无盖重式固结灌浆在观音岩水电站坝基施工中的应用

2017-01-09陈建军

四川水利 2016年3期

关键词：观音岩压水孔口

姚杰，陈建军

(1.中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130； 2.中国水利水电第七工程局观音岩项目部，四川攀枝花，617012)

无盖重式固结灌浆在观音岩水电站坝基施工中的应用

姚杰1，陈建军2

(1.中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130； 2.中国水利水电第七工程局观音岩项目部，四川攀枝花，617012)

位于边坡区域的固结灌浆，一般只能采用无盖重式，这是因为灌浆区域位于大体积混凝土的一侧而不是下部，混凝土浇筑完成后再施工固结灌浆就会增加混凝土内钻孔深度，从而增加工期；而且大体积混凝土浇筑一经启动，留给固结灌浆的时间非常有限，故无盖重式固结灌浆技术的研究非常重要。无盖重式固结灌浆在观音岩水电站26#～27#坝段边坡区域的成功应用，再一次证明该项技术是成熟的，对其他工程项目无盖重式固结灌浆有一定指导意义。

无盖重固结灌浆观音岩水电站施工工艺

1 工程概况

观音岩水电站位于云南省丽江市华坪县与四川省攀枝花市交界的金沙江中游河段，为金沙江中游河段规划的八个梯级电站中的最末一级，为一等大(1)型工程，以发电为主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合利用功能。水库正常蓄水位1134m，库容约20.72亿m3，电站装机容量3000(5×600)MW。

坝基固结灌浆是与混凝土施工紧密进行的，为了避免影响整体工程进度、避开施工干扰和对接触灌浆施工的不利因素，经过区域生产性试验成果分析，对26#～27#坝段边坡的固结灌浆进行了无盖重固结灌浆。

本工程无盖重固结灌浆施工桩号，为坝纵0+599.651m～0+648.651m,坝横0-015.000m～0+081.000m范围。固结灌浆孔根据地质情况及孔深情况分为两个灌浆区域(A1、A2区和B1区)，岩体内钻孔及灌浆工程量为9568m。

坝基下伏基岩以细粒砂岩为主，夹粉砂岩、少量泥质粉砂岩，各层的岩性比例有差异。总体岩层产状N30°～40°E，SE∠55°～∠65°为斜逆向岸坡。

坝轴线下游岩层中分布有钙质砾岩、钙质含砾砂岩、钙质砂岩，存在钙质流失而形成的溶蚀孔洞和砂糖状钙质流失带，一般发育深度至90m左右，局部深达110m～120m。

泄水消能段以微风化岩体为主。岩层中发育钙质砾岩、钙质含砾砂岩、钙质砂岩现象，并伴有钙质流失现象且夹有泥质岩层。

施工区部分区域沿挤压面泥化现象和溶蚀现象较为普遍，给施工造成较大难度。

2 施工中的重难点及对策

本工程固结灌浆工程量大、工期紧、施工强度高，且工区地质条件复杂，裂隙发育，溶蚀现象较为严重。加之无盖重固结灌浆是裸岩灌浆，坡表浆液渗漏严重，表层段(卡塞段)未能进行灌注，存在一定的灌浆盲区，这给灌浆施工造成了很大难度，对灌浆质量有一定影响。无盖重固结灌浆是在脚手架上搭设施工平台进行施工，属于高空作业，存在一定安全隐患。

灌浆施工的快速完成是施工区混凝土浇筑顺利开展的主要条件，且其灌浆质量关系着整个工程基础的稳定性，因此灌浆的进度、质量及安全保证将是本工程的一大重点。

相关对策及措施如下：

(1)合理安排进度计划。熟悉混凝土施工在本区域内的生产计划，抓住有利时机见缝插针，有条不紊地安排生产；

(2)采取高效、高质量的施工方式。合理布置临建设施，选择技术先进、性能好、效率高、对工程适用能力强的施工设备，采用合理成熟有效的施工工艺，保证施工进度及质量；

(3)健全质量管理。严格实行三检制，把质量责任落实到人；投入具有丰富经验的技术工人，充分利用高水平学术机构、大学等的技术优势，积极向基础处理领域的专家请教咨询，以高标准确保建设。“精心施工，严格管理”对相关施工工人进行技术交底及培训；

(4)加强浆液质量控制。紧抓原材料质量控制；合理有效布置制浆、输浆系统，确保浆液供应的时效性和连续性，规范化配浆，保证以最佳质量的浆液用于灌浆。为此，我部专门在高程1040m平台建立了两套高效、环保、节能集中制浆站；

(5)紧抓过程控制。从孔位孔向的确定至灌浆封孔结束，全程严格进行工序质量控制，杜绝灌浆过程中造成人为质量事故；

(6)加大资源投入。根据本工程地质条件，结合以往类似工程施工经验确定施工工效，配备足够的施工设备和人力资源并考虑一定的富余，保证工程按部就班进行。同时，我部还投入了大量的赶工资源，在一定程度上保证了坝基多个施工部位能同时顺利开展；

(7)灌浆试验指导。由于灌浆施工区地质情况较为复杂，因此我部特别重视灌浆试验，通过试验来检验设计工艺、参数的可行性和灌后效果，积累区域内有代表性地质条件的灌浆方法，以形成成熟可靠的施工、控制和检查方法，保证工程快速、保质施工；

(8)边坡表面渗漏处理。本工程固结灌浆是在无盖重混凝土情况下进行，未能实现坡表封闭。在裂隙较为发育情况下，浆液会从通道渗漏出坡表，这不仅会释放出灌浆压力，还会造成浪费及污染。对此，在灌浆前进行简易压水，找出渗漏点，采用表面水泥嵌缝封堵(必要时可采用早强材料进行)、棉花封堵及低压、限流的方法进行处理，尽量达到设计压力，保证灌浆质量；

(9)表层段(卡塞段)补强处理。无盖重情况下，灌浆时孔口有一定深度因为卡塞未能进行灌注，为了保证灌浆质量，加强大坝稳定，特对表层段进行补强处理。孔口段3m灌浆后不做封孔处理，在孔口预埋200mm×200mm钢板和灌浆管(伸入距孔底50cm)引至混凝土仓外，待混凝土浇筑厚度不低于2m后补灌，灌浆压力0.5MPa。此表层段检查孔采用手风钻φ50mm钻头钻孔，入岩1m，成孔后进行压水试验和声波检测；

(10)健全安全管理体制。设立专门的安全机制，投入具有丰富经验的安全人员，对施工区进行安全巡视监督管理；加强工人安全教育及培训；特别对本区内的边坡落石、高空作业、排架安全等危险源的注意事项进行交底，保证施工安全顺利进行。并注意在钻孔过程中，冲击器的冲击力对表层松动块体的扰动塌落。

3 无盖重固结灌浆施工

3.1 固结灌浆的布置与分区

无盖重固结灌浆分布于26#～27#坝段边坡上，分为A区和B区，A区孔深20m，B区孔深8m，加密区孔深30m。物探孔孔深A区25m，B区13m。孔排距2.5m×2.5m，成矩阵式布置。钻孔孔径为φ76mm。

3.2 施工工艺流程

无盖重固结灌浆采用自下而上分段卡塞灌浆法，具体施工工艺如下：

(1)搭建排架→钻机定位→全孔一次钻进至终孔→钻孔冲洗、孔底段压水→自下而上分段卡塞灌浆→表层段补强灌浆

(2)表层段补强灌浆施工工艺：

预埋200mm×200mm钢板→预埋灌浆管(伸入距孔底50cm)→引至混凝土仓外→待混凝土浇筑厚度不低于2m→补灌

3.3 施工工艺

3.3.1 钻孔

无盖重固结灌浆以YXZ-10A型风动潜孔钻钻进为主，并结合地质钻机进行检查孔施工，同时可一次性对同序孔进行多个成孔。钻孔孔径为φ76mm，钻孔方向为垂直于岸坡岩面，钻孔孔斜不超过孔深的1/40。钻进过程中，认真记录钻进时间和进尺、岩层岩性、返水颜色等数据，特别对所遇岩层、岩性变化，发生掉钻、坍孔、钻速变化、回水变色、失水、涌水等异常情况要详细记录。钻孔取芯全部采用XY-2型地质钻机回转钻进，采用金刚石钻头或硬质合金钻头。钻孔每一循环的最大长度限制在3m以内。对于1m或大于1m的钻进循环，若芯样获得率小于80%，则下一次减少循环深度50%；以后依次减少50%，直至50cm为止。如果芯样的回收率很低，更换钻孔机具或改进钻进方法。

3.3.2 钻孔冲洗及压水试验

回转钻进钻孔(如检查孔)直接向孔内通入大流量水流进行洗孔，灌浆孔钻孔结束后先用压力风反复吹孔，之后从钻杆通水或下入水管通水的方法冲洗，冲净孔内岩粉岩屑，至孔内残存的沉积物厚度不超过20cm。施工过程中若完成钻孔的多个灌浆孔不连通，可采用不下塞风水联合冲洗。冲洗水压采用80%的灌浆压力，且最大压力不超过1MPa，冲洗时间20min；冲洗风一般采用50%的灌浆压力，且最大压力不超过0.5MPa。因故中断时间超过48h者，在灌浆前重新进行裂隙冲洗。当邻近有正在灌浆的孔或灌浆孔结束不足12h时，不得进行裂隙冲洗。

压水试验在裂隙冲洗后开始，采用“简易压水”或“单点法”进行，直接利用灌浆泵送水。试验压力以孔口压力计，五点法和单点法压水试验按DL/T5148中附录A执行。简易压水试验压力为灌浆压力的80%，且不大于1MPa，所有灌浆孔灌前均需做“简易压水”试验，在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行，得出灌前的岩体渗透系数。采用自下而上灌浆法时，灌浆前在孔底段进行一次简易压水试验，试验压力一般为灌浆压力的80%～100%，当压力超过1MPa时，压力取1MPa；压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

3.3.3 灌浆

3.3.3.1 一般情况无盖重灌浆

26#～27#坝段有盖重固结灌浆在碾压混凝土直线工期预留的一定时间施工，检查孔施工安排至下一个混凝土层面的预留期或间歇期内完成。

无盖重固结灌浆采用综合灌浆法，对于一次性成孔的采用自下而上的分段卡塞灌浆方法，对于不能一次成孔的采用自上而下分段卡塞法施工。物探孔每个灌浆单元选取5%的I序孔进行，孔深比原孔设计孔加深5m。施工方法：钻孔第一段后进行单点法压水，再钻孔下一段及压水，至终孔后进行全孔声波检测，然后自下而上进行分段灌浆，并在一定范围内进行两孔对穿声波检测。

灌浆过程中灌浆压力要严格控制，一般不超过1.0MPa，并注意抬动情况。具体分段及压力详见表1。

表1 分段灌浆段长与压力

对于物探孔(灌前单点法压水孔)，需加深孔深5m作为一段进行压水灌浆。灌浆压力为：第一段(0.4MPa);第二段(0.6MPa～0.8MPa)；第三段(0.8MPa～1.0MPa)；第四段(1.0MPa)。

3.3.3.2 特殊部位无盖重固结灌浆

在地质条件较差部位的灌浆孔，可不进行分序施工，钻孔过程中如果遇到≥0.5m的溶蚀段，冲洗和钻开相邻孔，孔间有通道可利用风水联合冲洗或灌浆压力80%的压力冲洗，将泥质和夹砂尽量置换，冲洗后灌注该段。灌浆时预留一个孔作为泄压及排气孔外，其他孔可以并灌。预留的孔待串出浓浆后即可封堵，灌浆结束后进行扫孔灌浆。

地质条件差的特殊部位采用综合灌浆方法，根据实际情况划分段长。在钻孔过程中，当遇到地质条件原因不能继续钻进时，可先进行灌浆施工，待凝后进入下一道工序。

特殊部位灌浆严格控制灌浆压力，一般不超过1.0MPa，并注意抬动情况。采用灌浆压力为：第一段(0.3MPa～0.4MPa)；第二段(0.6MPa～0.8MPa)；第三段(0.8MPa～1.0MPa)；第四段(1.0MPa)。其他原则参照一般灌浆孔执行。

3.3.3.3 无盖重表层段固结灌浆措施

(1)无盖重表层段固结灌浆原因。灌浆过程中由于卡塞位置的影响，在孔口段表层约0.5m范围内岩体无法进行固结灌浆处理，故在混凝土浇筑以后须对此段进行灌浆施工，灌浆工程量约155.5m；

(2)孔口段3m灌浆后不做封孔处理，在孔口预埋200mm×200mm钢板(中空)和灌浆管(伸入距孔底50cm)引至混凝土仓外，待混凝土浇筑厚度不低于2m后灌注。

孔口钢板用水泥固定在岩壁面，并对接触缝进行嵌缝处理；孔内预埋管采用φ25mm铁管，穿入铁板中空位置，后焊接接触缝。在混凝土浇筑前，采用普通1″PVC管连接φ25mm铁管，单孔引至一定位置(实际长度根据实际施工情况确定)，在混凝土浇筑间隙时间进行灌浆施工(如图1所示)。

图1 孔口预埋灌浆管示意

3.3.4 灌浆材料

灌浆用水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O42.5，细度要求为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。灌浆用水要符合JGJ63规定。

3.3.5 浆液水灰比及变换原则

3.3.5.1 灌浆水灰比按照3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1由稀到浓逐级变换，当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不改变水灰比。

3.3.5.2 当某一比级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注。当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，进行越级变浓。

3.3.6 灌浆结束标准

在规定压力下，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min，灌浆结束。

3.3.7 封孔

孔口段3m灌浆后不做封孔处理，需进行表层补强灌浆预埋管预埋。灌浆结束后，封闭PVC管，待浆液凝固割除外露灌浆管。对脱空段、孔口采用砂浆封填密实并抹平。

3.4 无盖重固结灌浆质量检查

无盖重固结灌浆采用检查孔压水试验和声波检测进行质量检查。26#坝段无盖重固结灌浆压水试验共计施工31个孔105段次，透水率均少于3Lu，符合质量标准。其中，透水率小于1Lu的27段占25.7%；透水率大于1Lu小于2Lu的52段占49.5%；透水率大于2Lu小于3Lu的26段占24.8%。27#坝段无盖重固结灌浆压水试验共计施工27个孔85段次，透水率均小于3Lu，符合质量标准。其中，透水率小于1Lu的27段占31.8%；透水率大于1Lu小于2Lu的45段占52.9%；透水率大于2Lu小于3Lu的13段占15.3%。根据检测结果显示，透水率均小于设计规定的3Lu，符合质量标准。