杨房沟水电站河床坝段坝基固结灌浆施工技术

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

1.1 工程简介

杨房沟水电站位于四川省木里县境内的雅砻江中游河段上(部分工程位于九龙县境内)，电站总装机容量1500MW。其挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，最大坝高155m，坝顶高程2102m，拱冠梁顶厚9m，底厚32m。拱坝共分17个坝段，其中7#～11#坝段为孔口泄洪坝段。

1.2 地质条件

拱坝建基面岩体均为燕山期花岗闪长岩，深灰～浅灰色，花岗结构为主，块状构造，该侵入岩呈NNE向穿过坝址，宽660m～760m。河床坝段主要为Ⅱ类岩体，10#坝段局部上游侧为Ⅲ1岩体，发育断层主要有f596、f1501、f1503、f1504。8#坝段左岸坝基高程1947m～1990m上游侧发育断层f27，产状N50°～85°WSW∠55°～65°，宽10cm～15cm，最大达20cm，带内为碎块岩、蚀变岩、岩屑充填，面平直光滑，沿断层面两侧分布蚀变岩体，上盘蚀变岩体厚度0.2m～1.5m，下盘蚀变岩体厚度0.6m～2.6m。蚀变岩体单轴饱和抗压强度20MPa～40MPa，属Ⅳ类岩体。

2 河床坝段坝基固结灌浆布孔形式

河床坝段坝基固结灌浆主要采用无盖重固结灌浆。总体分为A、C两个灌浆区，A区位于坝段范围内，C区对应上游坝踵及下游坝趾扩大灌浆区域。A区灌浆孔间排距3m×3m，孔深15m，分两序施工，C区灌浆孔排距3m(孔距根据现场实际情况确定)，孔深15m，分两序施工。两序灌浆完成后，对浅表层0～3m段进行补强加密灌浆，加密孔作为Ⅲ序孔，位于原Ⅰ、Ⅱ序孔之间。坝基f27断层及蚀变岩体先进行槽挖回填混凝土置换，再在该部位采用混凝土盖重灌浆+系统引管灌浆；Ⅰ、Ⅱ序布孔与上述一致，Ⅲ序孔加深为20m，混凝土盖重引管灌浆孔间排距为1.5m×3m(顺河向×横河向)，孔深入岩4m，引管灌浆采用循环式。

3 施工方法与工艺

3.1 主要原材料及施工设备

(1)灌浆材料采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，且所用水泥的细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通纯水泥浆液灌浆，Ⅲ序孔采用湿磨细水泥浆液灌浆。湿磨细水泥浆液采用水灰比为0.5∶1的普通纯水泥浆液经GSW-Ⅰ型湿磨机湿磨三次，达设计细度要求后再调稀至设计浓度，经普通搅拌机搅拌均匀后，用于灌浆作业。

(2)灌浆孔采用D7、D9型履带式液压钻机、JH-100潜孔钻机钻孔，取芯孔采用XY-2型地质钻机钻孔。

(3)灌浆设备采用3SNS高压灌浆泵，灌浆记录仪采用北京中大华瑞JT-Ⅳ型记录仪，三参数大循环测记灌浆压力、流量、浆液密度。

3.2 主要施工方案及工艺流程

采用无盖重固结灌浆时，优先施工上下游边界部位，以形成相对封闭圈，再施工中间部位。采用分段分序的灌浆方法，首先分两序完成第一段浅表层灌浆，以形成封闭盖重，改善浅表岩体的承压条件，再按自上而下的灌浆方法进行Ⅰ序孔第二段及以下部分施工。Ⅰ序孔灌浆完成后，进行Ⅱ序孔第二段灌浆，然后再按自下而上的灌浆方法进行Ⅱ序孔剩余孔段灌浆，最后采用湿磨细水泥对浅表层0～3m段进行补强加密灌浆。f27断层及蚀变体刻槽部位，回填混凝土前，固结灌浆孔位预埋钢管，回填混凝土达到设计强度的50%后，再进行混凝土盖重固结灌浆；系统固结灌浆及加密灌浆结束后，进行引管固结灌浆钻孔与管路安装；待上部大坝混凝土浇筑高度达到30m后，且相应坝段的横缝接缝灌浆结束3d后，最后进行混凝土盖重引管灌浆。

主要施工工艺流程：施工准备→孔位放样→抬动观测孔→灌前测试孔→Ⅰ序孔第一段→Ⅱ序第一段→Ⅰ序孔第二段及以下段(自上而下)→Ⅱ序孔第二段→Ⅱ序孔剩余孔段(自下而上)→Ⅲ序孔施工(补强加密灌浆)→质量检查。

3.3 抬动孔施工

抬动孔采用XY-2地质钻机配φ91钻头进行造孔，每个坝段均独立布置，孔径φ91mm，孔深17m，孔向垂直于基岩面。抬动孔底部用水泥浆回填1m，然后下入内管。内管直径φ25mm，外管直径φ50mm，外管露出基岩面0.1m，内管露出基岩面0.3m。抬动观测装置在灌浆施工前安装完毕，在裂隙冲洗、压水试验及灌浆过程中均对被灌岩体的抬动情况进行监测。

抬动变形采用千分表实时观测，每隔10min测记一次千分表读数。施工过程中安排专人严密监视抬动装置千分表的变化情况，在基岩抬动值<100μm，灌浆压力的升压过程参考表1进行控制。100μm≤基岩抬动值<200μm时，灌浆升压过程严格控制注入率小于10L/min，如果抬动值不再上升，逐级升压，否则停止升压；基岩抬动值≥200μm时，停止灌浆，待凝8h后扫孔复灌。每个抬动变形监测点采用φ8mm～φ12mm的钢筋焊接保护架，将保护架罩在抬动变形仪器上方，防止碰撞、破坏。

表1 灌浆压力与注入率的参考关系

注：P——为各序孔段要求达到的最终设计压力。

3.4 灌前测试孔施工

每个坝段均独立布置若干个灌前测试孔(可利用Ⅰ序孔)，并进行压水试验、声波、孔内电视及变模检测。灌前测试孔采用XY-2地质钻机配金刚石钻头进行钻孔，孔径为φ76mm。

3.5 灌浆孔钻孔施工

(1)灌浆孔采用D7、D9型液压履带钻机或JH-100潜孔钻机钻孔，孔径为φ76mm，当采用自上而下分段卡塞灌浆法灌浆时，按灌浆分段进行钻孔、裂隙冲洗、压水及灌浆；当采用自下而上分段卡塞灌浆法灌浆时，钻孔一次性钻至孔底，再自下而上分段卡塞灌浆。

(2)引管固结灌浆钻孔与管路安装。f27断层及蚀变体刻槽部位，回填混凝土前，引管孔位预埋钢管。在系统固结灌浆及加密灌浆结束后，在预埋管内的裸岩面进行一次钻孔到底，垂直于岩面，孔径为φ76mm，孔深4m。引管灌浆采用全孔一次灌浆，埋管前扫孔、清洗干净。验收孔深后，进行管路安装，引管至坝后贴角部位，引管采用钢管，尽量平顺，三孔一引，作好标示；灌浆时，其相应坝段可通水平压，以防浆液串入坝体横缝中。

3.6 钻孔冲洗与压水试验

(1)钻孔冲洗

灌浆孔或灌浆段在钻进完成后，使用大水流冲洗钻孔，排除孔内的岩粉、渣屑，孔底沉积厚度不大于20cm。

(2)裂隙冲洗

灌浆孔或灌浆段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗。冲洗水压为该段灌浆压力的80%，并且不大于1MPa，冲洗时间至回水清净为止，或不大于20min。

(3)简易压水试验

在各序孔中选取不少于5%的灌浆孔进行简易压水试验，简易压水结合裂隙冲洗进行。

(4)单点法压水

灌前测试孔和灌后检查孔均采用“单点法”压水试验，压水压力为该段灌浆压力的80%，并不大于1MPa。“单点法”压水试验每5min测读一次压水压力和流量，在稳定压力下连续4次读数，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，压水试验即可结束，以最终压力值和相应流量根据公式(1)计算透水率。

(5)透水率计算

将压水流量、压力及段长代入公式(1)求出该段压水透水率。

q=Q/(L×P)

(1)

式中：q——透水率，Lu；

Q——压水流量，L/min；

L——试段长度，m；

P——作用于试段的全压力，MPa。

3.7 灌浆施工

3.7.1 灌浆压力与段长控制

固结灌浆压力及段长控制见表2、表3。

表2 无盖重固结灌浆压力及段长

表3 混凝土盖重引管灌浆压力及段长

3.7.2 浆液级配

浆液及配合比见表4。

表4 施工用浆液配合比

3.7.3 浆液变换

(1)灌浆施工按既定的水灰比进行施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减小时，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)当某级浆液注入量已经达到300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比浆液灌注。

(3)当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

(4)灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，并及时汇报，采用处理措施。

(5)当灌浆段在最大灌浆压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，即可结束灌浆。

3.7.4 封孔

全孔灌浆封孔法。采用自上而下分段卡塞灌浆法，全部孔段灌浆结束后，先采用0.5∶1的浆液置换孔内稀浆或积水，然后将灌浆塞卡在孔口进行纯压式封孔。封孔压力使用最大灌浆压力，采用0.5∶1水泥浆液，封孔持续时间不小于60min。

采用自下而上分段灌浆法施工，封孔时，直接在孔口段进行封闭灌浆。

封孔完毕后，灌浆孔上部的空腔采用人工回填干硬砂浆封实。

3.8 灌浆过程中的特殊情况处理

(1)灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。

(2)灌浆过程中发生串浆时按以下方式进行处理：

①当串浆孔为正在钻进的孔时，立即停止钻进，在串浆孔内漏浆处以上的部位安设灌浆塞，堵塞严密，在灌浆孔中依照施工技术要求正常进行灌浆。待灌浆结束后，串浆孔恢复正常钻进；

②当串浆孔为待灌的灌浆孔时，若串浆孔与灌浆孔具备同时灌浆条件则一泵一孔同时进行灌浆；若不具备此条件则在串浆孔内漏浆处以上的部位安设灌浆塞，堵塞严密，在灌浆孔中依照施工技术要求正常进行灌浆。待灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续灌浆；

(3)灌浆必须连续进行，若因故中断，按下述原则处理：

①设备故障：当灌浆泵出现故障时，若检修简单，则迅速修理以便恢复灌浆，或立即换用备用设备进行灌浆；

②当输浆管路发生爆管或脱节时，迅速换管，及时恢复灌浆；

③当发生地表冒浆时，及时进行表面封堵以恢复灌浆；

④因故中断，若中断时间较短，中断后在极短的时间内能够恢复灌浆，中断前灌注稀浆，且注入率较大，则不再进行净孔冲洗，排除故障后再复灌；

⑤因故中断，若中断时间较长时，中断后在短时间内难以恢复灌浆时，立即冲洗钻孔，待具备灌浆条件后再恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，再恢复灌浆。恢复灌浆时,应使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注；如注入率较中断前减少很多，且在短期内停止吸浆，应采取补救措施。

(4)当灌浆段注入量大而难以结束时，采用下列措施进行处理：

①低压；②浓浆；③限流；④限量；⑤间歇；⑥待凝。

(5)灌浆孔段遇特殊情况，无论采用何种措施处理，其复灌前应进行扫孔，复灌后应达到结束标准。

4 质量检测标准

(1)固结灌浆质量检查以声波测试岩体波速为主，钻孔压水试验和钻孔全景图像为辅，并结合灌浆前后物探成果、有关灌浆施工资料以及钻孔取芯资料等综合评定。

(2)检查孔的数量不宜少于灌浆孔总数的5%，一个单元工程内至少应布置一个检查孔。固结灌浆检查孔根据现场实际情况可以取芯，取芯孔需绘制钻孔柱状图。

(3)声波测试按照每个坝段或单元进行评价，声波测试应在相应部位灌浆结束14d后进行，声波测试合格标准见表5。

表5 灌后声波质量检查标准

(4)固结灌浆工程的质量检查采用钻孔压水试验时，可在该部位灌浆完成7d或3d后进行。工程质量合格标准为：单元工程内检查孔试段合格率应在85%以上(透水率不大于3Lu)，不合格试段的透水率不超过设计规定值的150%，且不集中。

5 对比分析与总结评价

(1)通过质量检测，对灌浆前后压水资料、物探检测成果以及钻孔全景图像等资料分析，杨房沟水电站河床坝段坝基无盖重固结灌浆成果总体满足设计要求。

(2)通过对灌浆资料统计分析，增加Ⅲ序加密固结灌浆孔十分必要，后续施工中需加强0～3m段灌浆过程控制，以保证无盖重固结灌浆浅表层灌浆效果。

(3)对比近期同类型工程，白鹤滩、乌东德、锦屏等水电站拱坝坝基均采用了无盖重固结灌浆技术，事实证明，无盖重固结灌浆技术是可行的，也是安全可靠的。

(4)通过上述几个水电站实际对比，无盖重固结灌浆比有盖重更有利于施工进度的控制，有利于避开混凝土长间歇期，混凝土质量更加得到保证，可有效避开钻孔过程中打断冷却水管、监测仪器等事件的发生，优势及效果十分显著。