锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工技术探讨.docx

锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工工艺探讨
杨世伟 李德勇
摘要：锦屏一级水电站大坝由于基础层混凝土仓面面积大，温控要求严格、间歇期短，固结灌浆施工与坝体混凝土温控存在较大矛盾，主要采取无盖重固结灌浆加有盖重补强固结灌浆及引管的方式进行，本文主要就无盖重固结灌浆主要存在问题进行了分析和探讨。
关键词：锦屏 无盖重 固结灌浆 探讨
1、概述
锦屏一级水电站位于四川凉山州盐源县、木里县交界的雅砻江上，是雅砻江水能资源最富集的中、下游河段五级水电开发中的第一级水电站。大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程1885m，最大坝高305m，水库总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，具有年调节性能，装机容量3600MW，年发电量166.2亿kW·h，。该水电站以发电为主，兼有蓄能、蓄洪和拦沙作用。
根据前期的固结灌浆试验成果，降低大坝混凝土开裂风险，锦屏一级水电站固结灌浆主要采取：
① 在河床及边坡较缓的11#～17#坝段采用无盖重固结灌浆＋有盖重补强固结灌浆。坝体混凝土浇筑前，进行坝基Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的无盖重固结灌浆，待浇筑混凝土厚度达6m后，并在其强度达到50%设计强度后再对浅表0~5m的岩体在无盖重固结灌浆孔间重新钻孔灌浆。
② 其它坝段采用无盖重固结灌浆＋引管有盖重固结灌浆，具体为：坝体混凝土浇筑前，进行坝基Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的无盖重固结灌浆，并要求在坝体混凝土浇筑前，结合坝基接触灌浆，对浅表0~5m的岩体在无盖重固结灌浆孔间重新钻孔，采取引管至坝后贴角或监理人指示其它部位，须待其上部坝体浇筑高度大于30.0m,且当相应坝段的横缝接缝灌浆结束3d后，开始对0~5m段进行引管有盖重加强固结灌浆。

2、固结灌浆施工难点
2.1工程量大、工期紧，与混凝土施工形成干扰
锦屏一级水电站大坝基础固结灌浆工程量达25.2万m3 ，工期紧，与混凝土施工干扰较大。为利于温控及混凝土防裂，坝体混凝土层间间歇期控制在7～15d，固结灌浆安排在混凝土层间间歇期内施工，一般分两期施工。分两期施工造成施工不连续，增加了钻灌设备的投入、二次倒运费和人员设备的窝工，同时也延长了单个坝段固结灌浆的净施工工期。
2.2 坝基地质条件比较复杂
坝基岩体受开挖爆破影响，卸荷松弛严重，其间分布了如F2、F13、F14、F18等多条断层和溶蚀裂隙，坝基主要以大理岩为主，其间分布着少量砂岩、绿片岩。大透水率、大耗浆量孔段较多，在压水、灌浆过程出现串、冒、漏情况给施工带来一定难度。同时大透水率、大耗量孔段，施工过程中易造成坝体抬动变形，存在一定的风险性。

3无盖重固结灌浆设计
3.1 无盖重固结灌浆的布置及分区
为提高坝基岩体的整体性和承载能力，以适应305m高拱坝基础应力需要，大坝坝基基础岩面全部布置有固结灌浆，共分26个坝段进行。根据地质条件每个坝段分B、C、D区。
固灌孔布置原则为:B区间排距为2.0m×2.0m，孔深入基岩25m。C、D区间排距为3.0m×3.0m，孔深分别为20m和15m。固结灌浆孔矩形布置，分三序进行施工。
3.2 无盖重固结灌浆总体施工工艺流程
施工顺序如下: 抬动孔→物探孔（物探测试）→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔（物探测试）。
3.3 无盖重固结灌浆施工工艺
根据试验成果，结合坝基地质情况，坝基固结灌浆主要采用的施工工艺如下：无盖重固结灌浆在Ⅱ级、Ⅲ1级岩体中钻灌时采用自下而上分段灌浆法，在Ⅲ2级岩体中钻灌时，Ⅰ序孔采用自上而下分段灌浆法，其后序孔根据现场实际情况，按监理人指示可选用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法或综合灌浆法。
（1）钻孔。钻孔要求分序、分段进行，钻孔孔底偏差控制不大于1/40孔深，孔位偏差不超过10cm。
（2）洗孔、压水。钻孔冲洗分孔壁冲洗和裂隙冲洗，裂隙冲洗采用高低压脉动冲洗，冲洗压力一般采用80%的灌浆压力，压力超过1.0MPa时，采用1.0MPa。
物探孔、灌后检查孔进行“单点法”压水试验，一般灌浆孔段采用简易压水试验，“单点法”压水试验和简易压水的压力为灌浆压力的80%，若大于1MPa时，采用1.0MPa。
采用自下而上分段灌浆法时，各灌浆孔可在灌浆前全孔进行一次裂隙冲洗。
采用自下而上分段灌浆法时，各灌浆孔灌浆前可在孔底段进行一次简易压水
采用孔口封闭法和自上而下分段灌浆法进行灌浆时，各孔段均进行简易压水。
（3）灌浆分段及压力：
灌浆过程中应根据抬动监测情况及时调整灌浆压力，以不发生抬动为原则，基岩抬动变形允许值不大于200μm。设计灌浆压力参数表见表1。
表1 固结灌浆压力参考表
灌浆类别
孔向
孔序
孔深(m)
压力(MPa)
备注
无盖重灌浆
垂直
于建
基面
Ⅰ
0~2
0.3~0.5

2~5
0.5~0.8

5~10
0.8~1.5

10~15
1.5~2.0

15~20
2.0~2.5

20~25
2.0~2.5

垂直
于建
基面
Ⅱ
0~2
0.5~0.8

2~5
0.8~1.5

5~10
1.5~2.0

10~15
2.0~2.5

15~20
2.5~3.0

20~25
2.5~3.0

垂直
于建
基面
Ⅲ
0~2
0.8~1.5

2~5
1.5~2.0

5~10
2.0~2.5

10~15
2.5~3.0

15~20
3.0~3.5

20~25
3.0~3.5

（5）浆液比级和变浆标准固结灌浆水灰比为2:1、1:1、0.7:1和0.5:1（重量比）四个比级，开灌采用2:1浆液。浆液变换遵照由稀到浓逐级变换
（6）灌浆结束标准：
1）采用自上而下分段灌浆法时，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注60min，可结束灌浆。
2）采用自下而上分段灌浆法时，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注30min，可结束灌浆。
（7）封孔。灌浆结束后采用全孔一次封孔。全孔灌完后，采用0.5∶1的浓浆全孔置换稀浆，封孔压力采用该孔所在序的第1段灌浆压力，屏浆30min后结束。
3.5 固结灌浆的质量标准
固结灌浆质量检查采用检查岩体波速、钻孔变形模量和钻孔全景图像测试，并结合钻孔压水试验、灌浆前后物探成果、有关灌浆施工资料以及结合钻孔取芯资料等综合评定。
3.5.1 灌后透水率标准
固结灌浆检查孔压水试验采用“单点法”，孔数按灌浆孔总数的5%控制。
压水试验孔段合格率在85％以上，不合格孔段的透水率不超过设计规定的150%，且不集中。
防渗帷幕中心线上、下游各3m范围透水率不大于1Lu；其它范围透水率不大于3Lu。
3.5.2 灌后岩体声波标准
无盖重固结灌浆岩体声波标准见表2。
表2 灌浆处理后岩体物理力学性质指标设计要求
指 标
岩 类
声波速度 (m/s)
声波速度 (m/s)
钻孔变形模量E(GPa)
单位透水率q(Lu)
大理岩
Ⅱ类岩体
≥5500测点大于85%
V<4500的测点小于 5%
≥21.0
≤3.0
Ⅲ1类岩体
≥5200测点大于85%
V<4300的测点小于 5%
≥11.0
≤3.0
Ⅲ2类岩体
≥5000测点大于85%
V<4200的测点小于 5%
≥7.0
≤3.0
砂板岩
Ⅱ类岩体
≥5300测点大于85%
V<4400的测点小于 5%
≥12.0
≤3.0
Ⅲ1类岩体
≥5000测点大于85%
V<4200的测点小于 5%
≥9.0
≤3.0
Ⅲ2类岩体
≥4800测点大于85%
V<4100的测点小于5%
≥6.0
≤3.0
Ⅳ2类岩体
≥4300测点大于85%
V<3800的测点小于5%
≥4.2
≤3.0
4 固结灌浆成果分析
4.1 灌浆成果分析
已施工坝段灌浆成果统计见表3，从表3灌浆成果统计资料可以看出:总体灌浆成果符合递减规律。
表3 无盖重固结灌浆单位注入率统计表
坝段
分段
单位注入率（Kg/m)
备注
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
平均
14#
0~5
429.1
162.3
71.8
320.49

5~孔底
465.9
178.4
101.6
317.14

15#
0~5
307.1
191.1
99.7
203.52

5~孔底
358.6
217.1
116.4
320.27

16#
0~5
315.1
212.1
112.7
351.74

5~孔底
375.6
232.1
145.4
405.56

17#
0~5
293.2
152
87.6
181.20

5~孔底
266
156.6
81.1
172.72

18#
0~5
237.23
133.63
76.39
133.47

5~孔底
257.96
143.41
65.22
155.65

19#
0~5
548.91
173.07
83.29
246.39

5~孔底
518.31
187.85
72.63
243.26

4.2 检查孔压水成果分析
根据灌后检测孔压水成果统计，14～19坝段共完成灌后检查孔114个，压水604段次，合格597段次，合格率98.8%。具体见表4。
表4 坝基固结灌浆检查孔压水情况汇总表
坝段
1Lu标准区
3Lu标准区
备注
检查
孔数
压水
段数
≤1Lu
合格率（%）
＞1.5Lu
检查
孔数
压水段数
≤3Lu
合格率（%）
＞4.5Lu
14#
3
18
18
100%
0
7
42
42
100%
0

15#
2
10
10
100%
0
15
75
75
100%
0

2
10
10
100%
0
13
65
65
100%
0
补强后
16#
1
6
6
100%
0
9
54
51
94.4%
3

1
5
5
100%
0
2
8
8
100%
0
补强后
17#
1
6
6
100%
0
19
101
99
98.0%
2

18#
2
12
12
100%
0
11
53
53
100%
0

19#
4
23
22
96.0%
1
22
116
116
100%
0

合计
16
90
89
98.9%
1
98
514
509
99.0%
5

注：透水率超标孔段单独灌浆处理，重新布孔检测后合格。
4.3 灌后声波成果分析
固结灌浆灌后采用物探的手段进行检测，包括声波波速、变模。
表5 坝基固结灌浆各坝段声波检测情况统计表（Ⅲ1级）
坝段
岩级
检查 孔数
孔段
声波速度（km/s）
综合 评价
灌前
灌后
提高率
14#
Ⅲ1
10
0～5m
4966
5710
14.98%
合格
5m以下
5512
5878
6.64%
15#
Ⅲ1
17
0～5m
4684
5217
11.30%
不合格
5m以下
5152
5409
98%
15# 补强后
Ⅲ1
17
0～5m

5876
25.40%
合格
5m以下

5733
11.20%
16#
Ⅲ1
8
0～5m
4562
5641
23.60%
合格
5m以下
5246
5595
6.60%
16# 补强后
Ⅲ1
2
0～5m

5752
26.00%
合格
5m以下

5632
7.35%

表6 坝基固结灌浆各坝段声波检测情况统计表（Ⅱ级）
坝段
岩级
检查 孔数
孔段
声波速度（km/s）
综合 评价
灌前
灌后
提高率
16#
Ⅱ
2
0～5m
4953
6014
21.40%
不合格
5m以下
5252
5777
9.90%
16# 补强后
Ⅱ
1
0～5m

5841
17.90%
合格
5m以下

5659
7.70%
17#
Ⅱ
17
0～5m
5225
5823
10.50%
合格
5m以下
5460
5853
7.20%
18#
Ⅱ
13
0～5m
5408
5878
8.69%
合格
5m以下
5790
5950
2.76%
19#
Ⅱ
26
0～5m
5078
5679
11.50%
合格
5m以下
5505
5774
4.90%

表7 坝基固结灌浆各坝段变模检测情况统计表
部位
岩级
孔深
灌前平均值(Gpa)
灌后平均值(Gpa)
提高值%
14#
Ⅲ1
0～5m
/
17.61
/
5m～孔底
7.54
20.86
176.66%
15#
Ⅲ1
0～5m
10.78
20.38
89.1%
5m～孔底
3.82
15.26
299.40%
16#
Ⅲ1
0～5m
/
15.3
/
5m～孔底
9
13.31
47.80%
Ⅱ
0～5m
9.04
0
/
5m～孔底
11.37
15.53
36.50%
17#
Ⅱ
0～5m
9.69
10.64
9.8%
5m～孔底
13
15.41
18.5%
18#
Ⅱ
0～5m
13.52
15.44
14.2%
5m～孔底
11.99
17.32
44.5%
19#
Ⅱ
0～5m
8.06
17.6
118.4%
5m～孔底
11.16
16.83
50.8%
注：本表数据引用《物探简报》。
根据灌后声波检测结果可以看出：在Ⅲ1级岩体中灌后声波值较灌前提高4.98～26.0%，Ⅱ级岩体灌后声波值较灌前提高2.76%～21.4%。同时结合《物探简报》，各级岩体灌后变模得到极大提高，岩体整体性和抗变形能力得到充分改善，并满足了设计要求。

5 存在的问题
5.1灌后压水透水率率偏大
14～19号坝段检查孔压水部分孔段透水率超标，主要集中在孔口段0~5m范围。由于无盖重固结灌浆0~5m段灌浆压力降低，普遍存在冒浆现象，并且对注入量较大孔段采取限流、限量、待凝、等措施，对灌浆质量造成了一定的负面影响。
5.2灌后声波合格率偏低问题
从已施工部分坝段的灌后声波成果可以看出，声波波速未达到设计要求的主要集中在孔口段5m范围和存在地质缺陷部位。
6 工艺措施探讨和建议
无盖重固结灌浆有效的降低了混凝土开裂的风险，减少对混凝土浇筑的工期占压，能够做到快速均匀上升，有效防止地应力回弹，避免仓面裂缝产生。孔口段0~5m范围采用有盖重加强及引管到下游贴脚，能够保证灌浆质量。同时避免固结灌浆施工与冷却水管干扰问题。
对于检查孔未达到要求（主要是声波检测）的部位，采取局部加强的措施，特别是15#坝段和16#坝段，采取整体加强的方式进行，补强后经检查，均可以达到设计要求。
无盖重固结灌浆采用了“自上而下分段钻孔、分段灌浆”和“一次性成孔，自下而上分段灌浆”两种施工工艺，均能满足灌浆质量要求，工艺方法及操作都是成功的。
参考文献：
〔1〕 孙钊。大坝基岩灌浆〔M〕。北京：中国水利水电出版社，2004。
〔2〕 王自清。水利水电工程地层注浆堵水与施工新技术及标准规范〔M〕。北京：中国知识出版社，2006。
〔3〕 曹雪然。钻灌一体化灌浆工艺的研究与应用〔J〕。黄河规范设计，2010（1）：18-19