盖下坝水电站固结帷幕灌浆施工技术分析

李明柱，王锦江，金　辉，程　龙

（1.中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江杭州310004；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）



盖下坝水电站固结帷幕灌浆施工技术分析

李明柱1，王锦江1，金辉2，程龙2

（1.中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江杭州310004；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

［摘 要］盖下坝水电站为混凝土双曲拱坝工程，设计在坝基及两岸设置固结灌浆、帷幕灌浆。本文主要介绍工程固结、帷幕灌浆的施工方法、主要成果及在实际施工中的一些经验总结。

［关键词］拱坝；固结灌浆；帷幕灌浆；盖下坝水电站

1　工程概述

盖下坝水电站大坝为混凝土双曲拱坝，厚高比0.106，水库正常蓄水位392.00 m，最大坝高160.00 m。坝基及两岸廊道内布置有坝基固结灌浆、帷幕灌浆。坝基固结灌浆采用孔口灌浆塞封闭孔内循环灌浆，主要分二期进行：一期固结灌浆采用无盖重固结灌浆，随坝体浇筑进度逐层跟进；二期固结灌浆采用有盖重埋管法进行。帷幕灌浆主要布置在坝基及两岸的水平灌浆廊道、灌浆平洞内进行，上下层平洞的帷幕通过水平衔接帷幕连接，灌浆采用孔口封闭、孔内循环，自上而下灌浆法。

2　地质条件

长滩河流域属构造剥蚀中、低山地貌类型，工程区出露的地层主要为三叠系石灰岩、白云质灰岩、泥质白云岩、泥灰岩等碳酸盐岩类地层和粉砂质泥岩、长石石英砂岩等碎屑岩类地层。地质构造以褶皱为主，无区域性断裂通过。岩石溶蚀作用轻微，建筑物区断层少，规模也不大，两岸坝肩无缓倾角断层，缓倾角节理亦少见，岩体风化带和卸荷带厚度均不大，坝基岩体透水率普遍为弱～中等透水。坝址基岩岩质坚硬，岩体完整性、均一性均较好，拱坝建基面为弱风化岩体下部至微风化岩体上部，卸荷带在坝基范围已挖除。

3　灌浆施工方法及成果分析

3.1固结灌浆

3.1.1固结灌浆施工方法

固结灌浆分两序施工，先进行Ⅰ序孔，后进行Ⅱ序孔。一期固结灌浆随两岸坝段的浇筑逐层跟进，采用无盖重钻孔灌浆法，灌浆方式为孔内循环灌浆。基岩面0～3.0 m采用有盖重预埋铁管法，一期固结灌浆封孔后对灌浆孔封孔段上部进行1 m的扫孔，然后按照图纸要求埋设固结灌浆管，主管采用1.5寸铁管，进回浆支管采用1.0寸铁管，所有灌浆管的主管均引至坝后各层交通桥，所有灌浆管均进行挂牌标示。待盖重混凝土浇筑完成后进行二期固结灌浆施工。

1）固结灌浆工艺流程如图1，2所示。

图1　有盖重固结灌浆施工工艺流程图

2）孔位放样

采用仪器与人工结合的方法，先用仪器放出各工作面Ⅰ序孔，再用钢尺放Ⅱ序孔。

3）钻孔

所有钻孔均统一编号和分序，有盖重固结灌浆造孔采用回转式地质钻机金刚石钻进；岸坡段无盖重固结灌浆造孔采用地质钻结合手风钻钻孔。常规固结灌浆孔孔径不小于46 mm，岸坡接触段埋管法固结灌浆孔孔径不小于75 mm。

图2　预埋管固结灌浆施工工艺流程图

4）钻孔冲洗和压水试验

灌浆孔在灌浆前进行了孔壁冲洗和裂隙冲洗。孔壁冲洗采用由导管通入大流量水流从孔底向孔外冲洗的方法，直至回水澄清结束。裂隙冲洗是在卡紧灌浆栓塞后向裂隙中压入压力水流，使裂隙中的充填物被冲刷带出孔外。冲洗压力为灌浆压力的80%，该值若大于1 MPa时，采用1 MPa。冲洗至返水澄清后10 m in为止，但总的时间不小于30 m in。

压水试验按照《水利水电工程钻孔压水试验规程》，取5%的灌浆孔逐段作单点法压水试验，其余孔段结合裂隙冲洗进行简易压水。

5）灌浆

采用灌浆塞自上而下分段孔内循环灌浆方法，灌浆压力按设计压力执行。浆液水灰比采用3∶1，2∶1，1∶1，0.6∶1（或0.5∶1）（重量比）比级。开灌水灰比采用3∶1。

浆液变换标准：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；在正常灌浆条件下，当某一级水灰比的浆液单孔注入量达300 L以上，而灌浆压力和注入率均无明显改变时，变浓一级水灰比灌注；当注入率大于30 L/nim时，可根据具体情况越级变浓。

6）结束标准和封孔

①结束标准：在设计压力下，注入率不大于1.0 L/m in时，持续灌注30 m in可结束灌浆。

②采用“压力灌浆封孔法”封孔。浆液凝固后及时清除孔内浮浆和污水，用200号水泥砂浆回填密实。

7）特殊情况处理

①岸坡无盖重固结灌浆在右岸258 m高程附近出现了大量的绕塞返浆现象及灌浆孔周边裂隙冒浆现象，施工中采取了浓浆、降压、间歇、限流、待凝等措施，有效地解决了因裂隙发育出现的串浆、冒浆现象。

②在未进行埋管固结灌浆前，靠近岸坡的帷幕灌浆已经施工，过程中出现预埋固结灌浆管路串浆现象，及时采取了通水措施，未造成灌浆管路的堵塞。

8）质量检查

①试验质量评定以检查孔压水试验成果为主，结合物探测试结果和检查孔取芯、施工成果资料分析，进行综合评定。

②灌浆结束3～7 d后进行检查孔施工，14 d后进行灌后物探测试。检查孔取芯，岩芯应进行拍照、编录、描述、绘制钻孔柱状图，妥善保存，并按灌浆分段逐段作压水试验。

3.1.2固结灌浆成果分析

固结灌浆一期Ⅰ序孔单位注入量64.52 kg/m，一期Ⅱ序孔单位注入量31.7 kg/m，二期固结灌浆平均单耗24.14 kg/m，从以上数据可以看出各次序孔单位注入量递减明显符合灌浆一般规律。

固结灌浆共完成检查孔45个，压水55段试验透水率最大值为0.024 L/（m in·m·m），小于设计要求的压水试验透水率不大于0.03 L/（m in·m· m）的标准，压水试验结果满足设计要求。

3.2帷幕灌浆

3.2.1帷幕灌浆施工方法

1）主要原则及方法

①帷幕灌浆仰孔灌浆采用自下而上、394平洞的副帷幕灌浆采用自上而下、衔接帷幕灌浆采用由外向内的灌浆塞分段灌浆法，其他采用“小口径，孔口封闭、孔内循环”法，孔口封法灌浆的孔口装置见图3。

②衔接帷幕施工在该层和上层灌浆平洞及洞口连接廊道内的帷幕灌浆孔钻灌完成后进行，分两个次序施工，先进行Ⅰ序孔施工，再进行Ⅱ序孔施工。

③抬动观测

灌浆洞内混凝土底板设置抬动观测孔，在灌浆等有压作业中进行观测，防止底板抬动破坏。孔径φ76 mm，孔向均为铅直孔，孔深均为15 m。其装置如图4。

图3　孔口封闭器示意图

图4　抬动观测装置安装示意图

④帷幕灌浆按分序加密的原则进行，先进行Ⅰ序孔施工，再进行Ⅱ序孔施工，最后进行Ⅲ序孔施工。双排帷幕先进行主帷幕施工，后进行副帷幕施工。在先施工主帷幕应布置先导孔，每隔16 m利用一个Ⅰ序孔做先导孔。

2）帷幕灌浆施工工艺流程

各排帷幕孔按抬动观测孔→先导孔→帷幕灌浆Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→质量检查孔顺序施工。其各孔施工工艺流程：测放孔位→灌浆孔分序→抬动孔钻孔安装→首段钻孔→首段裂隙冲洗→压水试验→首段灌浆（抬动变形观测）→安孔口管次段钻孔→次段裂隙冲洗→次段压水试验→孔口封装器及射浆管安装→次段灌浆（抬动观测）终孔检测、灌浆→封孔→检查孔钻孔→压水试验→检查孔灌浆封孔。

3）主要工序施工方法

帷幕灌浆施工采用“孔口封闭孔内循环法”灌浆，其主要工序操作方法为：

①孔口管段钻进及灌浆：采用φ76 mm孔径钻进至基岩以上2 m，钻孔结束后，将孔底残留岩粉冲洗干净，然后将φ75 mm循环式止浆塞置于基岩以上20～50 cm混凝土内，进行压水试验，压水结束后，进行灌浆，按标准结束后，卸掉止浆塞，埋设孔口管。

②孔口管埋设：在第一段灌浆结束起塞后，立即在孔内安设φ73 mm孔口管，安设时在孔口缠绕麻丝并接上两用接头。用φ42 mm钻杆作射浆管，将0.5∶1.0浓浆注入孔底待孔口管外侧冒出浓浆后，即卸掉射浆及两用接头，再用0.5∶1.0浓浆补满孔口。孔口管选用φ73 mm无缝钢管，埋设后露出灌浆廊道底板或混凝土压浆板以上20 cm。孔口管待凝3 d后，进行下一工序作业。

③分段钻进灌浆：从第二段起改用φ56 mm小孔径分段钻进，利用孔口封闭器分段灌浆。各段均利用φ42 mm钻杆作射浆管，钻孔结束后，卸下粗径钻具将钻杆下至距孔底30～50 cm处，安设好进回浆管路及高压阀，再进行压水及灌浆，灌浆按标准结束后，不待凝即进行下一段钻孔作业，按此自上而下逐段进行灌注，直至终孔。

①孔位放样。采用仪器和人工相结合测放孔位。先用经纬仪放设帷幕轴线和先导孔，再由人工拉尺测放，确保开孔位置与设计孔位误差小于10 cm。

②钻孔。采用SGZ-Ⅲ，SGZ-IB型回转式地质钻机钻造，金刚石钻进。帷幕孔选用上海地质仪器厂生产的JJX-3A、KXP-1型测斜仪进行测斜，发现偏差及时采取纠偏措施。

③钻孔冲洗。钻孔冲洗应采用大流量清水冲洗，将孔内的岩粉等沉淀物冲出孔外，至回水澄清无沉淀物结束。裂隙冲洗时间可至回水清净时10 m in结束，但总的冲洗时间，单孔不小于30 m in，串通孔不少于2 h。冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1 MPa时，则采用1 MPa。

④压水试验。先导孔采用“单点法”孔口封闭自上而上分段压水；检查孔采用“五点法”压水自上而上分段阻塞压水（顶压式栓塞）；其它各次序孔的各灌浆段进行简易压水试验。压水试验压力为相应孔段灌浆压力的80%，该值若超过1 MPa时，采用1 MPa。压水试验按DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌浆技术规范》附录A执行。

⑤灌浆。帷幕灌浆水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度通过80μm方孔筛，筛余量不得大于5%；各部位灌浆压力按设计要求执行。灌浆浆液的浓度应由稀变浓逐级变换，水泥浆液水灰比（重量比）采用5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1（0.5∶1）等6个比级。灌浆浆液变换与固结灌浆变换标准相同。

⑥灌浆结束标准。帷幕灌浆采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法，在设计压力下，当注入率不大于1.0 L/m in时，继续灌注60 m in，灌浆即可结束。

⑦灌浆孔的封孔：全孔灌浆结束后采用泵压浆液方式封孔，具体要求为：封孔时阻浆塞应阻在混凝土与基岩接触面处，将射浆管伸至距孔底20～30 cm处，采用0.5∶1.0的浓浆，排除孔内稀浆后，起拔出射浆管再用1.5 MPa的压力纯压1 h方可结束；泵压封孔结束后，将阻浆塞等拔出孔口，再用0.5∶1.0的浓浆补满，浆液浓缩后孔口空余部分及时清除松软水泥结石，并将孔内污物冲洗干净，再用水泥砂浆（水泥∶砂∶水=1.0∶1.0∶0.5）封填、抹平；对有涌水的灌浆孔，封孔结束后，用胶球封闭孔口48 h，孔口空余部分按照上一条款封填。

⑧特殊情况处理。右岸394近坝肩部分灌浆孔钻孔时遇到掉钻现象，经判断为溶洞。在不具备灌注细石混凝土的条件下采取了孔口冲砂灌注的方法，该部位经检查满足要求。

⑨帷幕灌浆质量检查。帷幕灌浆质量检查采用钻检查孔取芯结合压水试验进行。检查孔采用五点法压水试验，压水压力为0.3，0.6，1.0，0.6和0.3 MPa。

3.2.2帷幕灌浆成果分析

帷幕灌浆注入量，主帷幕各次序孔注入量为：Ⅰ序孔单位注入量122.6 kg/m，Ⅱ序孔单位注入量44.9 kg/m，Ⅲ序孔单位注入量16.9 kg/m；副帷幕各次序孔注入量为：Ⅰ序孔单位注入量20.8 kg/ m，Ⅱ序孔单位注入量18.3 kg/m，Ⅲ序孔单位注入量7.9 kg/m；衔接帷幕各次序孔单位注入量为：Ⅰ序孔单位注入量25.6 kg/m，Ⅱ序孔单位注入量11.5 kg/m。根据各次序孔注入量分析，随着孔序、排序的递减，各次序孔单位注入量递减规律符合灌浆一般规律。

帷幕灌浆检查孔共布置149孔，进行五点法压水试验1 338段，合格1 336段，2段不满足设计要求的段次分布在两个不同部位，经补灌处理后满足设计要求。

4　经验总结

1）该工程中岸坡固结灌浆采用两期固结，二期固结灌浆采用有盖重埋管固结灌浆，这种方法较好地解决了接触段的混凝土盖重龄期与坝体混凝土浇筑的矛盾冲突，但是二期埋管固结与岸坡帷幕灌浆之间存在一定的冲突，岸坡附近的帷幕灌浆施工中发生了与二期固结灌浆孔串浆的现象，主要原因二期固结灌浆受岸坡接触灌浆制约导致二期固结灌浆施工时间在附近帷幕灌浆施工后，尽管帷幕灌浆施工时预留了一定的安全距离但是还是有串浆现象出现，施工中需加强对附近固结预埋管的观察，发现串浆及时采取通水措施，防止管路堵塞。

2）岸坡采用无盖重固结灌浆时，在岩石裂隙发育的部位易出现绕塞返浆现象，施工时采取了浓浆、降压、间歇、待凝等措施最终达到了灌浆结束标准。但是施工人员需密切观察防止长时间绕塞返浆造成灌浆塞无法拔出。

3）在坝基部位有盖重固结灌浆钻灌施工中，为有效地防止打穿下层混凝土中预埋的冷却水管应采用“管避孔”的办法，在布置每层冷却水管时，若管路布置路线在固结灌浆孔位上，则对冷却水管进行调整以保证钻孔位置不变。

盖下坝水电站施工已经结束并投产发电，灌浆质量满足设计要求。盖下坝高拱坝固结、帷幕灌浆的施工方法及过程经验总结，对后续拱坝灌浆施工可以起到借鉴作用。

［中图分类号］TV543+.5

［文献标识码］A

［文章编号］1002—0624（2016）07—0025—04

［收稿日期］2015-12-20