第九章钻孔和灌浆工程

第九章钻孔和灌浆工程9.1综合说明9.1.1工程地质条件概述㈠地层岩性河床坝基岩性为P1q2厚层灰岩，顺河向裂隙发育，河床主要是沿裂隙、溶蚀裂隙的分散渗漏为主，属裂隙型渗漏，其渗漏量较小，但钻孔的透水率统计情况表明，20～40m范围内的基岩透水率仍然较大=；下伏P1L地层中泥页岩夹层发育，为防止夹层渗透变形稳定及降低坝基扬压力，进行防渗处理。左岸岩性与坝基一致，上游发育上泥坡暗河，下游沿f1断层岩体破碎，岩层褶曲发育，岩溶发育，且顺河向裂隙发育，因此构成岩溶管道渗漏与裂隙型渗漏相结合的绕坝渗漏形式。该渗漏形式漏水量较大，渗水沿上泥坡暗河或裂隙运动，故对左岸考虑绕坝渗漏及库首渗漏，综合进行防渗处理。右岸岩性为P1q2厚层灰岩可溶岩，岩溶发育，主要表现为溶洞及溶蚀裂隙，下游发育石米格岩溶管道水系统，因此右岸存在裂隙型渗漏及小型岩溶管道集中渗漏的可能。坝基P1q2灰岩为强岩溶含水层透水岩组，P1q1以可溶岩为主，中等程度岩溶化，下伏P1L隔水层厚度稳定，隔水性能良好，可作为坝基、坝肩的防渗依托。坝基防渗暂以进入P1L组隔水层5m作为坝基防渗下限。P1L隔水层倾角较缓，向下游缓慢抬升，坝肩两岸在较长的范围内仍以栖霞组强岩溶化透水岩组为主，坝肩防渗须向下游延伸接P1L隔水层，两岸防渗帷幕下限接P1L隔水层，形成接触式封闭帷幕。坝址区沿河床纵向自上而下依次出露二叠系下统茅口组（P1m）、栖霞组第二段（P1q2）、第一段（P1q1）及梁山组（P1L）地层，二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）地层仅出露于上坝址两岸陡壁之上的缓坡地带。第四系以崩塌堆积体为主，厚0～30m，分布于河谷两岸陡壁脚，其次为河床冲积层，残坡积层零星分布于缓坡平台上。㈡地质构造⑴断层坝址区地表测绘发现两条小断层f1及f5，f1从坝址下游Ⅱ号冲沟口横穿河流通过，产状为N10W，NE80，逆断层，断层错距5～10m，破碎带宽0.5～1m，左岸影响带宽逾100m，上盘岩体中见挤压褶曲及水平状小断层f5发育，岩体破碎，岩溶较发育；断层下盘影响带宽5～10m；f1断层在右岸破碎带及影响带宽度均不于左岸明显，影响带宽20～30m。⑵构造裂隙坝址区构造裂隙发育，根据平硐及地表裂隙揭露情况，对坝址区1500多条裂隙进行统计分析，坝址主要发育三组裂隙，第Ⅰ组裂隙近平行河向，裂隙发育密度约1.12条/m，间距一般0.5～1.0m，连通率为41%，该组裂隙近岸边后期有卸荷张开，局部沿之发育溶缝、溶隙或小溶洞，大多充填粘土；第Ⅱ组裂隙近于垂直河流流向，裂隙发育密度约1.32条/m，间距0.5～1.2m，连通率为35%，该组裂隙面多平直光滑，充填物主要为方解石，局部有溶蚀，形成溶缝、溶隙或溶洞；第Ⅲ组裂隙与河流斜交，裂隙发育密度约1.5条/m，间距0.5～2.0m，连通率为32%，该组裂隙面多平直稍粗糙，充填物主要为方解石。⑶卸荷裂隙坝址区卸荷裂隙主要发育方向为N60～70E，与河流流向一致。左岸为一高耸的陡壁，从平硐揭露情况来看，左岸卸荷带水平宽度20～25m，上宽下窄，多充填粘土，主要沿早期的第Ⅰ组构造裂隙卸荷张开而成。右岸坝轴线一带卸荷带水平宽度20m左右，往下游至Ⅱ号冲沟一带，卸荷裂隙受两个临空面的影响，主要以N60～80W方向较发育，该处下层陡壁高120m～150m，陡壁局部呈倒坡，两面临空，长期应力释放，形成的卸荷带较宽，根据右岸PD-8及PD-9号平硐揭示，卸荷带宽近40m，卸荷裂隙发育密集，延伸较长，多张开，或充填粘土，沿之常有溶蚀现象，并常有溶洞发育。⑷岩溶坝址区P1q2、P1m厚层灰岩为强可溶岩，P1q1中厚层灰岩、泥炭质灰岩夹泥页岩为弱可溶岩，P1L石英砂岩夹泥页岩及P2β玄武岩组为非可溶岩。两岸地表均有溶洞发育，溶洞规模较大。左岸坝线上游发育有K118溶洞，该溶洞沿N20W，NE75裂隙发育，发育高程960m，相当于Ⅲ级阶地高程，沿该高程在左岸尚发育很多小溶洞。在坝址下游Ⅱ号冲沟口，受f1断层影响，岩溶较发育，右岸发育一连串小溶洞，如K120、K121溶洞，发育高程为840m左右，对应于Ⅱ级阶地高程。坝址区两坝肩4个平硐中仅揭露3个溶洞，且其规模不大，表明坝肩可溶岩地层中不受结构面切割时岩溶发育不甚强烈。PD8、PD9两平硐由于受f1断层及危岩体卸荷的影响，溶洞较发育，共揭露溶洞10个，一般规模稍大。坝址区10个钻孔所揭露的溶洞2个，溶洞规模都较小，最大的为1.0m，无充填或充填少量粘土。通过河床钻孔揭示，河床岩溶发育不甚强烈，多以溶蚀裂隙及溶缝等现象为主。坝址P1q1灰岩、泥质灰岩夹泥页岩岩溶不发育，下伏P1L为灰色石英砂岩夹泥页岩，透水性小，为相对隔水层。岩溶发育特点①坝址P1q2、P1m灰岩两岸地表岩溶发育，多以溶洞及岩溶大泉为主，规模大，P1q1因为含有泥页岩、泥质灰岩，岩溶相对较弱；由于裂隙发育，受下部相对隔水层及隔水层的阻隔，河床浅部岩溶仍较发育，以溶蚀裂隙为主。②沿断层及结构面溶蚀强烈、集中，如两岸P1q2中暗河基本对应，f1断层带附近岩溶发育，沿裂隙发育有串珠状小溶洞。③岩溶发育呈层性，主要集中在800～810m、830～840m、950-960m高程，与目前河水位及II、Ⅲ级阶地有较好的对应关系。9.1.2帷幕灌浆设计说明左岸防渗线长1574m，右岸防渗线长829m，坝基防渗线长212m，防渗线总计2615m。由于两岸防渗帷幕线较长，结合大坝布置及岩溶水文地质条件，两岸防渗处理分二期进行：第一期为河床至f1断层并穿过f1断层，向两岸分别延伸约20m，一期左岸防渗线长约559m；右岸防渗线长约433m。各高程灌浆隧洞的二期范围分别为：左岸888m高程：K上左0+000.00～K上左1+015.00；右岸888m高程：K上右0+000.00～K上右0+395.15；左岸830m高程：K中左0+000.00～K中左0+361.07；二期根据隧洞开挖及先导孔（物探CT测试）结果情况，再确定是否进行灌浆处理。本标段包含二期灌浆隧洞的开挖、一期支护、混凝土衬砌、回填灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆及搭接孔灌浆。两岸分别布置三层灌浆隧洞，高程分别为888m、820m（左岸为830m）、785m；灌浆隧洞断面为3.0×3.9m（宽×高）。顶层（888.00m高程）灌浆隧洞对底板采用0.4m厚度的钢筋混凝土衬砌，局部地质有缺陷处视情况采用全断面钢筋混凝土衬砌；其余各高程采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬厚0.4m。同时为解决灌浆隧洞开挖、衬砌、灌浆的要求，左、右岸顶层灌浆隧洞利用上坝交通洞；在高程830m布置左岸施工支洞作为左岸830m灌浆隧洞的施工通道，在高程820m利用上游围堰施工支洞作为右岸820m灌浆隧洞的施工通道；在高程785m布置左岸灌浆施工支洞，以满足左、右岸785m灌浆隧洞的施工要求。灌浆工艺采用“孔口封闭，自上而下，小口径钻孔，孔内循环”高压灌浆工艺。初步确定最大灌浆压力为Pmax=4.0MPa。根据不同地质条件和建筑物不同部位分别布置双排孔与单排孔，K上左1+480.21m～K上右0+332.48m段及左、右岸f1断层带附近50m范围内设置两排帷幕孔，间距2.5m，排距1.2m，控制透水率为q≤1Lu；其余的部位设置一排帷幕孔，间距2m，控制透水率为q≤3Lu。其参数最终应以现场灌浆试验结果进行调整。在坝基灌浆廊道内靠下游侧布置一排排水孔，其孔深为帷幕灌浆深度的0.5倍，排水孔孔距均为3.0m，孔径均为110mm。在左岸中层830m高程、右岸中层820m高程和左右岸底层785m高程廊道靠坝头100m范围内向上和向下各布置一排排水孔，孔深向上30m，向下为帷幕灌浆深度的0.5倍，孔距为3.0m，孔径为110mm。9.1.3施工范围及工程量㈠施工范围⑴左岸888m灌浆隧洞回填灌浆、固结灌浆⑵左岸830m灌浆隧洞回填灌浆、固结灌浆（含搭接孔灌浆）；⑶左岸888m、830m灌浆隧洞内的帷幕灌浆及左岸830m帷幕下游侧排水孔；⑷左岸785m高程灌浆隧洞的施工支洞靠山体侧（K下左0+000.00～K下左0+295.00）的帷幕灌浆（含搭接孔灌浆）及帷幕下游侧排水孔；㈡工程量见表9-1工程量统计表表9-1序号项目名称单位工程量备注一大坝左岸一期防渗帷幕灌浆工程1回填灌浆m231032随机排水孔（ø50mm，L=3m）m2403固结灌浆3.1固结灌浆混凝土钻孔m7463.2固结灌浆基岩钻孔m44733.3固结灌浆t671按单元平均计算单耗量（1）＜100kg/mt35（2）100～200kg/mt365（3）200～300kg/mt100（4）300～500kg/mt100（5）＞500kg/mt714帷幕灌浆估算4.1帷幕灌浆混凝土钻孔m7114.2帷幕灌浆基岩钻孔m53915序号项目名称单位工程量备注4.3帷幕灌浆t16175按单元平均计算单耗量（1）＜100kg/mt154（2）100～200kg/mt1662（3）200～300kg/mt8550（4）300～400kg/m3088（5）400～500kg/mt2000（6）＞500kg/mt7214.4孔口管（钢管ø76mmL=2.4m）m20405搭接孔5.1搭接孔灌浆混凝土钻孔m4385.2搭接孔灌浆基岩钻孔m46725.3搭接孔灌浆t700按单元平均计算单耗量（1）＜50kg/mt44（2）50～200kg/mt383（3）＞200kg/mt2736排水孔（ø110mm）m1020二大坝左岸二期防渗帷幕灌浆工程1回填灌浆m21674序号项目名称单位工程量备注2随机排水孔（ø50mm，L=3m）m903固结灌浆3.1固结灌浆混凝土钻孔m4243.2固结灌浆基岩钻孔m25413.3固结灌浆t381按单元平均计算单耗量（1）＜100kg/mt20（2）100～200kg/mt207（3）200～300kg/mt100（4）300～500kg/mt30（5）＞500kg/mt244帷幕灌浆估算4.1帷幕灌浆混凝土钻孔m2214.2帷幕灌浆基岩钻孔m140004.3帷幕灌浆t4200按单元平均计算单耗量（1）＜100kg/mt40（2）100～200kg/mt431（3）200～300kg/mt2220（4）300～400kg/mt1000（5）400～500kg/mt321序号项目名称单位工程量备注（6）＞500kg/mt1884.4孔口管（钢管ø76mmL=2.4m）m5525搭接孔5.1搭接孔灌浆混凝土钻孔m1825.2搭接孔灌浆基岩钻孔m19365.3搭接孔灌浆t290（1）＜50kg/mt18（2）50～200kg/mt159（3）＞200kg/mt1136排水孔（ø110mm）m10009.2施工难点及应对措施㈠左岸上游发育上泥坡暗河，下游沿f1断层岩体破碎，岩层褶曲发育，岩溶发育，坝址P1q2、P1m灰岩两岸地表岩溶发育，多以溶洞及岩溶大泉为主，规模大，沿断层及结构面溶蚀强烈、集中，f1断层带附近岩溶发育，沿裂隙发育有串珠状小溶洞。如何处理好岩溶洞段涌水、涌泥的灌浆质量是帷幕灌浆的难点和重点。其应对措施如下：根据溶洞的类型确定灌浆方法：⑴溶洞较小、无充填物、无地下水活动时，采用灌注水泥砂浆法处理。⑵溶洞较小、无充填物、有地下水活动时，采用灌注水泥砂浆加水玻璃法处理。⑶溶洞较小、有充填物、无地下水活动时，采用高压水泥灌浆法或高压旋喷灌浆法处理。⑶溶洞较小、有充填物、有地下水活动时，采用高压水泥灌浆加水玻璃法处理。⑷溶洞较大，无充填物或充填物较少，无地下水活动时，可在其上、下游各钻设大口径钻孔，泵压回填高流态混凝土，待凝72h后，再进行高压水泥浆灌注，最后再增补适量斜孔补强，灌浆压力提高1.0MPa。或投入碎石再灌注水泥砂浆或灌注混合浆液。⑸溶洞较大，无充填物，有地下水活动时，先采用模袋投入级配料法或模袋水泥灌浆法进行堵水处理，再进行高压水泥浆灌注。⑹溶洞较大，有充填物时，采用高压旋喷灌浆法或高压灌浆法处理。⑺溶洞特征不明显，但耗浆量较大时，采用低压、浓浆、限量、限流、间歇灌浆，浆液中