向家壩水電站厚蓋重固結灌漿施工各環節質量保證措施的探討

王占先劉永昶丁時偉

（中國水利水電第四工程局有限公司　青海　西寧　810007）

向家壩水電站厚蓋重固結灌漿施工各環節質量保證措施的探討

王占先劉永昶丁時偉

（中國水利水電第四工程局有限公司青海西寧810007）

向家壩二期Ⅱ標段厚蓋重固結灌漿，主要集中在齒槽部位及升船機壩段固結灌漿，共分為九個壩段，即左廠①～左廠⑧以及升船機壩段。在高程EL.240m進行施工，平均混凝土深度為33.4m，最深混凝土深度為：37.6m，固結灌漿最深孔深為67.6m。為了加強厚蓋重固結灌漿施工中的質量控制，在認真分析了一期固結灌漿的基礎上，從測量放點、鉆孔、段長、開灌水灰比、漿比、壓力、抬動等重要環節制定了詳細的控制措施。通過以下施工質量控制措施的實行，自檢及第三方檢測均合格，優良率達到100%。證明了向家壩二期Ⅱ標段厚蓋重固結灌漿的質量控制措施行之有效。

厚蓋重；固結灌漿；質量控制；向家壩工程

1　概述

向家壩二期Ⅱ標段厚蓋重固結灌漿，共分為九個壩段，左廠①～左廠⑧以及升船機壩段。左廠①～左廠⑧壩段分布的地層是T32-4～T32-6-2，主要為中厚至巨厚層砂巖，巖石微風化或新鮮。區內斷層少，巖體較完整至完整。孔壁波速多在3000～4000m/s之間，RQD值50～70%。除斷層、夾層及影響帶外，一般巖體質量為Ⅲ1～Ⅲ2類；升船機壩段地層為T32-6-1和T32-6-2，主要為中厚至巨厚層砂巖，巖石一般呈微風化，局部存在中至強風化巖體。由于區內小斷層比較發育，斷層交匯帶部位巖體完整性差，大部分巖體較完整。巖體質量以Ⅲ1類為主，存在Ⅲ2類和斷層交匯帶的Ⅳ類巖體。

2　厚蓋重固結灌漿施工環節質量保證措施

2.1測量放點控制

為保證本標段所有固結灌漿孔位測放的精準度，所有的灌漿孔位由測量隊統一測放。對所需的標高基準點正確測設，在同一平面上引測高程點不得小于3個，并作相互校核，校核后3點的誤差不得大于3mm。取平均值作為該平面的控制點，控制點的個數不得小于施工孔位的10%且分布均勻，放至主要控制區域的關鍵點上。

2.2鉆孔控制

2.2.1鉆孔器具選用

鉆孔中，規定必須采用金剛石鉆頭或硬質合金鉆頭，嚴禁使用碾砂鉆頭。其目的就是盡量防止鉆孔巖粉或鉆孔碾磨料、碎屑堵塞裂隙通道！鉆孔巖粉堵塞通道的負面作用是相當大的。例如，有的地層在剛開鉆時鉆孔是不返水的，但隨著鉆孔的逐步進行，原來不返水的孔出現了返水。因此，就巖粉到底有多大的堵塞作用，進行了壓水試驗，結果耗水量為0。這個例子，能證明我們選用了自上而下分段灌漿工藝的合理性。

鉆頭直徑與鉆桿應相互匹配。鉆桿剛度大，鉆桿與孔壁的間隙小，鉆桿不容易彎曲，鉆孔時振動小，這樣，不僅能提高鉆孔精度，而且還可延長鉆頭的使用壽命（如表1）。

2.2.2鉆孔孔徑

表1　鉆頭直徑與鉆桿的匹配

鉆孔孔徑越大，切割裂隙的環狀通道越大，越利于灌漿；但孔徑大時鉆孔工效低，鉆頭成本也高。經多次試驗證明φ56mm的鉆頭最優越，因此，向家壩厚蓋重固結灌漿孔孔徑為56mm。

2.2.3鉆孔沖洗的控制

金剛石鉆進過程中需控制沖洗液的沖洗量。沖洗量太大，孔內無巖粉磨蝕胎體，金剛石顆粒露不出來，鉆進效率低；沖洗量太小，嚴重的造成鉆頭燒毀，輕者造成重復破碎巖粉，所以必須選擇合適的沖洗量。因此，對于φ56～φ76mm的鉆孔，其沖洗量宜控制在70～100L/min之間。

2.2.4鉆孔孔深控制

孔深不得小于設計規定深度，段長誤差不大于20cm，上段的誤差在下段消除，不得累積。

2.2.5鉆孔孔深檢測方法

（1）校定鉆桿、鉆具長度：用鋼尺測量每根鉆桿及鉆具長度，計算出總長再減去地上余尺。

（2）測繩量測：測繩系掛重物宜在500～1000g間，不宜過輕，否則難以判斷孔底位置，太重又會因測繩伸長而失真。

2.3灌漿壓力控制

灌漿壓力應盡快達到灌漿壓力，使用比較高的灌漿壓力，達到裂隙張開的臨界值（啟縫壓力），使漿液具有較高的能量擠入或穿入一些較軟的破碎巖體或較容易張開的縫隙中去，形成結石，從而提高巖體的承載強度、抗變形能力及抗滲能力。但是向家壩壩基巖石屬于緩傾角的以砂巖為主夾少量泥質砂巖的硬軟相間的巖相特征，在褶皺構造作用下沿巖性軟弱的夾層形成層間剪切帶——軟弱夾層，巖性巖相又復雜多變，壩址又處于糖房灣背斜的傾伏段，地質構造復雜。

在這種不具備使用較高壓力進行灌漿的巖體或部位，為了防止灌漿過程中產生抬動并提高灌漿效果，向家壩厚蓋重固結灌漿在控制灌漿壓力環節采用了如下措施：

（1）先進行低壓封閉灌漿，逐漸提高壓力。待巖體承載能力改善后，再升到所需要的壓力。

（2）進行分層灌漿，即按序將孔口1～3段先灌漿結束，然后再按序施工第4段及其他各段。

（3）一次升壓

當注入率比較小且不發生有害抬動變形時，就盡快升到設計壓力，然后按規定進行變漿（逐級加濃漿液），在設計壓力下灌至結束。

（4）分階段升壓

當注入率大（大于50L/min）且壓力又很低，就采用分階段升壓法。隨著灌注漿液的逐級變濃，注入率逐漸減小，就逐漸升壓，最后達到設計壓力，在設計壓力下灌至結束。根據特點，具體操作是以壓水試驗壓力為基礎，按照每0.05MPa為一級，逐級升壓至設計壓力，分級升壓，每級壓力的純灌時間不應小于15min。其具體做法是，可將壓力與注入率的乘積作為常數C，設某一時段的壓力為P（i或注入率Q）i，該時段對應單位時間注入率：

根據這個道理，編制出向家壩厚蓋重固結灌漿施工注入率與最大壓力的關系表，如表2。

表2　注入率與最大灌漿壓力關系表

2.4抬動變形控制

觀測孔抬動變形值的大小與距灌漿孔的遠近成反比，距灌漿孔越近，對灌漿壓力的敏感性就越大，其變形值亦越大。灌漿孔產生抬動變形的影響半徑隨地層結構的不同而不同，一般不會大于10m。因此，根據向家壩地質條件的特點厚蓋重固結灌漿抬動孔變形控制原則為如下：

2.4.1抬動孔距離分布控制

各抬動孔按照分布基本均勻、控制面積大致相等的原進行布置，單個抬動孔控制面積按80～90m2控制。

2.4.2各種檢測手段控制

應用了預埋抬動變形觀測儀、“鐵板凳”測量觀測、自動報警裝置觀測、人工抬動表觀測相結合的方式進行抬動變形控制。

2.4.3通過限制壓力控制

注入率來控制灌漿壓力從而限制抬動變形。隆巴迪指出：灌漿的上抬力F與灌漿壓力P、裂縫寬度τ的平方成正比，與漿液屈服點凝聚力C的平方成反比，如下式所示：

式中：F——上抬力；

P——灌漿壓力；

τ——裂縫寬度的一半；

C——漿液凝聚力（屈服點）。

所以，防止抬動要根據裂縫大小（或巖體破碎情況）來限制灌漿壓力，并使用濃漿，避免漿液流失及對破碎地層進行灌漿是非常有效的。

2.4.4群孔灌漿防抬動控制

一序排Ⅰ序孔兩孔同灌的距離按照8～10m，控制，垂直方向對照地質剖面圖，不能在同一結構面上同時灌漿，形成面壓引起抬動，一般不應小于10m。其它排序孔在垂直間距錯開10m，后吸漿量小于20L/min時，在無抬動情況下，可按正常排序施工。

2.4.5發生抬動時抬動值控制

當抬動值大于50μm時，及時采取降壓處理，對抬動值進行加密觀測，并進入預警狀態；當抬動大于80μm時，需進行降壓、限流、濃漿進行低壓慢灌，視情況可進行間歇灌漿；一次性抬動大于100μm或累計抬動達到200μm時，按照結束該段灌漿，繼續下一段施工。該孔施工完后暫不封孔，待該序排施工完后，后序排灌漿時適時復灌該段未正常結束的孔段。

2.5開灌水灰比及變漿標準控制

（1）漿液開灌水灰比（重量比）為2：1、1：1、0.8：1、0.5：1四個比級，一般采用2：1開灌，當壓水流量大于30L/min時，采用1：1開灌。

（2）當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不能改變水灰比。

（3）當某一比級漿液注入量已達300L以上、或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換濃一級水灰比漿液灌注。

（4）當注入率大于30L/min時，可視具體情況越級變濃水灰比。

2.6大涌水段的控制措施

產生涌水的原因有：與庫水相通；兩岸地下水位高；有承壓水等。根據向家壩壩基的地質特點，對于大涌水段的控制措施如下：

（1）在不發生抬動的前提下，加大灌漿壓力，把涌水擠走（使灌漿壓力=設計壓力+涌水壓力）。

（2）在增加壓力的條件下，延長灌漿時間，并以濃漿結束。在達到結束條件時改用水灰比為0.5：1的濃漿進行灌注。

（3）屏漿后，再加閉漿待凝措施。

（4）閉漿、待凝，待凝時間根據涌水壓力和注入量決定：

①涌水壓力為0.05～0.1MPa或單耗為3～20kg/m時，待凝24h；

②涌水壓力大于0.1MPa或單耗大于20kg/m時，待凝48h；

③涌水孔段經閉漿待凝處理后，重新掃孔到該段孔底觀測涌水情況，若無涌水，可進行下段鉆灌，若仍有涌水，應再次測記涌水量與涌水壓力并進行復灌，直至無涌水為止。

（5）縮短灌漿段長，對涌水段單獨進行灌漿處理。

（6）進行純壓式灌漿。

（7）必要時，在漿液中摻加適量的速凝劑。

2.7大耗漿量孔段的控制措施

（1）限流：灌漿流量按照不大于30L/min控制。

（2）限量：當單位注入量達800kg/m時，采用限流灌注；達到1000kg/m，時，采取間歇灌漿；達到1500kg/m時，待凝24h候，掃孔復灌。該段灌漿正常結束后方可進行下一段鉆灌施工。

3　效果評價

向家壩二期Ⅱ標段厚蓋重固結灌，共施涉及9個壩段，混凝土鉆孔23815m，基巖灌漿22460m，根據設計提出的《金沙江向家壩水電站二期工程固結灌漿和接觸灌漿施工技術說明書》，規定向家壩二期Ⅱ標段厚蓋重固結灌檢查結果以聲波檢測為主，壓水結果為輔。

3.1壓水檢查

檢查孔的數量應不小于灌漿孔總數的5%，進行現場檢查孔布置及施工。現場共布置檢查孔51個，壓水總段數214段，其中最大透水率為2.13Lu，最小透水率為0Lu，小于等于1Lu的116段，占總段數的54.2%，大于1Lu，的98段，占總段數的45.8%，全部滿足設計要求。在單元評定中優良率為100%。

3.2聲波檢測

根據三峽集團公司向家壩工程建設部要求，向家壩二期工程固結灌漿全面實行第三方檢查，第三方檢查孔的比例為灌漿孔總數的1.0～1.5%。固結灌漿聲波檢測分為灌前檢測和灌后檢測兩部分，灌前利用抬動觀測孔、同位聲波孔進行聲波檢測，灌后利用檢查孔、同位聲波孔進行聲波檢測，以全面了解灌前、灌后巖體波速的分布情況及灌后巖體波速的提高幅度，為灌漿質量的評價和驗收提供依據。壩基齒槽波速合格標準為：

（1）灌前平均波速＜3000m/s時，灌后聲波提高幅度≥10%，灌后聲波平均值≥3250m/s，且小于3000m/s的測點＜20%。

（2）灌前平均波速在3000～3500m/s時，灌后聲波提高幅度≥7%。

（3）灌前平均波速在3500～4000m/s時，灌后聲波提高幅度≥5%。

中國水電顧問集團中南勘測設計研究院向家壩水電站檢測項目部作為第三方對固結灌漿進行聲波檢測。共布置灌前灌后同孔同位聲波測試孔6個，灌前平均波速3681.17m/s，灌后平均波速為3979.34m/s，平均波速提高率為8.10%；灌前抬動共布置73個，灌前平均波速3655.78m/s，灌后平均波速為3891.44m/s，平均波速提高率為6.27%；同孔及非同孔綜合波速提高率為6.30%。聲波檢測全部合格。

4　結語

為了加強厚蓋重固結灌漿施工中的質量控制，在認真分析了一期固結灌漿以及前期施工經驗的基礎上，從鉆機選型、測量放點、鉆孔、開灌水灰比、漿比、壓力、抬動等重要環節制定了詳細的控制措施，保證了固結灌漿的質量，為今后施工類似蓋重及地質條件的工程，提供了寶貴的經驗。

TV543.5

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1673-0038（2015）30-0322-03

2015-5-6

王占先（1983-），男，助工，本科，主要從事水利水電建筑施工及基礎處理工作。