旁多大坝基础处理二期帷幕灌浆工程施工方法

刘中秋

(中国水电基础局有限公司，天津301700)

1 工程概况

旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5 km处的拉萨河干流上，距下游拉萨市直线距离约63 km，为拉萨河中段梯级开发之首，工程任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。枢纽由大坝、泄洪洞、引水系统、发电厂房、灌溉输水洞等组成。

右岸帷幕灌浆工程主要分为3个区域，第三分区为桩号0+757.6～0+968 m，帷幕灌浆在二期防渗墙内预埋灌管和防渗墙上游区域施工;第四分区为桩号0+968～1+052.0 m没，钻孔灌浆在右岸斜坡段沥青混凝土心墙基座上施工。第五区为桩号1+052.0～1+127 m，钻孔灌浆在右岸永久上坝公路和灌浆平洞内进行施工。帷幕灌浆全部采用双排孔布置，基本孔距为2 m，排距为1.5 m。

区域地质条件:从已施工的二期防渗墙基岩取芯和压水情况来看，墙下帷幕灌浆段基岩主要为闪长玢岩和熔解凝灰岩;从右岸边坡开挖出露的基岩来看边坡下伏基岩为闪长玢岩、熔结凝灰岩，熔结凝灰岩出露于山体坡脚，闪长玢岩与熔结凝灰岩呈熔融接触，中等风化带厚度约为30～120 m。灌浆平洞基岩主要为闪长玢岩，右岸坝头有f4断层，断层宽约5～25 cm，破碎带由碎裂岩和黄褐色断层泥组成，该断层为顺坡向逆断层。地下水埋深1.5～50 m，基岩的平均透水率平均在5～50 Lu之间。

2 旁多大坝处理工程二期帷幕灌浆工程的难点

1)海拔较高天气寒冷，水泥浆液凝固时间长。高水头下帷幕灌浆涌水现象较为普遍，为此经常要采用待凝与复灌等措施，并还会出现同一段次的反复复灌、待凝。在内地一般待凝时间为24～48 h，可在高海拔较为寒冷地区待凝时间要增加1倍，无疑严重制约工程施工进度。

2)动水条件下的造孔及成幕问题。旁多大坝处理工程二期帷幕灌浆工程由于上游垂直防渗未达到防渗效果，造成帷幕灌浆在高水头下进行，受渗流及动水压力影响，造孔护壁浆液及灌浆浆液被不断稀释、渗流冲刷及涌水反向挤出，造孔及成幕十分困难。

3)砂卵石覆盖层较厚而砂卵石粒径不均衡漂石较多，对打孔机具性能要求较为先进，施工成本较高。

3 施工程序及工艺

3.1 孔位布置

旁多水利枢纽右岸帷幕灌浆工程按分序加密的原则进行。桩号0+757.6～0+963.5 m为防渗墙墙下灌浆段，采用双排孔布置，原防渗墙轴线预埋灌浆孔为下游排优先施工，防渗墙轴线以上1.5 m布置另一排孔。上下游排采用梅花型布孔，孔距为2 m。桩号0+963.5～1+057 m为右岸斜坡灌浆段，帷幕灌浆在混凝土基座上进行。该段采用双排孔布置，以沥青心墙基座为中心上下游各0.75 m布置两排孔，上下游排采用梅花形布孔，孔距为2 m。桩号1+057～1+126 m为坝顶及灌浆平洞施工段，由于坝顶公路段已经提前施工所以灌浆主要在帷幕灌浆平洞内进行。该段仍采用双排孔布置，以灌浆平洞轴线为中心上下游各0.75 m布置两排孔，上下游排采用梅花形布孔，孔距为2 m。

3.2 施工顺序

右岸3个区上下游排均分为两序孔施工。按单元划分进行上下游排施工，先进行下游排Ⅰ序孔施工，然后进行下游排Ⅱ序孔施工，在每个单元下游排Ⅰ序孔全部封孔Ⅱ序孔施工至15 m以下时可以进行该单元上游排施工。上游排各序孔第一段为形成盖板防止浆液上窜，可不分序同时施工，以下各段仍按下游排分序施工。

另外在下游排每个单元选取一个Ⅰ序孔作为先导孔最先施工。每个单元灌浆孔钻灌结束后，即可按规范要求进行该单元的检查孔施工。

3.3 施工工艺流程

右岸帷幕灌浆按照施工工艺流程施工。

3.4 钻孔施工

1)钻孔机具和方法。帷幕灌浆钻孔根据不同的地层情况采用适宜的钻机和钻具进行施工。在墙下灌浆基岩段、右边坡及灌浆平洞纯基岩钻孔采用XY—2型回转地质钻机，金刚石或合金钻头钻进。在第三区灌浆上游排砂卵石地层中采用KR804和HR180型潜孔跟管钻机钻进，以提高钻孔功效。在灌浆段砂卵石中采用XY—2型回转地质钻机在泥浆护壁下钻进，上部非灌段使用套管隔离。

2)钻孔孔位要通过专业的测量工程师放样并作好标记，在开孔前进行复核。

3)钻孔开孔孔径根据钻孔深度及变径需要确定，一般非灌段孔径应≥Φ91 mm，考虑到覆盖层较厚地层较差，在钻孔过程中考虑采用两次变径。灌浆段孔径一般为Φ76 mm，终孔孔径≥Φ56 mm。

4)非灌段钻完应及时下设护壁套管，护壁套管采用Φ89 mm钢管。由于上部覆盖层地层复杂，钻进时要根据地层情况随时调整钻压、转速、泵压和泵量等技术参数，提高钻孔效率并保证钻孔质量。钻进过程中随时注意返水和地层情况，采用不同钻液，防止烧钻、塌孔等事故的发生。

5)钻孔孔位控制。钻机安装平整稳固，钻孔时必须保证孔位及孔向准确。开孔位置与设计孔位的偏差前后左右均≤10 cm。

6)钻孔孔斜控制。对右岸墙下灌浆的孔斜墙下灌浆孔斜≤1%，且墙内孔不得出墙。对于防渗墙上游排孔孔斜≤1.5%，且钻孔不得破坏防渗墙墙体。对于右岸斜坡段和灌浆平洞段纯基岩双排孔钻孔孔斜控制标准按照水利灌浆规范SL 62—94执行。

由于墙下为帷幕灌浆段覆盖层钻孔和终孔孔深较深，覆盖层最深达到80 m左右，帷幕孔最大终孔深度达到110 m左右，地质条件较差不同深度存在漂石、孤石、粉细砂、泥加石等地层较多，孔斜很难控制。因此，在钻孔过程中采取有效措施严格控制孔斜。

7)为加快施工进度，防渗墙上游排覆盖层钻孔和镶管不受孔排序限制可与下游排灌浆孔同时施工。

8)钻孔取芯。帷幕灌浆先导孔、检查孔，按要求全孔取芯，按取芯次序统一编号，填牌装箱，并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。保存的岩芯，应按指定地点妥善保管，不得散失、混装。

3.5 镶铸护壁套管和孔口管

根据施工要求，本工程第三区上游排非灌段需要镶铸护壁套管，同时作为“孔口封闭法”灌浆的孔口管用。非灌段最大深度达到70 m左右，在潜孔跟管钻机钻进至设计深度后下设Φ89 mm钢管。

镶铸护壁套管的步骤如下:

1)待跟管钻机钻进至设计深度后，下设Φ89 mm护壁套管，护壁套管采用直接焊接的方式，一定要保证焊接的同心度和强度，同时一定要将整个接缝满焊保证接缝的密封性。

2)Φ89 mm护壁套管下设至设计深度后将跟管钻机的套管拔出，待钻机套管拔出后，用注浆管或其他管路下设到孔底向孔内注入0.5∶1的浓水泥浆，待护壁套管内外均充满0.5∶1的水泥浆后进行待凝，待凝时间≥48 h。为防止钻进过程中护壁套管活动，需用干水泥或混凝土将套管孔口部分加固。

3.6 钻孔冲洗与压水

帷幕灌浆在各段钻孔结束后，要对所有孔段进行裂隙冲洗和压水。

1)钻孔冲洗。钻孔冲洗是在每段钻孔结束后，不应立即起钻而是利用大流量清水将孔内的岩粉和沉渣冲出孔外。钻孔冲洗的结束标准为:在孔口返水澄清后即可结束钻孔冲洗。

2)裂隙冲洗。裂隙冲洗采用导入大水流冲洗时，冲洗压力为灌浆压力的80%，最大压力≤1 MPa，冲洗时间直至回水清净为止。

3)压水。一般灌浆孔采用简易压水试验，先导孔和检查孔采用单点法压水试验。简易压水应在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行。压力为灌浆压力的80%，该值若＞1.0 MPa，采用1.0 MPa;压水时间20 min，每5 min记录一次压水流量，取最后的流量作为计算值，其成果以透水率表示。

先导孔压水为单点法。采用钻一段、压一段、灌一段的方式进行。单点法压水压力为:当灌浆压力≥1.0 MPa，压水压力为1.0 MPa，当灌浆压力 ＜1.0 MPa时，压水压力为0.3 MPa。压水试验的稳定标准:在稳定的压力下每5 min记录一次压水流量，连续4次的读数中最大值和最小值之差小于最终值的10%，或最大值最小值之差＜1 L/min时本阶段试验即可结束，取最后的流量作为透水率的计算值。

检查孔压水为单点法。当灌浆压力＜1.0 MPa时，压水压力为灌浆压力的80%，当灌浆压力≥1.0 MPa，压水压力为1.0 MPa。在压力稳定后每个压力下每5 min记录一次压水流量，连续4次的读数中最大值和最小值之差小于最终值的10%，或最大值最小值之差＜1 L/min，取最后的流量作为透水率的计算值。

3.7 帷幕灌浆材料及设备

3.7.1 灌浆材料

1)水泥:本次用于帷幕灌浆的水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥(拉萨水泥厂生产的“高争牌”水泥)。帷幕灌浆的水泥细度要求为通过80μm方孔筛，其筛余量≤5%。灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。

2)水:灌浆用水要符合JGJ 63—2006的规定，拌浆用水的温度≤40℃。

3.7.2 主要灌浆设备

灌浆设备采用右岸灌浆试验中所采用的设备，主要包括:3SNS型灌浆泵、高速搅拌制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录仪、孔口封闭器、活塞式机械膨胀塞等。

3.7.3 浆液制备

1)制浆材料称量。制浆材料必须称量，称量误差小于5%。水泥等固相材料应采用质量(重量)称量法。

2)浆液搅拌。各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和温度等参数，并做好记录。

3)集中制浆。配合帷幕灌浆施工，本灌浆工程采用自动化集中制浆站和普通制浆站制备水泥浆液。

3.7.4 浆液水灰比

通过右岸帷幕灌浆试验成果和北京专家咨询会建议，确定采用水灰比为 3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1 和 0.5∶1 的水泥浆是适宜的，开灌比为 3∶1。

3.8 帷幕灌浆施工

帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆法与自上而下分段卡塞灌浆法相结合的方式。

对于地层破碎、裂隙发育和覆盖层内不易成孔的孔段，为了有效避免绕塞返浆等孔故的发生，采用孔口封闭灌浆法;对于岩石完整、裂隙不发育的孔段则采用自上而下分段卡塞灌浆法。

3.8.1 灌浆段长与灌浆压力

右岸帷幕灌浆段长在基岩内按照第一段2 m，第二段3 m，第三段及以下5 m，终孔段≤8 m划分。在覆盖层内钻孔由于塌孔等原因成孔难度较大，可根据施工情况适当缩短段长。本次帷幕灌浆由于不同分区灌浆的地层不同，上部的盖重也不尽相同。

3.8.2 浆液变换

灌浆开灌水灰比为3∶1，灌注过程中根据不同孔段的吃浆量、流量和压力情况需要变换浆液比级。浆液变换标准为:

1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比;

2)当某一比级浆液注入量已达300 L或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比;

3)当注入率＞30 L/min时，根据施工具体情况，可越级变浆。

3.8.3 灌浆结束标准

采用孔口封闭灌浆法还是自上而下分段灌浆法，灌浆段在该段设计的最大压力下，注入率≤1 L/min后，继续灌注60 min，即可结束该段灌浆。

采用自下而上分段灌浆法，在该段最大设计压力下，注入率≤0.4 L/min后，继续灌注30 min;或注入率≤1 L/min后，继续灌注60 min，即可结束该段灌浆。

4 质量检查

帷幕灌浆质量检查内容和方法如下:

1)帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取岩芯资料、灌浆记录和测试成果等综合评定其质量。检查孔钻孔采用Φ76 mm双管钻进，岩芯取出后应及时整理、编录、拍照、绘制柱状图并且要妥善保存。

2)按监理人指示布置检查孔。

3)帷幕灌浆检查孔的数量应为灌浆孔总数的10%，每个单元工程内至少应布置1个检查孔。

4)帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14 d后进行。

5)帷幕灌浆检查孔应按要求进行采取岩芯。

6)帷幕灌浆工程质量合格的评定标准:坝体混凝土与基岩接触段及其下一段的合格率为100%，再以下的各段的合格率应＞90%。不合格试段的透水率不超过设计规定的100%，且不合格试段的分布不集中。

7)灌浆帷幕检查孔压水试验透水率值≤3 Lu。

5 灌浆成果及分析

1)单位注灰量可反映出灌浆过程所采用的工艺技术、灌注材料及浆液配比是否具有合理性。一般情况下，单位注入量应具有随孔序逐序递减的规律。各次序孔的单位注灰量基本上遵循逐序递减的规律，说明随着灌浆次序的增进，岩体逐渐被灌注密实。

2)压水试验检查情况。灌浆前对先导孔进行了压水试验。各单元灌浆完成后由监理工程师会同设计布置了检查孔，对全孔自上而下分段卡塞进行了单点压水试验，各单元灌浆前的先导孔压水试验与灌浆后检查孔压实试验结果表明，灌浆前各单元先导孔平均透水率为40 Lu，灌浆后各单元检查孔检查结果均＜5 Lu。

6 结语

在高海拔，砂卵石覆盖层较深地区及高水头条件下进行帷幕灌浆，钻孔设备优先考虑性能较为先进的风动跟管钻机，保证成孔及功效。灌浆过程中经常会出现复灌、待凝，要增加待凝时间保证待凝效果并在灌浆结束后进行长时间的闭浆，防止地下水渗流及动水压力将浆液反向挤出影响灌浆效果。

［1］中华人民共和国水利部.SL62—94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.北京:水利电力出版社，2001.

［2］DL/T5148—2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.北京:水利电力出版社，2001.