固结灌浆高强度施工管理和工艺探讨

第1页共16页小湾大坝特殊坝基地质条件下的固结灌浆和工艺探讨1.概述1.1.电站概况小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，在干流河段与支流黑惠江交汇处下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。小湾水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有不完全多年调节能力，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”。该工程由混凝土双曲拱坝（坝高294.5m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。水库库容为149.14×108m3，电站装机容量4200MW（6×700MW）,保证出力为1854MW，多年平均发电量为188.9×108kW.h。1.2.地层岩性本标段地质岩层为时代不明的中深变质岩系（M）及第四系。基岩岩性主要为黑云花岗片麻岩和角闪斜长片麻岩，两种岩层均夹薄层透镜状片岩。黑云花岗片麻岩，其中夹一层厚约160m～200m的角闪斜长片麻岩(P)及多层片岩。该层岩体中有高岭石化等蚀变现象，蚀变带层厚420m～740m，主要分布在坝后抗力岩体部位的③、④号山梁及其下游地段。角闪斜长片麻岩夹片岩，该层厚约100m～120m，主要分布在坝基和邻近坝基的坝后抗力岩体部位。片岩夹层平均间距约4m～20m，平均厚度约0.20m～0.35m。主要分布在坝基及上下游部位。第四系（Q）地层分布较广，分布在河床及河漫滩部位的冲积层（Qal）分选和成层性较差，具强透水性，厚度一般为16m～31m。分布在冲沟部位及平缓的山坡上的坡积层（Qdl）结构较松散，厚度一般为2m～5m，局部（冲沟附近）厚5m～10m。分布在冲沟地段及两岸陡坡下的山坳地带的崩积层（Qcol）块石以骨架形式存在，缝隙间一般充填砾质或碎石质粉土。第2页共16页1.3地质构造本标段内岩层呈单斜构造，产状为N7585W，NE7590。破裂结构面较发育，坝基建基面无I级断层分布，主要地质缺陷有：Ⅲ级断层F11、Ⅳ级结构面、微风化卸荷岩体和裂面高岭土化岩体、蚀变岩体（E4+5、E1、E9等蚀变岩带）。Ⅲ级断层F11，在高程1245m～1207m之间坝趾附近出露，与拱坝中心线呈小角度相交，向东延伸逐渐远离坝基，总体产状为N85°～90°W，NE∠75°～90°。断层破碎岩带宽约4m，由分布于上、下游侧的两个主裂面和破碎岩体组成，两条主裂带宽度分别为20cm～50cm、10cm～30cm，主要由灰绿色糜棱岩及碎裂岩组成。坝基Ⅳ级结构面产状主要为近EW向陡倾角，宽度一般为2cm～10cm，主要为片状岩、碎块岩夹糜棱岩等。另外，还发育有若干条较短小的近EW向陡倾角挤压面，一般宽度0.5cm～5cm不等，主要为片状岩、压碎岩及少量糜棱岩。坝基岩体裂面高岭土化现象主要分布在1190m～1235m高程F11上游侧约6m～10m范围，有挤压错动性质，较紧密，局部可见高岭土膜；分布于建基面1196m～1245m高程之间的岩体有具压扭性质，节理裂隙多紧密，面上见高岭土膜。坝前右岸大椿树沟至左岸饮水沟一线存在II级断层F7，与坝踵之间最近距离约50m。其总体产状近EW，N74°～90°，断层面呈舒缓波状，沿走向和倾向产状均有变化，局部倾角仅4550，有时反倾。其破碎带总宽度一般18.6m～37m，其中主裂带宽度一般为0.8m～2.5m，主要由灰白色断层泥和泥化糜棱岩组成，部分地段发育有两个主裂带，主裂带两侧主要为碎块岩和碎裂岩。1.4岩体风化、蚀变①岩体风化坝址地段岩体风化以表层均匀风化为主，在断层带、节理密集带、蚀变带和较厚的云母片岩夹层分布部位常出现局部囊状风化和夹层风化现象。坝址地段两岸强风化岩体底界埋深（铅直，下同）一般为10m～20m，右岸局部可达26m，河床部位一般无强风化岩体分布。弱风化岩体底界埋深一般为40m～50m，局部可达70m～88m，河床部位一般为23m～31.5m。第3页共16页②蚀变岩体本标地段分布有相对较大的蚀变带4条，有E1、E4、E5、E9，它们性状不一，其中以E5强度最低，E1、E9性状相对较好。延伸方向均以近SN向为主，局部追踪近EW向结构面发育。岩体蚀变以高岭石化蚀变为主伴随黄铁矿化蚀变，主要发生在黑云花岗片麻岩中。除以上规模较大的蚀变带之外，在本标地段还有零星发育的蚀变岩体，一般表现为沿近SN向节理两侧岩体发生蚀变，宽度一般为5cm～20cm，以轻微蚀变为主。另外，在较大的蚀变带附近，沿近EW向结构面有蚀变现象，多为轻微～中等蚀变。1.5.卸荷岩体本标地段河谷深切，相对高差达1000余米，岸坡陡峻,两岸山坡岩体卸荷作用强烈，卸荷裂隙发育。岩体卸荷深度发育一般规律是：在山脊部位明显大于冲沟部位，高高程部位大于低高程部位。山脊部位：强卸荷深度一般为10m～20m，卸荷深度一般为40m～90m；冲沟部位强卸荷深度一般为3m～20m，卸荷深度一般为15m～55m。低高程部位：强卸荷深度一般为3m～10m，卸荷深度一般为15m～40m；高高程部位强卸荷深度一般为15m～40m，卸荷深度一般为55m～90m。坝基建基面上在下列两个部位分布有卸荷岩体：①1150m～1070m高程之间近坝趾部位，呈长条形分布，在建基面上的出露宽度为0m～10m；②1010m近坝趾部位，呈长条形分布，建基面上的分布宽度为0m～3m（沿径向方向）。微风化卸荷岩体中卸荷裂隙间隔成带分布，裂隙微张～张开，部分有少量次生泥充填，带间岩体相对完整，部分片岩夹层有软化现象，部分节理裂隙有裂面高岭土化。卸荷裂隙主要为顺坡中缓倾角节理裂隙，产状为N0°～15°W，NE∠31°～45°，间距10cm～50cm，延伸长度一般3m～5m。1.6.地应力测试枢纽区位于山高谷深，区域构造挤压强烈，属中高地应力区，在河谷底部分布有高应力集中区。其测试成果见表1-5。平面地应力测试成果汇总表表1-5编号测点位置σ1′(MPa)σ2′(MPa)α(°)第4页共16页σ7-1PD7右壁63m5.201.40-80σ7-1’PD7左壁98m2.000.50-58σ7-2PD7右壁80m5.20-0.35-67σ7-2’PD7硐底（100m）15.002.305σ13-1PD13右壁28m1.26-2.65-58σ13-2PD13右壁58m10.202.40-43σ13-3PD13右壁83m20.102.80-49σ57-1PD57左壁48m10.003.60-26σ57-2PD57左壁58m17.806.70-60σ57-3PD57左壁73m10.804.70-54注：1.σ1′、σ2′代表垂直钻孔轴线的铅直平面内最大主应力、最小主应力，且σ1′、σ2′互相垂直。2.α代表最大主应力σ1与水平面的夹角，逆时针旋转为正。2.固结灌浆设计2.1.固结灌浆的布置及分区为提高坝基岩体的整体承载能力和适应小湾水电站高拱坝基础应力需要，大坝坝基基础岩面全部布置有固结灌浆，并依据坝体受力情况及地质条件分为A、B、C、D、E、F、G七个区段，固结灌浆孔位结合坝体冷却水管等综合情况布置。A区位于坝基中间部位，B区在EL990m以下河床坝段上游坝踵部位，C区在EL990m以上上游坝踵部位，D区在下游坝址部位，E区右岸建基面高程990.00m高程以上的地质缺陷集中区部位，F区在坝顶推力墩部位，G区在坝址贴角砼以外一定范围内的区域。固灌孔布置原则为：A区间排距为3.0×3.0m，B、C、D、F、G区间排距为2.5×2.5m，E区间排距为1.5或2.0m。各区固结灌浆的目的及重要性：B、C区的固结灌浆有补强帷幕灌浆作用，D区固结灌浆位于拱坝高压应力区，是小湾坝基固结灌浆提高承载力的重点施工部位。G区固结灌浆是补强D区的岩体整体承载能力，E区是重点解决地质缺陷集中区部位的岩体质量，其它A、F区由于对基础应力要求较低，坝基固结灌浆质量要求也相应较低。另外、为提高坝基浅表层岩体的抗剪强度，在EL1050m以下12～32坝段坝第5页共16页基有盖重固结灌浆孔内布置有3×∮32锚筋桩，入岩9～12m、砼内3～6m。2.2.固结灌浆的一般规定根据前期在EL1000.00高程附近无盖重灌浆生产性试验，由于坝基开挖卸荷和地应力回弹等因素，浅表层5m范围岩体裂隙发育严重，灌浆质量难以保证，设计决定在EL1050.00m以下即12～32坝段进行有盖重固结灌浆，EL1050.00m以上其它坝段根据试验情况决定采取灌浆方式。有盖重固结灌浆要求本坝段砼最小盖重河床坝段不小于5～6m，岸坡坝段局部最小砼厚度不小于4.5m，灌浆坝段的两侧坝段砼厚度不小于3m且龄期不小于3d。为防止抬动，同排孔同时灌浆的最小安全距离不小于7m，若相邻孔有串浆时，不得同时施灌，只留一个孔灌浆，串浆孔用M20砂浆回填。有盖重固结灌浆施工一般在砼收仓3d后（强度大于10MPa）开始钻孔施工。2.3．固结灌浆工程量右岸大坝坝基固结灌浆工程量达到25.2万米，其中单个坝段工程量6266.0m，灌浆4420.0mm。最高月施工强度达12000m。2.4.固结灌浆施工工艺2.4.1固结灌浆总体施工工艺流程以一个坝段为一个施工单元，根据实际混凝土的浇筑情况可分子单元施工，每施工单元内的施工顺序如下：物探孔→抬动孔→I序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔（Ⅱ序排中奇数孔）→Ⅳ孔（Ⅱ序排中偶数孔）→检查孔→加密孔。2.4.2灌浆孔单孔施工工艺流程自下而上灌浆：钻机对中固定→钻出全孔→测量孔深→自下而上分段进行洗孔、压水→自下而上分段灌浆→安插锚筋桩→注浆→孔口二次回填自上而下灌浆：钻机对中固定→钻进第一段→钻孔冲洗→测量孔深→裂隙冲洗→简易压水→灌浆→钻进第二段→钻孔冲洗→测量孔深→裂隙冲洗→简易压水→依次至设计孔深→灌浆→插锚筋桩→注浆→孔口二次回填钻机对中固定→钻进第一段→测量孔深→钻孔冲洗、压水→第一段灌浆→钻至终孔→测量孔深→裂隙冲洗→简易压水→自下而上灌浆→封孔→扫孔→插锚第6页共16页筋桩→注浆→孔口二次回填2.4.3固结灌浆施工工艺⑴钻孔钻孔要求分序、分段进行，钻孔孔底偏差控制不大于1/40孔深，孔位偏差不超过10cm。对兼有锚筋桩的固灌孔钻孔孔径不小于∮90mm，其它孔孔径不小于∮50mm，除物探孔、检查孔必须采取回转钻机外，一般灌浆孔可使用适宜的钻机。钻孔过程中遇岩层、岩性变化，发生掉钻、塌孔、钻速变化、回水变色、失水、涌水以及打断冷却水管等异常情况，进行详细记录。②洗孔、压水钻孔冲洗分孔壁冲洗和裂隙冲洗，孔壁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，孔口返清水为止；裂隙冲洗采用高低压脉动冲洗，冲洗压力一般采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，采用1.0MPa，裂隙冲洗控制标准为回水澄清10～20min结束，总冲洗时间不少于20min，当临近的灌浆孔正在灌浆或灌浆结束不足24h，本段不得进行裂隙冲洗；压水试验必须在裂隙冲洗后24h内进行，否则灌前应重新进行钻孔冲洗。先导孔、灌后检查孔进行“单点法”压水试验，一般灌浆孔段的压水试验采用简易压水试验，“单点法”压水试验和简易压水的压力为灌浆压力的80%，若大于1MPa时，采用1.0MPa，遇到特殊情况则按设计通知执行。简易压水试验压水时间为20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算值。单点法压水试验稳定标准：在稳定压力下每5min测读一次压水流量，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，压水时间一般不少于30min。③灌浆Ⅰ序孔、Ⅱ序孔：采用自上而下分段灌浆法；Ⅲ、Ⅳ序孔先单独灌注第一段后，最后一钻到底自下而上分段灌注，灌浆段在洗孔、压水结束后应及时进行灌浆作业，因故中断时间超过24h，灌前应重新进行裂隙冲洗、压水试验。灌浆时应尽快达到设计压力，对于接触段及灌浆过程中注入量较大的孔段，采用分级升压或间歇升压法使灌浆压力与注入率相适应。钻孔结束待灌浆时，灌浆孔孔口应妥善保护，严防污水、污物流入孔内。灌浆压力、灌浆孔段长和灌前压水