論大河家水電站固結灌漿實驗

張國瑞

（中國水利水電第四工程局有限公司,西寧 810007）

1 工程概況

1.1 工程概況

黃河大河家水電站位于青海省民和縣官亭鎮與甘肅省積石山縣大河家鎮交界的黃河干流河段上，是黃河龍羊峽—青銅峽河段水電開發規劃中的第12個梯級電站，上游約5.8km是在建的積石峽水電站，下游約11km是已建的炳靈水電站庫尾。大河家水電站工程屬三等中型工程，主要開發任務是發電。本標段固結灌漿主要為廠房部位，共布置固結灌漿孔1000余個，本論文主要針對實驗塊（2#機A塊）統計的相關數據。

1.2 工程地質

廠房部位基巖為第三系紅層，總體巖層產狀NE23°NW∠15～19°和NW330°SW∠18～19°。巖性為粘土質粉砂巖、砂巖、砂巖夾礫巖，呈磚紅色，局部夾白色石膏膜，粘土質泥巖強度較低，允許承載力0.6～0.8MPa；基本無強風化，弱風化帶厚7.5～9m，巖體透水率大多小于1Lu，屬微透水。基礎置于弱化巖體上，進行適當的補強處理后，承載力和變形可以滿足設計要求，施工要注意基坑排水和對粘土質泥巖的開挖保護，以防建基面巖體遇水軟化或失水崩解。

1.3 固結灌漿試驗完成工程量

固結灌漿試驗于2012年5月18日—2012年5月29日結束，歷經12天，（7月16日完成實驗塊最后一個檢查孔取芯）所完成工程量如表1。

表1

2 試驗目的、內容及試驗區范圍

2.1 試驗目的、內容

（1）灌漿前后采用測試巖體波速、鉆孔取芯等方法檢測固結灌漿的效果；

（2）推薦合適的灌漿材料配比和灌漿機具設備，選定活性摻料及外加劑的品種和摻量等；

（3）為設計、施工提供有關技術和工藝參數，如：孔距、排距、孔深、灌漿壓力等；

（4）為巖體破碎帶、層間溶隙等提出特殊的工藝和灌漿材料要求。

2.2 試驗區范圍

廠房標段固結灌漿試驗選在2#機A塊（樁號：壩軸線0+000.00～壩下0+010.50，壩左0+045.00～壩左0+068.0）為試驗部位，對墻下基巖進行固結灌漿，該試驗段蓋重混凝土中預埋有鋼管，管徑φ110mm，混凝土厚2.00～2.07m。試驗段共布置24個孔，間排距3m*3m，入巖8m。

3 試驗依據

《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL-T 5148-2001；

《黃河大河家水電站廠房土建及金屬安裝工程招標文件》技術文件；

黃河大河家水電站發電廠房工程固結灌漿圖紙及技術要求；

4 施工布置和資源配置

（1）施工布置。施工用電從箱式變壓器直接接出供12m3電動空壓機用，鉆機及灌漿泵等設備直接從工地配電盤接出使用。施工用風使用12m3電動空壓機，布置在上游引渠齒槽處，采用 108mm鋼管作為主風管鋪設至施工作業面，在施工作業面接支管進入鉆孔施工工作面。在施工作業面內，每50m設置一個帶閥門的接口，使用鋼絲編制管接至鉆孔設備。施工用水從系統供水干管處接取，沿施工面鋪設供水管路，管路直徑為 50mm，每隔50m左右設一個取水接口，供每個施工作業面用水。集中制漿站布置在廠房標段上游平地處，集中制備0.5:1水泥漿，用 50mm軟塑料管輸送0.5∶1水泥漿至各工作面，各工作面根據施工需要調配漿液，制漿站配備55 t水泥儲量的水泥庫棚。排水排污并入開挖與混凝土施工階段形成的排水排污系統。

（2）資源配置。根據工期要求和實際生產工效及施工進度計劃，勞動力投入和主要機械設備投入情況詳見表2和表3。

表2 施工人員配置表

表3 主要機械設備表

5 試驗步驟

5.1 原材料和漿液性能試驗

水泥為普通42.5R硅酸水泥，在業主中心試驗室內按設計要求對水泥細度進行了試驗，并提供試驗報告；壓力表在蘭州進行了率定，自動灌漿記錄儀、流量計、壓力傳感器由廠家技術人員進行了率定。

5.2 現場固結灌漿試驗

壩基固結灌漿在蓋重混凝土達50%設計強度后施工。

（1）抬動變形安裝。在灌漿過程中，為了防止抬動，設置了抬動觀測，抬動觀測孔深入巖石10m。

（2）鉆孔。廠房固結灌漿試驗的鉆孔采用風動100-D型淺孔鉆機，孔徑為Ф90mm。質量檢查孔采用地質鉆機鉆孔取芯，鉆孔入巖石8.0m，先造3m后造5m。先施工抬動觀測孔，再施工I序孔，后施工II序孔。

（3）孔壁沖洗。鉆孔結束后移開鉆機，采用高壓風對孔內外巖粉及雜物進行清理，清洗風壓力為0.25MPa。

（4）灌漿。固結灌漿按照梅花型布孔，分兩段灌注，第一段3m，第二段5m，分為兩序，先灌第I序，后灌第II序。在同一個單元或灌漿施工區內，先對該單元或灌漿區內處于外圍的孔進行固結灌漿施工，再逐步向該單元或灌漿施工區中心部位的灌漿孔進行固結灌漿。灌漿壓力為0.5MPa。

（5）固結灌漿孔封孔。灌漿孔結束后，采用“壓力灌漿法”進行封孔，并將孔口抹平。封孔灌漿水灰比為0.5:1，灌漿壓力為該孔灌漿壓力0.5MPa，在機械封孔后，采用水泥砂漿進行人工封孔，孔口抹平。

（6）灌漿質量檢查。灌漿結束14d后采用取芯壓水試驗的方法進行了灌漿質量檢查。采用“單點法”壓水試驗的方法進行，本試驗段檢查孔的數量2個，具體檢查孔的部位見固結試驗孔位布置圖。質量合格標準為：合格孔段的透水率值不超過1Lu。

另外，通過聲波檢測檢查施工質量，同一灌漿孔灌前灌后對孔壁巖石波速檢測進行對比，本試驗段共選擇三個聲波檢測孔，分別為G-I-5、G-I-7、G-I-19。

檢查孔和物探孔實驗結束后進行灌漿和封孔，灌漿和封孔方法及封孔材料同灌漿結束標準，在設計壓力下，注入率不大于0.4L/min，繼續灌注30min即可結束。

6 試驗資料及效果分析

6.1 灌前聲波檢測資料分析

根據對三孔灌前聲波檢測數據統計，波速達4000m/s以上的部位很少，最低波速達1470m/s，說明地層可灌性非常大。

6.2 單位耗灰量分析

在該試驗塊內第一段和第二段的單位耗灰量是有明顯區別的，第一序單位耗灰量：100kg/m，第二序單位耗灰量：64.84kg/m。詳見黃河大河家水電站發電廠房工程固結灌漿分序統計表。

6.3 抬動觀測資料分析

從21個灌漿孔的抬動資料上看， 0.5MPa的壓力灌漿過程中都沒有發生抬動現象，說明壓力沒有達到產生破壞混凝土的壓力。

6.4 灌后取芯及聲波檢測資料分析

從巖石芯樣上看，采取率為85%以上，巖芯比較完整，有個別巖心可看見水泥結石。從三孔灌后聲波檢測資料上看，波速相對灌前有顯著提高，證明該地層可灌性大。

7 結論

根據對試驗結果分析得出以下結論：

7.1 水灰比

采用3:1、2;1、1:1、0.5:1四個比級的水灰比都能滿足施工要求。

7.2 壓力

根據灌漿試驗結果及抬動觀測資料分析0.5Mpa的壓力不會對混凝土蓋重產生影響的，可保證灌漿質量，建議灌漿壓力采用0.5Mpa。灌前壓水的壓力為最大灌漿壓力的80%，采用0.4Mpa。通過高壓風對孔壁及裂隙進行清理，壓力為灌漿壓力的50%，采用0.25MPa。

7.3 抬動變形

通過固結灌漿試驗觀察，混凝土覆蓋層在灌漿過程當中從未發現抬動變形，但在以后的壩段施工中還是要安裝抬動觀測，以保證墊層混凝土和巖石的完整性不遭到破壞。

7.4 孔深

根據試驗數據顯示，固結灌漿孔深采取設計入巖8m時灌漿效果最佳。

7.5 孔、排距

灌后檢查孔布置在進漿量比較特征灌漿孔附近，從灌前和灌后壓水資料對比看，灌漿效果明顯，且壓水結果符合設計要求，所以在孔、排距為3.0m的布置是合理的。

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