锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工技术探讨

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Ⅰ0~20.3~0.52~50.5~0.85~100.8~1.510~151.5~2.015~202.0~2.520~252.0~2.5垂直于建基面Ⅱ0~20.5~0.82~50.8~1.55~101.5~2.010~152.0~2.515~202.5~3.020~252.5~3.0垂直于建基面Ⅲ0~20.8~1.52~51.5~2.05~102.0~2.510~152.5~3.015~203.0~3.520~253.0~3.5（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%V4500的测点小于5%≥21.0≤3.0Ⅲ1类岩体≥5200测点大于85%V4300的测点小于5%≥11.0≤3.0Ⅲ2类岩体≥5000测点大于85%V4200的测点小于5%≥7.0≤3.0砂板岩Ⅱ类岩体≥5300测点大于85%V4400的测点小于5%≥12.0≤3.0Ⅲ1类岩体≥5000测点大于85%V4200的测点小于5%≥9.0≤3.0Ⅲ2类岩体≥4800测点大于85%V4100的测点小于5%≥6.0≤3.0Ⅳ2类岩体≥4300测点大于85%V3800的测点小于5%≥4.2≤3.04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ⅠⅡⅢ平均14#0~5429.1162.371.8320.495~孔底465.9178.4101.6317.1415#0~5307.1191.199.7203.525~孔底358.6217.1116.4320.2716#0~5315.1212.1112.7351.745~孔底375.6232.1145.4405.5617#0~5293.215287.6181.205~孔底266156.681.1172.7218#0~5237.23133.6376.39133.475~孔底257.96143.4165.22155.6519#0~5548.91173.0783.29246.395~孔底518.31187.8572.63243.264.2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（%）＞4.5Lu14#31818100%074242100%015#21010100%0157575100%021010100%0136565100%0补强后16#166100%09545194.4%3155100%0288100%0补强后17#166100%0191019998.0%218#21212100%0115353100%019#4232296.0%122116116100%0合计16908998.9%19851450999.0%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#Ⅲ1100～5m4966571014.98%合格5m以下551258786.64%15#Ⅲ1170～5m4684521711.30%不合格5m以下5152540998%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#Ⅱ20～5m4953601421.40%不合格5m以下525257779.90%16#补强后Ⅱ10～5m584117.90%合格5m以下56597.70%17#Ⅱ170～5m5225582310.50%合格5m以下546058537.20%18#Ⅱ130～5m540858788.69%合格5m以下579059502.76%19#Ⅱ260～5m5078567911.50%合格5m以下550557744.90%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#Ⅲ10～5m/17.61/5m～孔底7.5420.86176.66%15#Ⅲ10～5m10.7820.3889.1%5m～孔底3.8215.26299.40%16#Ⅲ10～5m/15.3/5m～孔底913.3147.80%Ⅱ0～5m9.040/5m～孔底11.3715.5336.50%17#Ⅱ0～5m9.6910.649.8%15#补强后Ⅲ1170～5m587625.40%合格5m以下573311.20%16#Ⅲ180～5m4562564123.60%合格5m以下524655956.60%16#补强后Ⅲ120～5m575226.00%合格5m以下56327.35%5m～孔底1315.4118.5%18#Ⅱ0～5m13.5215.4414.2%5m～孔底11.9917.3244.5%19#Ⅱ0～5m8.0617.6118.4%5m～孔底11.1616.8350.8%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