1、 觀音巖水電站復(fù)雜層狀及溶蝕壩基帷幕水泥灌漿施工技術(shù) 摘要：觀音巖水電站壩基帷幕灌漿地質(zhì)條件復(fù)雜、規(guī)模大、施工難度大，帷幕灌漿是關(guān)鍵項(xiàng)目之一，也是難點(diǎn)之一。壩基巖體多裂隙、溶蝕發(fā)育，灌漿孔涌水大。帷幕灌漿使用了水泥灌漿、化學(xué)灌漿等手段，已達(dá)到了比較理想的效果。水泥灌漿采用孔口封閉灌漿法。本文對(duì)水泥灌漿的施工技術(shù)做簡(jiǎn)要總結(jié)。關(guān)鍵詞：帷幕；難度大；水泥灌漿；孔口封閉1觀音巖水電站簡(jiǎn)介觀音巖水電站是金沙江中游河段規(guī)劃八個(gè)梯級(jí)電站的最末一個(gè)梯級(jí)，電站為一等大（1）型工程，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧供水和防洪，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展。擋水建筑物由左岸、河中碾壓混凝土重力壩和右岸土質(zhì)心墻堆石壩組成，為混

2、合壩，壩頂總長(zhǎng)1158m。碾壓混凝土重力壩部分壩頂長(zhǎng)838.035m，最大壩高為159m；土質(zhì)心墻堆石壩部分壩頂長(zhǎng)319.965m，最大壩高75m。水庫總庫容22.50億m3，調(diào)節(jié)庫容5.55億m3。電站總裝機(jī)容量為3000MW，安裝5臺(tái)600MW的混流式機(jī)組。2帷幕灌漿概述觀音巖水電站壩基巖體主要為鈣質(zhì)細(xì)砂巖、礫巖夾粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，屬“紅層”巖體，裂隙發(fā)育，成幕難度大。在地下水作用下，巖體沿層理方向或陡傾角裂隙產(chǎn)生溶蝕現(xiàn)象，溶蝕后的巖體呈砂糖狀或砂土狀，可灌性差，溶蝕最大發(fā)育深度大于150米。在底層灌漿廊道內(nèi)的灌漿孔，普遍存在孔口涌水，灌漿施工難度大。帷幕灌漿是觀音巖水電站的關(guān)鍵項(xiàng)目之一

3、，也是難點(diǎn)之一。由于地質(zhì)條件復(fù)雜、帷幕灌漿施工難度大，帷幕分三個(gè)階段完成。第一階段為常規(guī)布孔水泥灌漿，根據(jù)勘探階段了解的不同地質(zhì)情況，采用單排孔、雙排孔或三排孔。第二階段為加密補(bǔ)強(qiáng)水泥灌漿，針對(duì)地質(zhì)條件較復(fù)雜的部位布置了加密補(bǔ)強(qiáng)孔。第三階段為局部化灌，針對(duì)溶蝕砂層發(fā)育的局部部位布置了化學(xué)灌漿孔。本文簡(jiǎn)述的是第一階段、第二階段的水泥灌漿施工技術(shù)。灌漿孔最大孔深為146m，先導(dǎo)孔最大孔深達(dá)161m。帷幕軸線總長(zhǎng)1742.44m，帷幕灌漿總進(jìn)尺約40萬m。3帷幕水泥灌漿施工技術(shù)3.1灌漿孔布置概述根據(jù)地質(zhì)條件，各部位有不同的灌漿孔布置密度和布孔形式。三排孔排距為1.5m，孔距為2m；兩排孔排距為1.

4、5m，孔距為2m；單排孔孔距為2m或1.5m。左、右岸帷幕由位于不同高程的幾層帷幕孔搭接而成，采用近水平孔搭接，搭接帷幕孔布置與下層帷幕孔相同。多排孔的部位，各排采用了不同的孔深。在垂直方向上，到達(dá)一定深度后，隨著深度加大，灌漿孔排數(shù)減少。加密孔布置根據(jù)基本孔灌漿效果確定，不同部位采用了不同的布置形式。采用排間、孔間兩種形式，在已施工兩排間之間增加一排灌漿孔或者在已施工的某排孔的每?jī)蓚€(gè)孔之間增加一個(gè)灌漿孔。3.2帷幕灌漿開始條件壩基灌漿按先固結(jié)、后帷幕的順序進(jìn)行。相應(yīng)部位壩基固結(jié)灌漿已完成，并檢查合格后才能開始帷幕灌漿。灌漿洞內(nèi)進(jìn)行的帷幕灌漿，襯砌支護(hù)完成、固結(jié)灌漿和回填灌漿完成并檢查合格才能

5、開始?；炷翂味螇位∧还酀{，1#3#壩段已澆筑混凝土不小于10m后才能開始，4#35#壩段已澆筑混凝土不小于30m后才能開始。堆石壩壩基帷幕灌漿，填筑高度不小于30m后才能開始。3.3主要施工設(shè)備和機(jī)具（1）鉆孔設(shè)備：大于50m的孔，一般使用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，設(shè)計(jì)鉆孔深度300m，配備動(dòng)力22kW；小于50m的孔，一般使用XY-2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，設(shè)計(jì)鉆孔深度150m，配備動(dòng)力17kW。（2）鉆頭和鉆具：有取芯要求的先導(dǎo)孔、檢查孔采用金剛石鉆頭、雙管單動(dòng)鉆具。灌漿孔深度30m以內(nèi)的灌段使用金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭配單管鉆具鉆進(jìn)；孔深30m以上的灌段使用全斷面硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。全斷面鉆進(jìn)在深度較大

6、時(shí)可有效減小起下鉆時(shí)間，提高施工效率。（3）灌漿設(shè)備：主要使用3SNS型、SGB9-12型灌漿泵。容許工作壓力12MPa，最大排量大于150L/min，配備動(dòng)為18.5kW。（4）高壓灌漿機(jī)具：灌漿管路系統(tǒng)采用鋼絲編織膠管、接頭、耐蝕灌漿閥門，能承受1.5倍最大灌漿壓力。孔口封閉器允許灌漿過程中升降或旋轉(zhuǎn)鉆桿。（5）灌漿塞：孔口段灌漿使用液壓式栓塞，容許工作壓力10MPa。（6）灌漿記錄儀：使用業(yè)主招標(biāo)指定的最新型四參數(shù)自動(dòng)記錄儀。壓力量程為10MPa、精度為0.5，流量量程為150L/min、精度為0.5，密度量程為3g/cm3、精度為0.5，抬動(dòng)量程為2000um、精度為1um。（7）制漿

7、設(shè)備：采用集中制漿，水泥庫容量不小于200噸，制漿使用高速制漿機(jī)，轉(zhuǎn)速大于1200r/min。制漿站制備0.5：1的濃漿，送到各工作面稀釋后使用。（8）儲(chǔ)漿設(shè)備：使用200L或400L雙層低速攪拌機(jī)。3.4灌漿水泥及主要外加劑灌漿材料主要使用普通硅酸鹽水泥，P.O42.5，細(xì)度為80um方孔篩的篩余量不大于5%。局部部位使用超細(xì)水泥，比表面積大于7500cm2/g，D5058um，Dmax30um。遇到大涌水、耗漿量極大的孔段，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人同意，摻加速凝劑，主要使用水玻璃。3.5工藝流程灌漿按分序加密的原則進(jìn)行。設(shè)三排孔的部位，先施工下游排孔，再施工上游排孔，后施工中間排孔，每排孔內(nèi)分三序施工

8、。設(shè)兩排孔的部位，先施工下游排孔，后施工上游排孔，每排孔內(nèi)分三序施工。設(shè)單排孔的部位，排內(nèi)分三序施工。布置有先導(dǎo)孔的部位，先施工先導(dǎo)孔。同一部位，同一排相鄰兩個(gè)次序孔之間，以及后序排的第一次序孔與前序排最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的高差不得小于15m。灌漿孔工藝流程：混凝土段鉆孔及第1段鉆孔第1段鉆孔沖洗第1段裂隙沖洗第1段壓水試驗(yàn)第1段灌漿鑲鑄孔口管待凝72h以下各段鉆孔、鉆孔沖洗、裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)、灌漿終孔段鉆孔、洗孔驗(yàn)孔深終孔段裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)、灌漿封孔灌漿。搭接帷幕孔不鑲鑄孔口管，使用液壓栓塞進(jìn)行止?jié){。3.6鉆孔和洗孔（1）孔徑：先導(dǎo)孔和檢查孔孔徑采用91mm。灌漿孔開孔采用9

9、1mm，終孔不小于56mm。抬動(dòng)觀測(cè)孔孔徑為91mm。（2）鉆進(jìn)方法：采用地質(zhì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)。（3）孔斜控制：鉆機(jī)安裝平穩(wěn)牢固，用地錨固定鉆機(jī)。鉆機(jī)就位后，調(diào)整立軸方向與設(shè)計(jì)方向一致，然后才能開鉆。鉆孔過程中，20m以內(nèi)每5m測(cè)量一次孔斜，20m以上每10m15m測(cè)量一次孔斜，發(fā)現(xiàn)偏斜過大及時(shí)糾偏，糾偏無效時(shí)，報(bào)廢原孔、重新鉆孔。（4）先導(dǎo)孔和檢查孔全孔取芯，按取芯次序統(tǒng)一編號(hào)，填牌裝箱，拍照并繪制鉆孔柱狀圖。（5）鉆孔孔位偏差不大于10cm。（6）有涌水涌砂的孔段，靠涌水自然沖洗，待涌水中不再含泥砂后再進(jìn)行人工鉆孔沖洗。（9）把鉆桿伸到孔底，通入大流量水，把孔內(nèi)沉淀從孔口沖出，直到沉淀厚度不

10、大于20cm。3.7裂隙沖洗和灌前壓水試驗(yàn)（1）裂隙沖洗和灌前壓水試驗(yàn)可結(jié)合進(jìn)行。壩基淺表部位和溶蝕、沙化發(fā)育區(qū)是裂隙沖洗的重點(diǎn)，沖洗方法主要采用有壓?jiǎn)慰酌}動(dòng)沖洗。（2）有壓?jiǎn)慰酌}動(dòng)裂隙沖洗方法：首先用高壓水連續(xù)沖洗5min10min，再將孔口壓力在極短時(shí)間內(nèi)突然降到零，形成反向脈沖流，當(dāng)回水由混變清后，再升到原來的沖洗壓力，持續(xù)5min10min后，再次突然降到零，如此一升一降，一壓一放，反復(fù)沖洗，直至回水潔凈后，再延續(xù)10min20min。有壓?jiǎn)慰讻_洗壓力宜控制在灌漿壓力的80，壓力超過1MPa時(shí)，采用1MPa。（3）裂隙沖洗應(yīng)沖至回清水后10min20min結(jié)束。（4）當(dāng)鄰近有正在灌漿的

11、孔或鄰近孔灌漿結(jié)束不足24h時(shí)，不進(jìn)行裂隙沖洗。（5）灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）須立即連續(xù)進(jìn)行灌漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過24h者，在灌漿前重新進(jìn)行裂隙沖洗。（6）先導(dǎo)孔灌前壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，灌漿孔灌前壓水試驗(yàn)采用簡(jiǎn)易壓水。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa，則采用1MPa。3.8灌漿（1）灌漿方法：主要采用孔口封閉灌漿法。搭接帷幕孔深小于15米，采用了自上而下分段灌漿法。涌水特別大的孔段，射漿管無法裝入孔內(nèi)，采用純壓式灌漿。（2）灌段長(zhǎng)度：接觸段長(zhǎng)度為2m3m，其余灌漿段長(zhǎng)度采用5m6m，特殊情況下可適當(dāng)縮短或加長(zhǎng)，但不大于8m。（3）灌漿壓力：孔口段灌漿壓力為1MPa1

12、.5MPa，隨著孔深加大，灌漿壓力遞增，第5段及以后各段，達(dá)到最大設(shè)計(jì)壓力。第一階段最大灌漿壓力采用4.0MPa，第二階段（加密階段）最大灌漿壓力提高到4.5MPa。（4）水灰比：漿液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1幾個(gè)比級(jí)。0.5：1的漿主要用于封孔。第一階段開灌水灰比采用2：1，第二階段調(diào)整到3：1。（5）變漿標(biāo)準(zhǔn)：第一階段每級(jí)水灰比的漿液注入量達(dá)到300L，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時(shí)，變濃一級(jí)；第二階段調(diào)整為300L500L，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時(shí)，變濃一級(jí)。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，

13、不得改變水灰比。當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，根據(jù)施工具體情況，可越級(jí)變濃。（6）灌漿時(shí)，射漿管距孔底的距離不大于0.5m。灌漿過程中，回漿管一般要求有15L/min以上的回漿量。（7）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：第一階段，注入率小于1L/min后持續(xù)30min結(jié)束灌漿。第二階段進(jìn)行了調(diào)整，注入率小于1L/min后持續(xù)60min才能結(jié)束灌漿。有涌水的孔段，注入率小于1L/min后持續(xù)90min才能結(jié)束灌漿。（8）封孔：采用“全孔灌漿封孔法”。全孔灌完后，先將孔內(nèi)余漿置換成0.5：1的濃漿，而后繼續(xù)使用濃漿進(jìn)行純壓式灌漿封孔。封孔壓力為該孔最大灌漿壓力，封孔時(shí)間60min。（9）冒漿的處理：出現(xiàn)冒漿時(shí)，首先查明造

14、成冒漿的灌漿孔，采用間歇、待凝、加速凝劑的方法處理。（10）串漿：發(fā)生串漿時(shí)，阻塞串漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿。具備灌漿條件時(shí)，一泵一孔同時(shí)灌漿。（11）大耗漿孔段的處理：一般采用灌入水泥量大于5t進(jìn)行待凝，部分孔段摻加了速凝劑進(jìn)行處理。（12）涌水孔的處理：大涌水一般伴隨有涌砂，先待涌水把地層中的泥砂沖出孔外、涌水清凈后，才進(jìn)行下一步作業(yè)。大涌水孔因灌漿管無法裝入孔內(nèi)，只能采用純壓式灌漿，部分孔段摻加了速凝劑進(jìn)行處理。4結(jié)語觀音巖水電站壩基帷幕灌漿地質(zhì)條件復(fù)雜、規(guī)模大、施工難度大，經(jīng)過參建各方的認(rèn)真研究、精心組織，進(jìn)行了三個(gè)階段的施工，目前已達(dá)到比較理想的防滲效果。三個(gè)階段中，前兩個(gè)階段主要為水泥灌漿，水泥灌漿完成后，除溶蝕特別發(fā)育的部位外，已達(dá)到設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)。第三個(gè)階段為局部化學(xué)灌漿，針對(duì)溶蝕特別發(fā)育的部位進(jìn)行處理。帷幕灌漿完成后，電站已于2014年10月底下閘蓄水，現(xiàn)已有3臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。本文將水泥灌漿技術(shù)做了簡(jiǎn)要總結(jié)，供類似工程參考。Reference：1金沙江中游河段觀音巖水電施施工詳圖設(shè)計(jì)大壩壩基帷幕灌漿施工技術(shù)要求