藏木水电站河床坝段基础加密帷幕灌浆

宋四红, 李宏义

(中国葛洲坝集团第六工程有限公司，云南昆明 650000)



藏木水电站河床坝段基础加密帷幕灌浆

宋四红, 李宏义

(中国葛洲坝集团第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】随着水利水电建设事业的发展，基础处理工程在水利水电工程建设中占有重要地位，是施工的重要环节。如果遇到软弱、破碎、多裂隙、节理发育、渗透性大等地质条件较差的大坝基础岩石，常常需要采用特定的技术手段来减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行。文中简要对藏木水电站在河床坝段基础处理中遇到的陡倾角、大裂隙、较大涌水等现象的特殊处理措施进行介绍，希望在以后的水利水电工程基础处理中有所帮助。

【关键词】藏木水电站；基础处理；加密；帷幕灌浆

1加密帷幕灌浆简述

9#～13#坝段河床位于大坝最低处，基础帷幕灌浆原设计2排帷幕于2013年4月1日开工，原设计帷幕灌浆孔及局部加密灌浆孔和灌后检查孔于9月10全部完成，施工后自检及第三方检查压水试验除2段超过设计标准外，其余全部小于3 Lu,压水检查符合规范及设计要求，经检查施工质量合格。

2013年10月份，廊道主排水孔已基本施工完毕，在大坝上游水位不高(3 250 m高程)的情况下，每个坝段中均有排水孔出现涌水的现象，且部分排水孔内涌水有一定的压力。原9#～13#坝段坝基帷幕灌浆在施工过程中，多处出现灌浆孔涌水且透水率较大的现象，涌水量从0.5 L/min～58 L/min、利用值从3.03～251.33 Lu,主要出现于建基面以下12～47 m岩体范围内。

针对上述问题及涌水现象，早在2013年8月业主邀请和组织咨询专家召开了《藏木水电站帷幕灌浆专题咨询会》，会上专家建议：“河床坝段个别自检孔压水试验透水率不能满足设计标准，根据灌浆资料和自检情况，应尽早在河床坝段采用局部补灌或加密灌浆措施”。2013年10月电力建设工程质量监督总站质量巡视专家关于《藏木水电站三期截流阶段性质量监督报告》中针对该问题提出如下建议：“目前大坝8#～13#坝段基础灌浆廊道内幕后排水孔仍有较大渗水并夹带气泡，11#～13#坝段检查孔孔内成像显示坝基帷幕区仍有部分节理未充填，需结合灌浆情况、压水检查、检查孔孔内成像资料等进行认真分析，密切关注二期充水后排水孔出水变化情况，并研究采取必要的补强灌浆措施”。根据上述专家意见，经分析研究，决定对河床坝段坝基进行加密帷幕灌浆。

2加密帷幕灌浆技术方法

2.1孔位布置

9#～13#河床坝段基础加密帷幕灌浆在原设计并已施工完成的2排帷幕基础上，新增加一排帷幕灌浆。新增帷幕灌浆孔布置在原有主、副帷幕灌浆孔之间，即距离主、副帷幕灌浆孔均为0.75 m，新增帷幕灌浆孔孔距间距2.0 m，灌浆孔深度按建基面以下50.0 m控制。

2.2设备及材料选择

2.2.1灌浆设备

高压灌浆采用专用设备:

(1)使用压力为10 MPa或12 MPa的高压灌浆泵。

(2)输浆管路采用双层钢丝编织胶管，耐压11 MPa。

(3)采用特制的管路接头。

(4)采用特制的耐磨高压阀门。

2.2.2灌浆材料选择

采用超细水泥作为灌浆材料。超细水泥(DMFC-GM-800)是由高强型超细水泥、膨胀剂、矿渣等多种助剂，经特殊设备精制而成的无机刚性超细灌浆材料。

2.2.2.1产品优点

(1)无毒、无味、对地下水及环境无污染，属环保型灌浆材料。

(2)浆液固化时无收缩现象，结石强度高，耐久性好，不老化，抗渗性能佳。

(3)浆液流动性好，材料的比表面积在800 m2/kg以上，平均粒径10 μm以下，因而其稳定性及可灌性高。

(4)浆液凝固时间：可按工程需要进行调节。

(5)浆液施工工艺简单，操作方便，能大规模使用。

2.2.2.2应用范围

(1)水利工程中大坝坝体及坝基裂缝灌浆。

(2)灌筑地下防水帷幕，截断渗透水源，整体抗渗堵漏。

(3)加固和提高松软土及岩石的力学强度，修复混凝土结构和恢复其整体性。

(4)纠正因地层不稳定引起不均匀沉降而导致的大坝和高层建筑物的开裂、倾斜。

(5)各种地下建筑物开挖前的预处理以及地质钻探中复杂地层钻孔中的护孔固壁，止涌堵漏等工程。

(6)复杂地层的流沙层固沙及淤泥质土层的固结。

2.3技术要求

新增帷幕灌浆施工严格按照《水工建筑物水泥浆施工技术规范》及《藏木水电站基础帷幕灌浆施工技术要求》进行施工。

2.3.1钻孔

(1)帷幕孔采用回转式地质钻机进行钻孔施工，钻机摆放平整稳固。

(2)钻孔孔径：孔口段需要埋设孔口管的部位采用φ91的钻头进行钻进，埋设φ85孔口管(无缝钢管，埋入基岩深度为2.0 m，露出孔口0.1 m)，其余段钻孔孔径不小于φ56 mm。先导孔、质量检查孔以及其它要求取芯的孔孔径为φ75 mm。

(3)钻孔孔深、排距、孔距根据设计图纸要求进行。

(4)钻孔时对孔内各种情况，如深度、涌水、漏水、断层构造、塌孔、掉块、卡钻、岩层变化等情况进行记录，作为分析钻孔灌浆质量的基本依据。钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难于钻进时，先进行灌浆处理，再进行钻进。在施工过程中发现集中漏水或涌水等想象，先查明情况、分析原因，经处理后再钻进。

(5)帷幕灌浆孔要进行孔斜测量，根据监理工程师指令，按每10 m一段进行孔斜测量。

2.3.2孔段冲洗和压水试验

2.3.2.1冲洗

每个灌浆段钻孔结束后，立即进行钻孔冲洗，孔底残留物厚度不大于20 cm；灌浆前进行孔壁冲洗，直至回水澄清后结束，再进行裂隙冲洗，裂隙冲洗采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗；冲洗压力采用80 %的灌浆压力，压力超过1 MPa时，采用1 MPa。裂隙冲洗至回水澄清后10 min结束，且总冲洗时间不少于20 min。裂隙冲洗可结合简易压水进行。

冲洗过程及返水情况做详细、如实记录。

2.3.2.2压水

帷幕灌浆孔段在灌浆前采用简易压水，简易压水试验结合裂隙冲洗进行。灌浆前压水试验压力为该段灌浆压力的80 %，并不大于1 MPa。

简易压水稳定标准：压力为灌浆压力的80 %，该值大于1 MPa时，采用1 MPa；压水20 min，每5 min测一次压水流量，取最后的流量值作为计算Lu值。单点法压水稳定标准：每5 min测一次压入流量，连续4次读数中，最大值与最小值之差小于最终值的10 %，或最大值与最小值之差小于1 L/min即可结束，取最终值计算Lu值。

计算公式：q=Q/PL

式中：q为透水率，Lu；Q为压水流量，L/min；P为作用于试段内的全压力，MPa；L为试验段长，m。

2.3.3灌浆

采用孔口封闭、自上而下、分段灌浆法。分为三序施工，最大灌浆压力5.0 MPa。浆液水灰比为2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1共4级，用2∶1开灌。灌浆全过程采用自动记录仪对灌浆压力、注入量、浆液密度实行监控和记录。

(1)新增加密帷幕灌浆孔灌浆压力(见表1)

表1　新增帷幕灌浆孔灌浆压力

(2)施工前先检查原河床坝段帷幕灌浆抬动观测装置的有效性,对已串浆、堵塞的抬动孔，重新施工并埋设抬动观测装置。

(3)每段灌浆前必须测读涌水压力及涌水量，并在成果汇总中体现。要求无涌水孔段屏浆1 h。有涌水孔段每一灌浆段注入率小于1 L/min后延续灌浆1 h，再屏浆不小于2 h后结束，孔内射浆管提出后待凝时间不小于48 h，方可进行下一道工序。

(4)屏浆过程中保持设计压力。为防止铸管，屏浆过程中浆液可采用稀浆，屏浆时间不少于2 h，施工过程中存在灌后返浆情况，继续延长屏浆时间。屏浆结束后采用浓浆置换孔内稀浆进行待凝。

(5)待凝后扫孔至已灌段段底应停止钻进，由现场监理检查是否存在涌水，对扫孔后仍然存在涌水的孔段采取复灌、屏浆、待凝等措施，直至该段涌水得到有效控制。

(6)当采用0.6∶1的超细水泥浆时，浆液中可加入减水剂改善浆液流动性，减少堵管事故。

(7)当浆液失水变浓时应弃除，换用新浆灌注。

(8)终孔无涌水的灌浆孔，封孔采用普硅水泥。

(9)灌后检查孔数量按总灌浆孔数的10%控制，且单个坝段内至少布置一个检查孔。

3灌浆成果

3.1原帷幕灌浆成果整理与分析

9#～13#河床坝段原帷幕灌浆设计工程量6 832.4 m，已经全部完工。本工程自2013年04月开工至2013年9月完成全部坝段帷幕灌浆施工，灌浆孔共108个孔，其中I序孔27个平均单耗237.01 kg/m、二序孔27个平均单耗127.55 kg/m、三序孔54个平均单耗38.55 kg/m。具体完成情况见表2、表3。

以上数据表明：

(1)坝基岩体经帷幕灌浆处理后，各次序孔平均单耗递减明显，符合帷幕灌浆一般规律。

(2)坝基岩体经帷幕灌浆处理后，各检查孔段压水试验得出的透水率值较灌前的透水率值有明显的降低。

(3)河床坝段帷幕灌浆孔后序灌浆孔段涌水量较前序孔段有明显减小。

表2　9#～13#坝段基础帷幕灌浆情况列表　(kg/m)

表3　9#～13#坝段基础帷幕灌浆检查孔压水试验成果表

(4)透水率超过设计标准的段位地质情况较复杂，构造和风化裂隙密集，裂隙倾角较陡，结构面错综复杂。

3.2加密帷幕灌浆成果分析

9#～13#坝段加密帷幕灌浆设计工程量2 900 m，本工程自2013.11.25开始至2014.06.08全部完成，灌浆孔共58个孔，其中I序孔15个平均单耗21.93 kg/m；II序孔14个平均单耗17.82 kg/m；III序孔30个平均单耗12.72 kg/m。

灌浆检查孔压水检查成果见表4。

表4　9#～13#坝段加密帷幕灌浆检查孔压水检查成果表

从透水率情况上看：

(1)通过灌浆压力的快速提升，第6段已达到设计压力5.0 MPa，使浆液辐射范围增大；屏浆、待凝时间延长，有利于使已灌入细微裂隙中的浆液长时间处于受压状态，达到较好的灌浆效果。

(2)加密帷幕灌浆共布检查孔5个，压水试验55段，透水率q<1 Lu的49段，透水率1～3 Lu的6段，合格率100%，单段最大透水率，其值为2.24 Lu，小于防渗标准3 Lu达到合格。

(3)从帷幕检查孔取出的岩芯中可见水泥结石，颜色较深，宽度0.2～5 mm的裂隙中，充填密实，强度较高，粘接较好，断层部位充填也较良好。

(4)帷幕灌浆施工前，将灌浆廊道中的扬压力观测孔和幕后主排水孔全部封堵，帷幕完工后，重新原孔扫孔28个扬压观测孔和46个排水孔。观测结果显示：扬压力很小，并且比较稳定，折减系数α2均小于0.2(设计值为0.25)；46个排水孔排水总量76.84 L/min，较灌前所测排水总量276.3 L/min相比，有较大程度减小。46个排水孔中有涌水的35个，占总孔的76.1 %，大于1 L/min的17个，占48.6 %。最大的两个孔排水量分别为8.2 L/min和5.4 L/min；小于1 L/min的18个，占51.4 %，没有涌水的11个，占23.9 %。

(5)加密帷幕灌浆结束后，经过2个月的观察，排水孔的涌水量有明显减少。

4结论

藏木水电站河床坝段坝基帷幕加密灌浆，根据地质条件和工程需要，选用超细水泥进行灌浆是适宜的。在9#～13#坝段采用高压灌浆工艺和超细水泥对微细裂隙进行灌注和处理涌水十分有效，提高了灌浆帷幕的防渗能力。降低了坝基压力减少了排水孔排水量，提高了大坝坝基安全度。加密帷幕灌浆质量良好，灌浆效果较明显，满足设计要求。

参考文献

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[2]龚晓南. 地基处理手册[M].中国建筑工业出版社，2000.

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[4]张景秀. 坝基防渗与灌浆技术[M].中国水利水电出版社，2002.

[作者简介]宋四红(1977～)，男，主要从事水利水电施工管理工作。

【中图分类号】TU712.4

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-11-17