叶巴滩水电站导流洞固结灌浆试验与分析

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13个梯级水电站的第7级，上游为波罗水电站，下游与拉哇水电站衔接。坝址位于金沙江支流降曲河口下游600m，左岸属四川甘孜藏族自治州白玉县，右岸属西藏自治区昌都地区贡觉县。叶巴滩水电站左岸导流洞其岩性以δo43石英闪长岩为主，垂直埋深约52m～117m，发育共计10条小断层，洞段整体干燥。

2 试验依据

2.1 试验目的

(1)确定合理的施工方法，施工参数(灌浆流量、灌浆压力、灌浆密度)。

(2)验证设计提供的灌浆参数。

(3)验证施工设备和施工工艺的合理性、有效性。

2.2 试验检查标准

2.2.1 声波检测标准

声波检测在灌浆完成14d后进行，灌后检查孔的数量不少于灌浆孔总数的5%，对地质条件差的部位，根据实际情况增加检查孔的数量。单个检查孔声波检测合格标准如下：

Ⅱ、Ⅲ类围岩固结灌浆后声波波速Vp≥4800m/s的测点数不小于85%，声波波速Vp<4300m/s的测点数小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高10%。

Ⅳ类围岩固结灌浆后声波波速Vp≥3500m/s的测点数不小于85%，声波波速Vp<3100m/s的测点数小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高12%。

Ⅴ类围岩固结灌浆后声波波速Vp≥2800m/s的测点数不小于85%，声波波速Vp<2500m/s的测点数小于10%；或灌后全孔平均波速比灌前提高15%。

单个验收区段检查孔合格率应不低于85%，且不合格的孔不应集中在局部区域，否则应按监理人的指示或批准的补救措施进行处理。

2.2.2 压水试验方法检测标准

压水试验检查孔的钻进在灌浆施工完成7d后进行。检查孔的数量不少于灌浆孔总数的5%，导流洞灌后透水率为3Lu，检查孔的合格率应在85%以上，其余孔段的透水率不超过设计规定值的150%，且分布不集中。

3 试验区的选择与布孔

根据地层情况、入岩孔深、排距的不同，将左岸导流洞固结灌浆试验区域定为：左岸导流洞0+017-0+040，试验段孔位按间排距3m布置，入岩8m自下而上分段灌浆。

图1 试验区孔位布置

图2 试验区断面

4 室内浆材试验

适宜的灌浆材料和浆液是取得良好灌浆效果的重要因素。试验水泥拟用P.O42.5普通硅酸盐水泥，分别对水泥浆液的泌水率等物理性能及抗压强度等力学性能进行检测(见表1、表2)。

表1室内纯浆液物理性能试验结果

表2室内浆液力学性能试验结果

根据室内浆液试验成果，在科学分析的基础上，针对导流洞地质条件，水泥浆液选用水灰比2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个重量比级。

5 固结灌浆试验

5.1 钻灌工艺选取

试验钻孔设备为潜孔钻机(YQ100)。试验区混凝土盖重为1.5m，灌浆设备采用SNS30/20型灌浆泵配翰矽(GJY-VI)三参数自动记录仪。固结灌浆采用“自下而上分段灌浆法”进行灌浆，每段灌浆长度不大于6m。

5.2 灌浆试验的实施

(1)总施工流程：抬动观测孔→回填灌浆施工→固结灌浆施工→检查孔施工。

(2)抬动观测孔施工流程：全孔一次性成孔抬动观测孔→回填灌浆施工→固结灌浆施工→检查孔施工。

(3)固结灌浆试验孔施工流程：Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工，单孔施工流程详见图3。

图3 固结灌浆施工工艺流程

5.3 抬动变形观测

固结灌浆试验在有混凝土盖重(1.5m)的情况下进行。在压水试验、灌浆前、灌浆期间、以及灌浆施工全部结束后，均监测被灌岩体的抬动情况，抬动变形采用千分表进行实时观测，每隔10min记录一次千分表读数；抬动变形观测使用的千分表，经常检查，确保其灵敏性和准确性。具体布置为：导流洞底板布置1个垂直抬动孔，导流洞腰线以上布置1个抬动孔。

6 固结灌浆试验效果分析

6.1 各序孔单位注入量分析

Ⅰ序、Ⅱ序单位注入量分析详见表3。

表3固结灌浆试验段单位注入量

从上表看出II序孔单位注入量比I序孔单位注入量小，递减明显。单位注入量随灌浆次序增加而减小，符合灌浆一般规律。

6.2 注灰量分序区间频率分析

Ⅰ序、Ⅱ序单位注灰量分序区间频率统计详见表4。

表4试验段单位注灰量分序区间频率统计

灌浆每米耗灰量区间为：Ⅰ序孔注入量<100kg/m占总段数的7.89%，注入量100kg/m～200kg/m占总段数的59.21%，注入量200kg/m～400kg/m占总段数的28.95%，注入量≥400kg/m占总段数的3.95%；Ⅱ序孔注入量<100kg/m占总段数的38.16%，注入量100kg/m～200kg/m占总段数的60.53%，注入量200kg/m～400kg/m占总段数的1.32%，注入量≥400kg/m占总段数的0%。

从单位注灰量分序区间频率统计表可以看出，Ⅱ序孔单位注入量与I序孔单位注入量有明显的递减趋势，符合灌浆规律。

6.3 抬动观测分析

根据试验区灌浆孔及检查孔抬动观测资料分析，抬动值均为零，未发生抬动。说明灌浆过程使用的压力处于安全范围以内。

6.4 质量检查

6.4.1 压水试验

本试验区域于2018年5月29日开始进行灌后压水检查，压水检查结果详见表5。

表5压水检测结果一览

通过灌后压水检查，最大透水率为2.32Lu，最小透水率为1.04Lu。所有检查孔透水率均小于3Lu，压水合格。

6.4.2 声波检测

本次测试完成叶巴滩水电站导流洞试验单元固结灌浆共16孔，包括试验段固结灌浆灌前、灌后声波检测。

参照《水力发电工程地质勘查规范》(GB 50287-2016)的规定，得出叶巴滩水电站工程岩体完整性系数与岩体完整程度的关系详见表6。

表6叶巴滩水电站声波波速与岩体完整程度对照

完整程度完整较完整完整性差较破碎破碎完整性系数KvKv>0.750.75≥Kv>0.550.55≥Kv>0.350.35≥Kv>0.15Kv≤0.15平均波速Vp(m/s)Vp>52005200≥Vp>44504450≥Vp>35503550≥Vp>2300Vp≤2300

叶巴滩水电站导流洞岩性为石英闪长岩，在测试成果统计分析时，为计算岩体完整性系数取其完整岩块声波波速为6000m/s。

6.4.3 单孔声波

根据声波测试数据，并结合地质资料，对叶巴滩水电站左岸导流洞试验单元固结灌浆灌前、灌后各测试孔声波波速进行综合统计分析(不含混凝土衬砌段)，统计结果见表7。

表7左岸导流洞试验段固结灌前、灌后试验单元平均声波波速统计

由表7综合分析叶巴滩水电站左岸导流洞试验单元固结灌浆灌后物探测试单孔声波成果资料，可以得出以下结论：

试验单元灌后平均声波波速5242m/s；灌后岩体平均声波波速大于4800m/s，且Vp≥4800m/s的测试点比例大于85%；检查孔的合格率大于85%，此试验单元判定为合格。

7 试验成果建议

7.1 孔距与排距

通过本次试验段的成果分析，叶巴滩水电站导流洞固结灌浆的间排距按3m×3m是可行的。

7.2 钻灌方法与施工参数

7.2.1 钻灌方法

选用潜孔钻机(100b)进行钻孔，采取“自下而上分段灌浆”的工艺，每段灌浆结束后，即可开始下一段的灌浆，更有利于加快进度。

7.2.2 施工参数

(1)固结灌浆水灰比选用：2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个重量比级。

(2)固结灌浆分段长度值建议见表8。

表8灌浆分段长度建议值

注：以上段长在灌浆过程中可根据钻孔地质情况、灌浆分析资料作适当调整。

经过分析，根据试验区成果并结合本工程自身特点，建议将固结灌浆试验用压力做出一定调整，作为固结灌浆的设计压力，从而更好确保固结灌浆施工质量。具体灌浆压力如表9。

表9灌浆压力建议值

8 结语

通过本次灌浆试验得出如下结论：

(1)叶巴滩水电站导流洞固结灌浆孔位布置按照边长为3m的等边三角形布置，灌浆材料采用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，灌浆水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级的纯水泥浆液，并且施工过程中未发生抬动现象，由此可见，试验中的分段方式和灌注压力可以满足质量要求；

(2)根据试验区施工情况分析，采用“自下而上分段灌浆法”施工平均提高工效约1/4～1/3，在同样人力、设备资源情况下，能够在一定程度上增快施工进度，对导流洞总体施工进度有保证；

(3)根据本次试验灌浆可得出，试验段施工的参数和灌浆方法是可行的，建议叶巴滩水电站后续灌浆施工可沿用本试验段的灌浆方法和参数。