孔同时施工，同一排相邻的两个次序孔之间，在基岩中钻孔灌浆的高差大于15m后，下一次序孔再进行钻孔灌浆。左右岸址板帷幕灌浆第一段钻进混凝土并入岩2m，卡塞灌浆而后镶筑孔口管；防渗墙下帷幕灌浆钻进混凝土到达基岩面后镶筑孔口管；左、右岸延伸段帷幕灌浆孔的第1段在不能满足孔口管入岩深度时，该孔段采用“卡塞灌浆法”施工，而后镶筑孔口管。

9）封孔：本工程所有灌浆孔、质量检查孔采用置换和压力灌浆封孔法封孔。当最下面一段灌浆结束后，利用原灌浆管灌入水灰比为O.6：1的浓浆，将孔中余浆全部顶出，直至孔口返出浓浆止。而后提升灌浆管，在提升过程中，严禁用水冲洗灌浆管，严防地面废浆和污水流入孔内，同时，还应不断地向孔内补入0.6：1的浓浆 (或待灌浆管全部提出后再向孔内补入O.6：1的浓浆也可)。最后，在孔口进行纯压式封孔灌浆1h，仍用O.6：1的浓浆，压力为灌浆最大压力。

4.2 帷幕灌浆注意事项

1）防渗墙下的检查孔应重点注意控制孔斜率，保证钻孔在有效的灌浆范围内，保证钻孔不偏出防渗墙体外。

2）钻孔施工完经验收合格后应立即进行灌浆，灌浆作业需做到相邻孔不同时灌浆。

3）灌浆时应按设计分段长度进行施工，不得以任意长度单独灌浆。

5 帷幕灌浆成果分析

①防渗墙下帷幕灌浆分部工程共有99个钻孔693个段次进行了灌浆前压水试验，成果以透水率q表示，各次序孔压水成果见表3。

表3 防渗墙下帷幕灌浆各次序孔压水成果

由表3可知各次序灌浆孔透水率有随灌浆次序的逐次增加而逐次减小的明显趋势，其中Ⅱ序孔相较于Ⅰ序孔透水率减小17.3%，Ⅲ序孔相较于Ⅱ序孔透水率减小22.0%；末序孔压水试验透水率大部分小于或接近设计防渗标准，表明灌浆效果是良好的。

防渗墙下帷幕灌浆分部工程共99个灌浆孔，监理工程师布置11个检查孔，检查孔压水77段，压水成果见表4。

从灌浆前后压水试验对比可以看出，帷幕灌浆满足质量评定标准。（检查孔压水最大透水率3.44Lu，最小透水率0.80 Lu。）

表4 防渗墙下帷幕灌浆检查孔压水试验成果

②左右岸趾板灌浆工程帷幕灌浆共有105个钻孔1131个段次进行了灌前压水试验，成果以透水率q表示，各次序孔压水成果见表5。

表5 左右岸趾板帷幕灌浆各次序孔压水成果

由表5可知各次序灌浆孔透水率有随灌浆次序的逐次增加而逐次减小的明显趋势，其中Ⅱ序孔相较于Ⅰ序孔透水率减小12.9%，Ⅲ序孔相较于Ⅱ序孔透水率减小16.9%，表明灌浆效果是良好的。左右岸趾板帷幕灌浆工程共有105个灌浆孔，监理工程师布置了12个检查孔，检查孔压水128段，压水成果见表6。

表6 左右岸趾板帷幕灌浆检查各孔压水试验成果

从灌浆前后压水试验对比可以看出，左右岸址板帷幕灌浆满足质量评定标准。（检查孔压水最大透水率4.61Lu，最小透水率0.86Lu。）

③左岸延伸段帷幕灌浆分部工程共有157个钻孔2194个段次进行了灌前压水试验，成果以透水率q表示，各次序孔压水成果见表7。

表7 左岸延伸段帷幕灌浆各次序孔压水成果

由表7可知各次序灌浆孔透水率有随灌浆次序的逐次增加而逐次减小的明显趋势，其中Ⅱ序孔相较于Ⅰ序孔透水率减小62.7%，Ⅲ序孔相较于Ⅱ序孔透水率减小49.2%；末序孔压水试验透水率大部分小于或接近设计防渗标准，表明灌浆效果是良好的。

左岸延伸段帷幕灌浆工程共157个灌浆孔，监理工程师布置17个检查孔，检查孔压水238段，压水成果见表8。

表8 左岸延伸段帷幕灌浆检查孔压水试验成果

从灌浆前后压水试验对比可以看出，左岸延伸段帷幕灌浆满足质量评定标准。（检查孔压水最大透水率3.46Lu，最小透水率0.96Lu。）

④右岸延伸段帷幕灌浆（YYW0＋000～0＋340）工程共有167个钻孔2210个段次进行了灌前压水试验，成果以透水率q表示，各次序孔压水成果见表9。

表9 右岸延伸段帷幕灌浆各次序孔压水成果

由表9可知各次序灌浆孔透水率有随灌浆次序的逐次增加而逐次减小的明显趋势，其中Ⅱ序孔相较于Ⅰ序孔透水率减小34.9%，Ⅲ序孔相较于Ⅱ序孔透水率减小37.1%；末序孔压水试验透水率大部分小于或接近设计防渗标准，表明灌浆效果是良好的。

右岸延伸段帷幕灌浆（YYW0＋000～0＋340）工程共167个灌浆孔，监理工程师布置17个检查孔，检查孔压水238段，压水成果见表10。

表10 右岸延伸段帷幕灌浆检查孔压水试验成果

从灌浆前后压水试验对比可以看出，右岸延伸段帷幕灌浆（YYW0＋000～0＋340）满足质量评定标准。（检查孔压水最大透水率3.08Lu，最小透水率0.76Lu。）

6 质量保证措施

为确保灌浆工程的工程质量，严格执行国家和行业有关技术规程、规范及合同规定技术要求。项目部建立健全质量管理体系，以项目经理为第一责任人全面负责管理。成立了项目部质量管理机构，建立了健全的质量保证体系，制定了质量管理制度，明确了项目部各级人员的职责分工，正确合理地分配质量管理要素，实施全面质量管理。在施工过程中：严格按照已通过的ISO9002质量保证体系，对原材料按照规定标准要求定期定量的进行检查，做到不合格料不进场，尊重监理和第三方检测单位，积极的配合原材料取样，报送原材的检测结果。积极开展员工质量教育活动，从思想上不断地提升。严格执行“班组自检、施工队复检、项目部质检部终检”的“三检制”和“质量一票否决制”；坚持技术交底制度；执行质量奖罚制度，落实质量责任制，加强控制和试验检测。通过以上一系列的质量保证制度和措施，确保了本工程的施工质量。

7 结束语

帷幕灌浆对于减小大坝渗漏至关重要,但此部分属于隐蔽工程,施工过程较难控制,稍有不慎,则会对工程造成很大影响,因而对于灌浆施工一定要做好前期的施工准备和施工过程中的质量控制,严格控制每一道工序,狠抓质量,确保万无一失。