高压灌浆在清江水布垭电站左岸趾板帷幕灌浆工程中的应用

-1-高压灌浆在清江水布垭电站左岸趾板帷幕灌浆工程中的应用[摘要]清江水布垭电站左岸趾板帷幕灌浆工程地处剪切带、断层、岩溶发育区，工程地质条件复杂，设计要求高，施工难度大。左岸趾板防渗帷幕采用“孔口封闭高压灌浆法”施工，质量检查结果表明帷幕防渗能力达到了设计要求。[关键词]高压灌浆清江水布垭电站左岸趾板帷幕灌浆工程1工程概况水布垭水利枢纽工程位于清江中游河段，坝址位于湖北省巴东县境内，是清江中下游梯级开发的最上一级工程，也是清江流域综合利用开发的龙头工程，具有防洪、发电、灌溉以及其它综合效益。工程主要建筑物为混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、右岸地下式电站厂房和放空洞等。面板坝最大坝高233m，水库正常蓄水位400m，总库容45.80亿m3。电站装机容量1600MW，多年平均年发电量39.20亿kW·h。两条导流隧洞布置在左岸，其出口位于溢洪道挑流鼻坎下方。坝址地层主要为二叠系茂口组P1m，栖霞组P1q地层，在左坝肩395～400m高程以上还有二叠系上统龙潭组P21地层分布；在斜坡地带河床部位分布有第四系残坡积、崩坡积、冲洪积及少量人工堆积物。龙潭组地层以页岩、硅质炭质页岩为主，岩石风化强烈；茂口组厚层至巨厚层灰岩坚硬完整；栖霞组岩层软硬相间，中厚层灰岩与炭泥质生物碎屑灰岩不等厚互层，其间多层面、多剪切带，性状差的主要剪切带有151#、131#、121#、101#、081#、061#等。坝址河段内断层发育，主要有NNW、NNE、NE三组走向。规模较大的Ⅰ、Ⅱ类过江断层有13条。对趾板地基稳定及防渗帷幕可能产生重大不利影响的F1、F12、F13及以F14为代表左岸趾板断层密集带，顺断层发育有规模较大的岩溶洞穴；还有一些规模次之的包括F11、F115、F20、F50等断层延伸穿过部分主堆石区及次堆石区，对堆石区地基的稳定性有一定影响并可能形成局部渗漏通道。茅口组灰岩属强岩溶化地层，栖霞组为强岩溶化与弱岩溶化相间的地层，两岸地表、地下岩溶十分发育；其中，左岸以VII号岩溶管道系统为主形成左岸岩溶相对发育区，左岸XI号岩溶管道系统从NE方向进入堆石区隐伏在大坝基础下。该区地下水类型主要有孔隙水、裂隙-溶隙水、岩溶洞穴水等。2帷幕灌浆施工工艺-2-2.1施工顺序①帷幕灌浆按分排分序加密、自上而下的原则，分Ⅲ序施工。②布置多排帷幕灌浆孔的部位应按先钻灌下游排、后钻灌上游排、最后钻灌中间排的顺序施工。③每排帷幕灌浆孔施工顺序：抬动观测仪器安装→先导孔（取芯）及灌浆→I序孔钻孔及灌浆→II序孔钻孔及灌浆→Ⅲ序孔钻孔及灌浆→灌浆质量检查孔钻孔（取芯）及压水检查→封孔质量检查孔钻孔（取芯）。④同一排上相邻的两个次序孔之间以及后序排上第I序孔与相应部位前序排上第III序孔之间在岩石中钻孔、灌浆间隔高差不得小于15m。2.2施工方法①钻孔本工程钻孔采用XY-2型地质钻机金刚石钻头钻进，其钻孔孔径：先导孔孔口段孔径为Φ91mm，以下各段为Φ76mm；其余帷幕灌浆孔孔口段孔径为Φ76mm，以下各段为Φ56mm。孔位偏差不大于10cm。钻孔过程中应采取可靠的防斜措施，保证孔向的准确；其孔斜偏差不得大于表1的规定，顶角大于5°的斜孔偏差值不得大于1°，方位角偏差值不得大于5°。表1钻孔孔底最大允许偏差值孔深（m）2030405060＞60允许偏差值（㎝）0.200.400.600.801.0≤1.5孔斜偏差值大于表1的规定时，应及时采取纠偏等补救措施，处理无效时应及时报告监理、设计等有关单位研究处理措施，孔斜测量应有记录。对于孔深大于60m的孔斜偏差以孔底偏差控制。先导孔在钻孔时，应进行取芯，其岩芯获得率不得低于80%（重大地质缺陷处除外）。②钻孔冲洗与压水试验a钻孔冲洗-3-帷幕灌浆孔在灌浆前均应进行钻孔冲洗，钻孔冲洗方法及结束标准为：每段钻孔结束后应立即用大流量水流对钻孔内的残留岩粉等进行敞开冲洗，至回水澄清后10min为止。钻孔冲洗后应测量并记录孔深，要求洗孔后孔底残留物厚度不大于15㎝。帷幕灌浆孔第1～4段在灌浆前应进行裂隙冲洗，裂隙冲洗的压力采用相应灌浆孔段起始压力的80%，但若该值大于1Mpa时，采用1Mpa；冲洗结束标准为至回水澄清后再延续10min为止，且总的冲洗时间不得少于30min。b压水试验帷幕灌浆先导孔的压水试验采用单点法，常规帷幕灌浆孔的压水试验采用简易压水法。帷幕灌浆孔灌前压水试验压力，一般采用相应灌浆孔段起始灌浆压力的80%，但当该值大于1Mpa时，采用1Mpa。单点法压水试验稳定标准：在稳定压力下，每5min测读一次压入流量，连续四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1L/min时，即可结束，取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值。简易压水试验：在稳定压力下，压水20min，每5min测读一次压入流量，取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值。c压水试验成果计算压水试验成果以透水率（q）表示，单位为吕容（Lu），计算公式为：q=Q/PL式中：q——透水率（Lu）；Q——压水流量（L/min）；L——试段长度（m）；P——作用于试段内的全压力（Map）。③水泥浆液制备帷幕灌浆用水泥采用强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥，其品质必须符合GB175-92规范的有关标准。不得使用小厂水泥。灌浆水泥应保持新鲜，细度要求通过80μm的方孔筛的筛余量不大于5%，同一灌浆孔中的水泥不得使用不同品种、不同厂家的水泥。浆液制备采用集中制浆站制备0.5:1的普通纯水泥浆液,各灌浆机组应测定来浆密度,根据需要调制使用。④灌浆-4-a灌浆机具配置灌浆泵：本工程灌浆泵选用3SNS型灌浆泵。灌浆自动记录仪:本工程灌浆必须配备使用经有关部门鉴定合格的灌浆自动记录仪，拟采用J31-B型多路灌浆自动记录仪控制灌浆全过程。灌浆塞：本工程灌浆塞采用YS型系列液（气）压灌浆塞及活塞式机械膨胀塞，该系列灌浆塞系我局自行研制的产品，适用于深孔阻塞式灌浆，前者主要优点是膨胀率高，但较易破损；后者的主要优点是不易破损，适应地层能力强，缺点是膨胀率有局限性。主要用在先导孔灌浆、压水及检查孔压水。b灌浆分段帷幕灌浆孔段长划分：第一段（接触段）一般为3m，第二段为1m，第三段为2m，第四段及以下各段一般为5m，地质缺陷部位经监理单位同意可适当缩短段长，终孔段根据实际情况，可适当加长段长，但最大段长不得大于8m。c灌浆方法和方式Ⅰ主帷幕灌浆孔的第1段（接触段）采用常规“阻塞灌浆法”进行灌浆，灌浆塞阻塞在岩面以上20cm砼内。第二段及以下各段采用“小孔径、孔口封闭、自上而下分段、孔内循环法”灌注。Ⅱ帷幕灌浆孔口管埋设孔口管须在第1段（接触段）钻孔、压水试验、灌浆结束后埋设；孔口管采用与钻孔直径相对应的无缝钢管；孔口管深度一般按深入基岩3m控制；孔口管埋设后须待凝3d，经检查合格后方可进行下一工序的施工；孔口管埋设后应注意并应重点检查的项目：钻孔孔斜、孔口管嵌入基岩深度、孔口管接头是否有脱节、压水检查外侧是否漏水；孔口管须镶铸牢实，如在钻孔、压水、灌浆时发现孔口管外侧冒水、冒浆时，须返工重新埋设。孔口管露出趾板面的高度宜在10cm左右。Ⅲ各灌浆段灌浆时，射浆管管口距孔底不得大于50cm，射浆管的外径与钻孔孔径之差不宜大于20mm。采用钻杆作射浆管时，应使用平接头连接钻杆。射浆管口距孔底距离不合要求者应重新安装。-5-Ⅳ灌浆过程中应经常转动和上下活动射浆管，回浆管宜有15L/min以上的回浆量，以防射浆管在孔内因水泥凝固而造成孔内事故。Ⅴ孔口无涌水孔段，灌浆结束后一般不待凝，可直接进行下一段钻灌作业。断层破碎带等地质条件复杂的孔段，灌浆结束后应待凝24h后方可进行下一段钻灌作业。d帷幕灌浆压力Ⅰ趾板基础帷幕灌浆的灌浆压力在非特别指明的情况下，一般按表2控制。采用分级升压方式逐级升压至设计（目标）灌浆压力。具体操作时，以相应灌浆孔段的起始压力为基准，按每0.1～0.2Mpa为一级，每级压力的稳压时间不应少于5min,当抬动变形异常时应延长稳压时间，第6段及以下各段灌浆时，稳压时间可根据抬动变形情况适当增减，当抬动值很小时，应尽快升至设计（目标）灌浆压力。表2帷幕灌浆压力控制表（MPa）段次（段长）I序孔II序孔III序孔起始压力目标压力起始压力目标压力起始压力目标压力第1段（3m）0.61.00.81.21.01.5第2段(1m)1.01.51.22.01.52.0第3段(2m)1.52.02.02.52.02.5第4段（5m）2.02.52.53.02.53.0第5段（5m）2.53.03.03.53.03.5第6段（5m）3.03.53.54.03.54.0第7段（5m）及以下3.54.03.54.03.54.0Ⅱ注入率较大的孔段灌浆时，除应严格按分级升压法灌注外，还必须协调灌浆压力与注入率的关系。具体操作时可按表3规定执行，特别注意压力为4Mpa及以上时，注入率应小于10L/min。表3注入率与最大灌浆压力关系表注入率（L/min）＜40＜3030～2020～10＜10最大灌浆压力（MPa）0.5～1.01.0～2.02.0～3.03.0～4.04.0-6-Ⅲ升压灌浆过程中，如变形值上升较快或已接近允许值时，应立即恢复到升压前的压力灌注。Ⅳ灌浆压力以孔口回浆压力为准，压力波动范围应小于灌浆压力的20%，摆动幅度应做记录。灌浆自动记录仪应记录间隔时段内灌浆压力平均值和最大值。Ⅴ为便于现场操作控制，回浆管路上的压力表可安装在灌浆自动记录仪附近，但应注意回浆管路上的压力表距灌浆孔间的管路长度不应大于30m，以保证回浆管路上的压力表值能较准确反映灌段实际灌浆压力。Ⅵ特别情况下灌浆压力达不到设计（目标）压力时，除非设计另有规定，否则应事先报请监理批准。Ⅶ帷幕灌浆特别是上部浅层岩体灌浆过程中，应加强对灌浆过程的控制和抬动变形监测工作。同时，亦应加强对趾板混凝土和周边岩体巡视，发现趾板裂缝或有其他抬动破坏征兆时，应立即停止施工，并及时报告监理人，待查明原因后另行处理。e灌浆浆液和变换Ⅰ帷幕灌浆浆液以普通纯水泥浆液为主，一般情况下不掺加任何外加剂。特殊情况下，经监理与设计批准后，可以在水泥浆液中加入外加剂或采用混合浆液。Ⅱ浆液水灰比：普通纯水泥浆液水灰比（重量比）采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等六个比级，开灌水灰比采用5：1。Ⅲ灌浆过程中，如灌浆压力保持不变，注入率持续减小，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液水灰比。Ⅳ变浆标准：注入量大于300L，且压力和注入量变化不大；灌注时间大于1h，且压力和注入量变化不大。Ⅴ当注入率大于30L/min时，视具体情况可越级变浓水灰比。Ⅵ灌浆过程中，应每隔15～30min测计一次浆液密度和回浆温度，浆液变换和灌浆结束时亦应测计浆液密度，测值应做相应记录。f灌浆结束标准当同时满足下述规定时，方可结束灌浆作业：在最大设计压力下，灌浆孔段注入率不大于1.0L/min时，保持回浆压力不变，采用孔内循环的灌浆方式（大循环自动记录仪与人工记录校验）延续灌注90min；灌浆全过程中，在最大设计压力下的总灌浆时间不少于120min。-7-g封孔Ⅰ帷幕灌浆全孔灌浆结束后，由监理人对孔深、全孔灌浆成果进行确认后应立即进行封孔。Ⅱ抬动观测孔、质量检查孔等封孔前必须将孔内污物冲洗干净，由监理人检查后方可进行封孔。Ⅲ封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力，浆液必须使用0.5：1的新鲜普通水泥浆。Ⅳ帷幕灌浆封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”。封孔时先采用新鲜的0.5：1的浓浆置换孔内的稀浆和水，待回浆管排出0.5：1的浓浆后，拆除孔内灌浆管，用灌浆软管作进浆管，补充注浆至孔口冒出0.5：1的浓浆，补充注浆时，进浆管上提过程中应一直保持在浆面以下，以免空气渗入浆液中，影响封孔质量。而后使用0.5：1的浓浆进行纯压式起压灌浆，持续灌浆时间达1h以上可结束灌浆封孔。Ⅴ已进行“置换和压力灌浆封孔”的灌浆孔，待孔内水泥浆液凝固后，应清除上部孔内的污水和浮浆，若上部空余段大于3m时，继续采用“机械压浆封