四川华能硗碛水电站首部枢纽帷幕灌浆试验技术.doc

四川华能硗碛水电站首部枢纽帷幕灌浆试验技术

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2

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硗碛帷幕灌浆试验技术交底
1 帷幕灌浆试验内容
1.1 双排帷幕试验内容
双排帷幕每排分三序施工，共布置帷幕孔10个，检查孔2个，抬动观测孔1个，其中W1-1、W1-5、W1—6、W1—10孔为Ⅰ序孔，W1—3、W1—8孔为Ⅱ序孔，W1—2、W1—4、W1-7、W1—9孔为Ⅲ序孔，J1-1、J1—2孔为检查孔，T1孔为抬动观测孔（图1—1)。初拟帷幕单孔深90m。孔距2m，排距1。5m。试验内容及要求为：
1）帷幕孔采用金刚石回转钻进方法及潜孔锤冲击回转钻进方法，其中W1—1孔采用先Ф91、后Ф75金刚石单动双管钻具回转钻进取芯，其余孔采用CIR90潜孔锤冲击回转钻进，并根据钻进情况决定是否采用Ф75金刚石单管钻具回转钻进。所有孔分别等段次同孔深平齐对比压水成果、灌浆过程参数及单位注入量。
2）钻孔及裂隙冲洗方法试验。
3)Ⅰ序孔做单点法压水试验，其余孔做简易压水试验.另外,W1-1孔做临界压力压水试验。
4）钻孔测斜。
图1-1 双排帷幕灌浆试验孔布置图
1。2 三排帷幕试验内容
三排帷幕分两边排和中间排,每排分三序施工，共布置帷幕孔14个，检查孔2个，抬动观测孔1个，其中W2-1、W2—5、W2—7、W2—10、W2-14孔为Ⅰ序孔，W2—3、W2—9、W2—12孔为Ⅱ序孔，W2-2、W2-4、W2-6、W2—8、W2-11、W2—13孔为Ⅲ序孔,J2—1、J2—2孔为检查孔，T2孔为抬动观测孔（图7。2。2—1)。初拟帷幕单孔深90m。孔距2m，排距1。25m.试验内容及要求为：
1）帷幕孔采用金刚石回转钻进方法及潜孔锤冲击回转钻进方法，其中W2—1孔采用先Ф91、后Ф75金刚石单动双管钻具回转钻进取芯，其余孔采用CIR90潜孔锤冲击回转钻进，并根据钻进情况决定是否采用Ф75金刚石单管钻具回转钻进。所有孔分别等段次同孔深平齐对比压水成果、灌浆过程参数及单位注入量。
2）钻孔及裂隙冲洗方法试验。
3）Ⅰ序孔做单点法压水试验，其余孔做简易压水试验。另外,W2-1孔做临界压力压水试验。
4)钻孔测斜。
图1-2 三排帷幕灌浆试验孔布置图
1.3 抬动变形观测
双排帷幕、三排帷幕灌浆试验,均需做抬动变形观测。抬动变形观测在钻孔及裂隙冲洗、压水试验及灌浆过程中均应进行.
2 帷幕灌浆试验施工工艺
本工程帷幕灌浆试验施工工艺流程见图2—1。
测放孔位
灌浆孔分序
首段钻孔

首灌浆段及裂隙冲洗
压水试验
首段灌浆
孔口管安装
次段钻孔
待凝24h

次段压水试验
孔口封闭器
及射浆管安装
制浆
终孔段检测、灌浆
封孔
检查孔钻孔
抬动观测孔钻孔与安装
检查孔封孔
压水试验
分段钻孔灌浆循环
抬动变形观测
抬动变形观测

次灌浆段及裂隙冲洗
抬动变形观测
抬动变形观测
抬动变形观测
次段灌注
抬动变形观测
抬动变形观测
抬动变形观测

图2—1 帷幕灌浆试验施工工艺流程
2。1 抬动观测装置安装与基岩抬动变形观测
2。1.1 抬动观测装置安装
钻进至终孔深度30m后，在孔内下置一根6′长为30.5m的钢管，用水泥浆封填固定，距离15cm再钻进一孔，孔深为2m,在孔内下置一根6′长为2。5m的钢管，用水泥浆封填固定。待凝24h。
2。1。2 抬动变形观测
1）此次试验监测基岩抬动变形的目的是为了确定各灌浆段最大允许灌浆压力(即压重体厚度为1m，抬动变形值=0.1mm时，所需的压力）或临界灌浆压力.测定抬动临界压力值，以指导灌浆施工。
2)采用千分表观测。当某段灌浆（压水）压力增大时,百分表指针指示数值将发生变化；当某一压力基本稳定后，百分表上指示的终值减去初始值即为该压力下基岩的抬动值.
3)在钻孔及裂隙冲洗、压水试验及在灌浆过程中均应进行抬动变形观测与记录。
2。2 灌浆孔分序
2.2.1三排帷幕灌浆孔，应先施工两边排，后施工中间排。
2.2.2 同排帷幕灌浆孔按分序加密的原则施灌,先灌Ⅰ序孔,再灌Ⅱ序孔，后灌Ⅲ序孔；次序孔施工必须在先序孔超前15m之后。同序孔中，应先灌低高程孔,后灌高高程孔。
2.3 灌浆孔段长度划分
2。3。1 灌浆段长度一般划分原则为：
1）弱透水性（〈5Lu）的岩层,段长≥6m；
2)中等透水性（5~10Lu）的岩层，段长5m；
3)透水性较大（>10Lu）的岩层，灌浆段长≯3m。
2.3。2 在钻遇大裂隙及严重不返水地段时，应立即停止钻进，作为一段进行灌浆。
2.3.3 灌浆段岩体宜尽量属于同一岩性，不同岩性的地层，宜不作为同一段灌注。
2。3。4 灌浆段长度值划分如表2-1。
表2—1 灌浆段长度值
孔深m
0～2
2~5
5~10
〉10
备 注
段长m
2
3
5
5
具体段长根据实际情况确定
2。3。5 以上分段依据及拟定段长应在试验施工中根据钻孔、灌浆分析资料作适当调整。
2。4 灌浆压力
2。4。1 初拟试验灌浆压力
表2-2 初拟Ⅰ序孔的灌浆压力
孔深（m)
0~2
2～5
5~10
10～15
15~20
20～25
>25
灌浆压力（MPa）
0。3
0。5
1.0
1.5
2.0
2。5
3.0～4。0
2。4.2 其它
1)对于浆柱压力在试验时应考虑在灌浆压力之内。
2）后次序孔的灌浆压力较前序孔依次提高15％左右。
3）灌浆试验尽量采用大的灌浆压力；在试验过程,灌浆压力可根据灌前临界压力和基岩抬动情况作适当调整。
2.4。3 灌浆压力控制
2）灌浆过程中，根据灌段岩体的情况确定灌浆压力的升压方式
① 一次升压法
灌浆开始时,将压力尽快地升到规定压力，单位吸浆量不限，在规定的压力下按规范要求变换浆液配合比，逐级加浓，直至达到结束标准。此法拟用于透水性不大、裂隙不甚发育的坚硬、弱风化变质砂岩及新鲜、完整的炭质千枚岩等。
② 分级升压法
在灌浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力值P，严格控制升压速度,升压速度要与吸浆率协调.灌浆开始，如果吸浆量很大时，使用最低一级压力灌注；当吸浆量减少到另一限度时，则将压力升高一级，直到在规定压力下结束灌浆（表8。4。7—1）。此法拟用于裂隙发育岩体及断层、破碎带等透水率较大地层。
表2-3 灌浆压力与吸浆率关系（初拟)
灌浆吸浆率（L/min)
〉30
20
<10
备 注
灌浆使用压力（MPa)
0.4P
0.7P
P
根据具体情况调整
2。5 临界压力压水试验
灌浆孔W1-1、W2-1,在灌前正常压水试验结束后，逐步提高压水压力，求得注入压力与注入水量关系曲线(图2-2）。
图2-2 注入压力与注入水量关系曲线图
一般情况下，该曲线在初期略呈直线上升，斜率较大。当压力升到某一数值时，压入水量突然增大,说明岩石中的裂隙被拓宽或遭破坏(即劈裂），此时的压力值，即为灌浆的临界压力Pc，它可供选用灌浆压力时作主要参数参考.
2。6 钻孔
2.6.1 灌浆孔是通向地层空隙并从中进行灌浆的人为通道,其质量要求如下：
1）钻孔的位置、方向和深度符合设计要求，误差不大于允许值。
2）不允许由于施工的原因将缝隙或空洞的入口堵死。
3）因需要埋设的孔口管，必须铸牢，防止沿管壁冒浆。
4）垂直或倾角小于5°的帷幕灌浆孔孔底偏差不得大于规定的钻孔孔底最大允许偏差值（表2—4)。对于倾角大于5°或孔深大于60m时，孔底最大允许偏差值在试验过程中具体确定.
表2-4 钻孔孔底最大允许偏差值
孔深（m）
20
30
40
50
60
最大允许偏差值（m）
0.25
0.5
0。8
1.15
1。5
5）钻孔质量保证措施
① 钻机固定牢固,严禁钻机机台木底面与地面呈“点”接触状态。
② 校正立轴方向,按要求的孔向对准孔位开孔。
③ 严格执行钻进操作规程。
④ 严格控制回次进尺,在规定的灌段长范围内。
⑤ 加强对地层的预测和判断，为及时变更钻进工艺参数提供依据。
a 熟悉试区内地质资料和有关钻探资料,作好地质预报.
b 工程地质人员跟班，根据钻进过程中采取的岩芯、孔内返出岩粉颗粒及返水颜色对地层进行判断.
⑥ 使用长钻具。
⑦ 硬岩体换层进入软岩体时，适当降低泵量,增加转速高速钻进,如果钻速持续不降，应适当增加压力，使岩心堵塞后，提取岩芯。
⑧ 下入钻具距孔底0。5m左右,应开泵冲孔，这样既保证孔底清洁，同时还可避免因岩粉进入内外管环状间隙之间而影响冲洗液通道及钻具的单动性能。
2.7 钻孔冲洗及裂隙冲洗
2.7.1 冲洗方式：本灌浆试验拟采用单孔冲洗。
2。7.2 冲洗方法:冲洗方法有压水冲洗、压力脉动冲洗或风、水联动冲洗方法。
2。7。3 冲洗方法选择:钻孔冲洗优先采用风水联动冲洗法。深孔时可采用压力脉动冲洗法冲洗钻孔。
2.7.4 洗净标准：裂隙冲洗应冲洗至回水澄清后10min结束,且总的时间要求，不少于30min，孔底残渣不超过20cm。
2.8 压水试验
2.8。1 对I序孔作单点法压水试验，其余孔做简易压水试验。
2.8.2 单点法压水
按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94)附录A（灌浆工程压水试验)执行。
1）压水试验压力值(表2—5)
表2—5 单点法压水试验压力
灌浆压力（MPa）
压水压力（MPa）
≥1
1
<1
0.3
〈0.3
灌浆压力
2)压入流量稳定标准:在稳定的压力下，每3~5min测读一次压入流量,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,本阶段试验即可结束,取最终值作为计算值。
3）压水试验成果以透水率q表示,其计算公式见式2-1。
（式2-1）
式中：q-透水率,Lu；
Q—压入流量，L/min;
P-作用在试段内的全压力，MPa;
L—试验段长度，m。
4）P = S1 + S2，S1-压力表指示压力，MPa；S2—压力表中心至压力起算零线的水柱压力,MPa。压力起算零线的确定方法：
① 当地下水位在试段以上时，压力起算零线为地下水位线；
② 当地下水位在试段以下时，压力起算零线为通过试段中点的水平线；
③ 当地下水位在试段以内时，压力起算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线。
5）I序孔灌前压水试验采用“孔口封闭法”。
2。8.3 简易压水试验
1)压力为灌浆压力的80%,该值若大于1MPa时，采用1MPa。压水20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量。其成果以透水率q表示,按式2-1计算。
2)简易压水试验采用“孔口封闭法”。
2.9 灌浆
2。9。1孔口封闭器及射浆管安装
① 孔口封闭器安装前应检查密封圈、胶球等是否完好。
② 射浆管管口距孔底≯50cm。
③ 在灌浆过程中，射浆管必须能在孔口封闭器中心低速转动和适时升降,不得漏浆。
2）表层前三段灌浆结束后，均需待凝等强。
3）灌遇吃浆量较大的地段，均需待凝等强。
2.9。2 浆液比级
1)选用5:1、3:1、2：1、1：1、0。8:1、0。6:1、0.5:1七个重量比级。
2)开灌水灰比具体如下：
① 当地层ω≤5Lu时采用水灰比为5:1的浆液开灌;
② 当地层ω值5〈ω≤10Lu时同序孔、同孔深平齐分别选择水灰比为5:1、3:1、2:1的浆液开灌（表2—6）；
表2-6 5<ω≤10Lu时灌浆孔开灌水灰比
类型
孔序
5:1
3：1
2:1
双排
I序孔
W1—1、W1-6
W1-5
W1-10
II序孔

W1—3
W1—8
III序孔
W1-2、W1—7
W1-4、W1-9

三排
I序孔
W2-1、W2—6、W2—10
W2—8、W2—5
W2-14
II序孔

W2-3、W2—7
W2-9、W2-12
III序孔
W2-2、W2-11
W2-4、W2—13

③ 当地层ω≥10Lu时同序孔、同孔深平齐分别选择水灰比为3:1、2：1、1:1的浆液开灌（表2-7)。

表2-7 ω≥10Lu时灌浆孔开灌水灰比
类型
孔序
3：1
2:1
1：1
双排
I序孔
W1—1、W1-6
W1-5
W1—10
II序孔

W1-3
W1—8
III序孔
W1-2、W1—7
W1-4、W1—9

三排
I序孔
W2—1、W2—6、W2-10
W2-8、W2-5
W2—14
II序孔

W2—3、W2-7
W2—9、W2-12
III序孔
W2-2、W2-11
W2-4、W2—13

2。9.3 浆液比级变换原则
浆液比级应由稀至浓，逐级变换.
1)在灌浆压力保持不变，注入率持续减小时，或当注入率不变压力持续升高时，不得改变水灰比。
2）当某一比级浆液的注入量达300L以上或灌注时间达1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著（<85%）时，应改浓一级。
3）当注入率大于30L/min时，可根据情况越级变浓。
2.9.4 回浆返浓
灌浆过程中，随时测量进浆和回浆比重，当回浆变浓时，换用与进浆相同比级的新浆进行灌注。若效果不明显,延续灌注30min，即可停止灌注。
2.9。5 回浆量控制
灌浆过程中应经常转动和上下活动灌浆管，且保持回浆量大于15L/min，防止灌浆管在孔内被水泥凝住,造成灌浆中断.
2。9.6 浆液温度:浆液温度5～40℃。
2.10 灌浆结束标准
灌浆在同时满足下述两个条件后,方可结束：
1)在设计压力下,注入率不大于1L/min时,延续灌注时间不少于90min。
2）灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。
2。11 特殊情况处理
2.11。1 灌浆过程中，对冒浆、漏浆问题，视具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。
2.11。2 灌浆过程中发生串浆,采用一泵送一孔,同时灌注。
2.11。3 施工中必须采用一切措施防止灌浆中断，若中断，按以下办法处理:
必须尽快恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔,而后恢复灌浆.若无法冲洗，则扫孔后复灌。扫孔恢复灌浆后，使用开灌比级的水泥浆灌注，若注入率与中断前的相近,采用中断前的比级水泥浆灌注，反之则逐级加浓继续灌注。
2。11。4 当遇注入量大、难于结束的灌段时，采用低压、间歇灌浆、浆液中掺速凝剂等措施处理。
2.12 封孔：全孔试验结束后，用W/C为0.5：1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管后，用W/C为0.5:1的水泥浆纯压30min，压力为最大灌浆压力。待孔内水泥浆液凝固后，采用机械法封堵灌浆孔上部少许空余部分.
2。13 灌浆施工监督检查
1）每台套钻灌设备配一名检查员,严格检查灌浆施工过程。
2)检查员必须检查哪些孔适合开钻;必须检查测量钻孔的深度是否正确;必须测量和记录每个钻孔的倾斜度.
3)钻孔灌浆段冲洗,必须严格按照要求实施，如果钻杆通水清洗仍未获得满意的效果，必须采用封闭进行压力循环冲洗，直到充分洗净为止.
4)钻孔清洗完毕，检查员要监督和指导进行压水试验，并按有关要求实施。
5）在任何孔段灌浆开始前,都应检查浆材是否足够；设备是否正常；灌浆管路是否连接牢固、畅通；仪器仪表安装是否准确可靠等。
6）灌浆过程中应经常检查和记录浆液样品的粘度、比重、沉降稳定性和温度；检查灌浆压力是否达到规定值；是否按照规定的水灰比进行灌注；浆液比级变换是否合理、正确等。
7）检查灌浆结束是否按照规定的结束标准执行。
2.14 灌浆施工记录监督检查
1)监督检查各项灌浆施工记录，确保记录及时、准确、完整、清晰、可靠.
2)钻孔记录
每一个灌浆孔均应有完整的钻孔记录，其内容包括：
① 钻孔编号。
② 钻孔位置、桩号。
③ 钻孔倾角。
④ 孔口高程。
⑤ 开孔、终孔时间.
⑥ 分段钻进返渣、返水或返风情况，以及依据岩屑判断岩石特性的情况.
⑦ 钻孔变径情况。
⑧ 钻机异常情况。
⑨ 孔内事故情况。
⑩ 终孔孔深、孔径、孔斜情况。
3）钻孔及裂隙冲洗记录
钻孔及裂隙冲洗记录应准确反映冲洗情况。
4)压水试验和灌浆记录
所有压水试验数据和灌浆数据均应按规定格式记录。
5）抬动观测记录
抬动观测结果应按要求记录。
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