葉巴灘水電站導流洞固結灌漿試驗與分析

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13個梯級水電站的第7級，上游為波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接。壩址位于金沙江支流降曲河口下游600m，左岸屬四川甘孜藏族自治州白玉縣，右岸屬西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺縣。葉巴灘水電站左岸導流洞其巖性以δo43石英閃長巖為主，垂直埋深約52m～117m，發(fā)育共計10條小斷層，洞段整體干燥。

2 試驗依據

2.1 試驗目的

(1)確定合理的施工方法，施工參數(灌漿流量、灌漿壓力、灌漿密度)。

(2)驗證設計提供的灌漿參數。

(3)驗證施工設備和施工工藝的合理性、有效性。

2.2 試驗檢查標準

2.2.1 聲波檢測標準

聲波檢測在灌漿完成14d后進行，灌后檢查孔的數量不少于灌漿孔總數的5%，對地質條件差的部位，根據實際情況增加檢查孔的數量。單個檢查孔聲波檢測合格標準如下：

Ⅱ、Ⅲ類圍巖固結灌漿后聲波波速Vp≥4800m/s的測點數不小于85%，聲波波速Vp<4300m/s的測點數小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高10%。

Ⅳ類圍巖固結灌漿后聲波波速Vp≥3500m/s的測點數不小于85%，聲波波速Vp<3100m/s的測點數小于5%；或灌后全孔平均波速比灌前提高12%。

Ⅴ類圍巖固結灌漿后聲波波速Vp≥2800m/s的測點數不小于85%，聲波波速Vp<2500m/s的測點數小于10%；或灌后全孔平均波速比灌前提高15%。

單個驗收區(qū)段檢查孔合格率應不低于85%，且不合格的孔不應集中在局部區(qū)域，否則應按監(jiān)理人的指示或批準的補救措施進行處理。

2.2.2 壓水試驗方法檢測標準

壓水試驗檢查孔的鉆進在灌漿施工完成7d后進行。檢查孔的數量不少于灌漿孔總數的5%，導流洞灌后透水率為3Lu，檢查孔的合格率應在85%以上，其余孔段的透水率不超過設計規(guī)定值的150%，且分布不集中。

3 試驗區(qū)的選擇與布孔

根據地層情況、入巖孔深、排距的不同，將左岸導流洞固結灌漿試驗區(qū)域定為：左岸導流洞0+017-0+040，試驗段孔位按間排距3m布置，入巖8m自下而上分段灌漿。

圖1 試驗區(qū)孔位布置

圖2 試驗區(qū)斷面

4 室內漿材試驗

適宜的灌漿材料和漿液是取得良好灌漿效果的重要因素。試驗水泥擬用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，分別對水泥漿液的泌水率等物理性能及抗壓強度等力學性能進行檢測(見表1、表2)。

表1室內純漿液物理性能試驗結果

表2室內漿液力學性能試驗結果

根據室內漿液試驗成果，在科學分析的基礎上，針對導流洞地質條件，水泥漿液選用水灰比2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個重量比級。

5 固結灌漿試驗

5.1 鉆灌工藝選取

試驗鉆孔設備為潛孔鉆機(YQ100)。試驗區(qū)混凝土蓋重為1.5m，灌漿設備采用SNS30/20型灌漿泵配翰矽(GJY-VI)三參數自動記錄儀。固結灌漿采用“自下而上分段灌漿法”進行灌漿，每段灌漿長度不大于6m。

5.2 灌漿試驗的實施

(1)總施工流程：抬動觀測孔→回填灌漿施工→固結灌漿施工→檢查孔施工。

(2)抬動觀測孔施工流程：全孔一次性成孔抬動觀測孔→回填灌漿施工→固結灌漿施工→檢查孔施工。

(3)固結灌漿試驗孔施工流程：Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工，單孔施工流程詳見圖3。

圖3 固結灌漿施工工藝流程

5.3 抬動變形觀測

固結灌漿試驗在有混凝土蓋重(1.5m)的情況下進行。在壓水試驗、灌漿前、灌漿期間、以及灌漿施工全部結束后，均監(jiān)測被灌巖體的抬動情況，抬動變形采用千分表進行實時觀測，每隔10min記錄一次千分表讀數；抬動變形觀測使用的千分表，經常檢查，確保其靈敏性和準確性。具體布置為：導流洞底板布置1個垂直抬動孔，導流洞腰線以上布置1個抬動孔。

6 固結灌漿試驗效果分析

6.1 各序孔單位注入量分析

Ⅰ序、Ⅱ序單位注入量分析詳見表3。

表3固結灌漿試驗段單位注入量

從上表看出II序孔單位注入量比I序孔單位注入量小，遞減明顯。單位注入量隨灌漿次序增加而減小，符合灌漿一般規(guī)律。

6.2 注灰量分序區(qū)間頻率分析

Ⅰ序、Ⅱ序單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計詳見表4。

表4試驗段單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計

灌漿每米耗灰量區(qū)間為：Ⅰ序孔注入量<100kg/m占總段數的7.89%，注入量100kg/m～200kg/m占總段數的59.21%，注入量200kg/m～400kg/m占總段數的28.95%，注入量≥400kg/m占總段數的3.95%；Ⅱ序孔注入量<100kg/m占總段數的38.16%，注入量100kg/m～200kg/m占總段數的60.53%，注入量200kg/m～400kg/m占總段數的1.32%，注入量≥400kg/m占總段數的0%。

從單位注灰量分序區(qū)間頻率統(tǒng)計表可以看出，Ⅱ序孔單位注入量與I序孔單位注入量有明顯的遞減趨勢，符合灌漿規(guī)律。

6.3 抬動觀測分析

根據試驗區(qū)灌漿孔及檢查孔抬動觀測資料分析，抬動值均為零，未發(fā)生抬動。說明灌漿過程使用的壓力處于安全范圍以內。

6.4 質量檢查

6.4.1 壓水試驗

本試驗區(qū)域于2018年5月29日開始進行灌后壓水檢查，壓水檢查結果詳見表5。

表5壓水檢測結果一覽

通過灌后壓水檢查，最大透水率為2.32Lu，最小透水率為1.04Lu。所有檢查孔透水率均小于3Lu，壓水合格。

6.4.2 聲波檢測

本次測試完成葉巴灘水電站導流洞試驗單元固結灌漿共16孔，包括試驗段固結灌漿灌前、灌后聲波檢測。

參照《水力發(fā)電工程地質勘查規(guī)范》(GB 50287-2016)的規(guī)定，得出葉巴灘水電站工程巖體完整性系數與巖體完整程度的關系詳見表6。

表6葉巴灘水電站聲波波速與巖體完整程度對照

完整程度完整較完整完整性差較破碎破碎完整性系數KvKv>0.750.75≥Kv>0.550.55≥Kv>0.350.35≥Kv>0.15Kv≤0.15平均波速Vp(m/s)Vp>52005200≥Vp>44504450≥Vp>35503550≥Vp>2300Vp≤2300

葉巴灘水電站導流洞巖性為石英閃長巖，在測試成果統(tǒng)計分析時，為計算巖體完整性系數取其完整巖塊聲波波速為6000m/s。

6.4.3 單孔聲波

根據聲波測試數據，并結合地質資料，對葉巴灘水電站左岸導流洞試驗單元固結灌漿灌前、灌后各測試孔聲波波速進行綜合統(tǒng)計分析(不含混凝土襯砌段)，統(tǒng)計結果見表7。

表7左岸導流洞試驗段固結灌前、灌后試驗單元平均聲波波速統(tǒng)計

由表7綜合分析葉巴灘水電站左岸導流洞試驗單元固結灌漿灌后物探測試單孔聲波成果資料，可以得出以下結論：

試驗單元灌后平均聲波波速5242m/s；灌后巖體平均聲波波速大于4800m/s，且Vp≥4800m/s的測試點比例大于85%；檢查孔的合格率大于85%，此試驗單元判定為合格。

7 試驗成果建議

7.1 孔距與排距

通過本次試驗段的成果分析，葉巴灘水電站導流洞固結灌漿的間排距按3m×3m是可行的。

7.2 鉆灌方法與施工參數

7.2.1 鉆灌方法

選用潛孔鉆機(100b)進行鉆孔，采取“自下而上分段灌漿”的工藝，每段灌漿結束后，即可開始下一段的灌漿，更有利于加快進度。

7.2.2 施工參數

(1)固結灌漿水灰比選用：2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個重量比級。

(2)固結灌漿分段長度值建議見表8。

表8灌漿分段長度建議值

注：以上段長在灌漿過程中可根據鉆孔地質情況、灌漿分析資料作適當調整。

經過分析，根據試驗區(qū)成果并結合本工程自身特點，建議將固結灌漿試驗用壓力做出一定調整，作為固結灌漿的設計壓力，從而更好確保固結灌漿施工質量。具體灌漿壓力如表9。

表9灌漿壓力建議值

8 結語

通過本次灌漿試驗得出如下結論：

(1)葉巴灘水電站導流洞固結灌漿孔位布置按照邊長為3m的等邊三角形布置，灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5，灌漿水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級的純水泥漿液，并且施工過程中未發(fā)生抬動現象，由此可見，試驗中的分段方式和灌注壓力可以滿足質量要求；

(2)根據試驗區(qū)施工情況分析，采用“自下而上分段灌漿法”施工平均提高工效約1/4～1/3，在同樣人力、設備資源情況下，能夠在一定程度上增快施工進度，對導流洞總體施工進度有保證；

(3)根據本次試驗灌漿可得出，試驗段施工的參數和灌漿方法是可行的，建議葉巴灘水電站后續(xù)灌漿施工可沿用本試驗段的灌漿方法和參數。