青海省黄南州扎毛水库工程大坝生产性帷幕灌浆试验及先导孔成果报告

张天芳 景兆瑞 陈国栋

一、工程概况

扎毛水库位于青海省黄南州扎毛乡境内的黄河一级支流隆务河上，是隆务河上游的龙头水库，坝址位于麦秀河与扎毛河交汇处下游约600米处。水库挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，设计最大坝高74.0m，坝长291.48m，坝顶宽7m，坝顶高程2834.0m，正常蓄水位2825.91m。混凝土面板堆石坝设计上游坝坡1：1.5，下游坝坡1：1.25。

扎毛水库建设的主要任务是以城乡供水和防洪为主，兼顾灌溉和发电。扎毛水库在隆务河流域综合规划中作为重要枢纽工程进行规划，具有龙头水库的调节作用，对径流、供水进行调节，使下游同仁县城、隆务寺及河流沿线减少因洪水造成的损失，使下游防洪标准由10年一遇提高到50年一遇；解决下游人、畜用水问题及耕地的灌溉；对下梯级电站具有调节作用，提高梯级电站保证率，增加发电量。

二、灌浆试验区地层岩性

灌浆试验区出露岩层为三叠系中统（T2）灰绿色、灰-深灰色中厚层中细粒长石砂岩、石英长石砂岩、粉砂岩、板岩等，产状：NW270°-276°？SW∠57°-68°。岩体裂隙较发育，部分裂隙有泥质充填，大多为层状结构，砂岩属硬质岩类，较为完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级，强风化层厚度3-5m，弱风化层厚度5-6m左右。在坝区内呈单斜岩层产出。

三、灌浆执行标准

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》 DL/T5148-2012（参照SL62-94）。

《水利水电工程钻孔压水试验规范》SL25-92；

《关于青海省黄南州扎毛水库工程灌浆设计说明》 ；

《水利水电工程钻探规程》SL291-2003 ；

《混凝土拌和用水标准》JGJ63？—89 ；

我单位的施工作业指导文件。

四、灌浆试验的目的和任务

1、采用灌浆处理水库渗漏在技术上的可能性、效果上的可靠性和经济上的合理性及为达到防渗目的所具备的条件和采取的措施。

2、设计防渗帷幕标准为透水率q≤5Lu，通过先导孔施工，补充地勘深度，探明帷幕底界。灌浆试验则提出合理可行性的施工工艺及相应的技术措施， 寻求在施工中应采用的灌浆压力、灌浆材料、浆液稠度、压力与浆液变换等技术参数。

3、研究破碎带、大裂隙及表层集中渗漏带应采取的一些特殊处理措施及钻灌参数。

4、为取得有关灌浆孔合理布置的资料依据，以寻求用较少的灌浆孔数和灌浆材料来达到预期防渗效果。进行孔深、孔距、排距、布置方式及最大灌浆压力等参数试验。

五、施工工期：

帷幕灌浆试验于2013年5月1日开工，完工于2013年7月12日，历时73天。

六、帷幕灌浆试验施工过程

（一）孔位布置

帷幕灌浆试验孔双排布置，分三序施工，孔距2.0m，排距1.5m，两个试验区各9孔，共计18个。孔深深入相对隔水层（透水率q≤5lu）以下5m。每区各设1个抬动观测孔，详见大坝帷幕灌浆试验区平面布置图。

（二）施工顺序

帷幕试验灌浆分三个顺序施工，按先I序孔后II序孔，再III序孔的施工顺序，逐序加密的原则进行施工。

（三）灌浆方法：

（1）试验一区：

采有自上而下分段循环式灌浆法，从上向下逐段进行钻孔，逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至终孔，灌浆塞应阻塞在该灌浆段段顶以上0.5m处，防止漏灌。

单孔施工工艺流程：

定孔位→安放（固定）钻机→钻进第一段→洗孔（孔壁、裂隙冲洗）→压水试验（单点法压水）→灌浆→（不待凝）钻进第二段→洗孔（孔壁、裂隙冲洗）→压水试验（五点法）→灌浆→钻进第三段灌浆（直至灌浆终孔）→封孔。

孔斜控制：

钻机安装必须平正稳固，钻机立轴和钻孔的方向必须与设计孔向一致，钻机机杆与地面保证垂直（用罗盘或水平尺），确保钻孔孔斜达到设计要求。

通过帷幕灌浆试验存在以下问题：

A、试验一区WS1-I-1、WS1-I-5、WS1-II-8三个孔第三段使用止浆塞在灌浆段以上50cm进行压水时，水绕过止浆塞从孔口冒水，无法进行压水试验；

B、钻孔时钻机用方木垫平，在钻进过程中由于钻机压力大，振动底部不平稳，导致孔斜率偏差较大，用轻便测斜JQX-2测斜时，孔斜率达不到设计要求。

帷幕灌浆试验一区测斜结果如下表

（2）试验二区

采用孔口封闭灌浆法，在钻孔的孔口安装孔口管，自上而下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口管安装孔口封闭器进行灌浆，直至终孔。

孔口管镶铸：

灌浆第一段孔径采用Φ91钻机，第一段灌浆段完成后全段进行孔口管镶铸。孔口管采用直径Φ89mm、壁厚4.50mm的地质钢管，孔口管长度入岩2.0m。镶铸孔口管后待凝72h后进行第二段施工。

单孔施工工艺流程：

定孔位→安放（固定）钻机→钻进第一段→洗孔（孔壁、裂隙冲洗）→压水试验（单点法压水）→灌浆→镶铸孔口管（待凝3天）→钻进第二段→洗孔（孔壁、裂隙冲洗）→压水试验（五点法）→灌浆（不待凝）→钻进第三段灌浆（直至灌浆终孔）→封孔。

沿趾板面使用工字钢铺设轻轨，河床段在轻轨上直接固定钻机和钻架，岸坡段制作钻灌台车固定钻机和钻架，钻灌台车支架选定优质型钢采用螺栓连接成型，台面铺设厚5cm的木板，钻机校准整平使用水平尺和罗盘仪，在开孔和钻进过程中反复校核，以保证钻机的平整稳固。

试验二区采用以上方法施工正常，用轻便测斜JQX-2测斜时，测斜率满足设计要求。

帷幕灌浆试验测斜结果如下表

（四）洗孔及压水试验

（1）帷幕灌浆孔（段）应采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗应冲至回水澄清后10min结束。冲洗压力可为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa。孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。灌浆前的压水试验应在裂隙冲洗后进行，第一段采用单点法压水试验，其它段采用五点法压水试验，按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001附录A执行。

（2）压水试验稳定标准。在稳定的压力下。每3～5min测读一次压入流量。连续四次读数中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。

（五）灌浆压力、段长

第一段0.2～0.3Mpa，第二段0.4～0.5Mpa Mpa，第三段0.6～0.8Mpa，第四段0.8 ～1.0Mpa，第五段1.0 ～1.2Mpa，每增加一段灌浆段，灌浆压力提高0.2～0.3 Mpa。

第一段深入岩石2m，进行接触部位和基岩表层灌浆；第二段段长3m，第三段及其以下各段段长5m。

（六）抬动观测孔

每个试验区安装一个抬动观测设施，在压水试验及灌浆过程中，均应进行抬动变形观测，作到人不离表，并作好记录。抬动观测装置结构形式详见图（如上）。

抬动孔布置：每个单元中间部位布设一个抬动孔，抬动孔比灌浆孔孔深深一米。在灌浆试验施工过程中抬动观测均无变化。

（七）浆液水灰比和变浆标准

（1）水灰比

帷幕灌浆浆液水灰比采用5、3、2、1、0.8、0.6 （或0.5）等六个比级。（见配浆表）

浆液水灰比的配制及控制

配 浆 表

（2）变浆标准

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液浓度。

当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，浆液浓度应改浓一级。

当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，随时调整，采取相应的措施处理。

灌浆过程中，应当每隔一定时间测定浆液比重，灌浆结束时亦应测定浆液比重，并作出记录。

（八）灌浆结束标准：

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后，继续灌注60min，可结束灌浆。

帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆法，灌浆应同时满足下述两个条件后，方可结束：

（1）在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于90min。

（2）灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。

（九）灌浆孔封孔

帷幕灌浆孔封孔应采用“全孔灌浆封孔法”。

七、完成工程量

两个试验区共有18个试验孔，2个抬动孔，1个检查孔，完成工程量如下表：

完成工程量表

八、坝基帷幕灌浆先导孔

（一）帷幕灌浆先导孔的目的

其目的是核对勘察结果，根据先导孔的结果，调整相关设计参数，比如孔距，压力，灌浆深度。由于勘察阶段勘察钻孔数目相对较少，先导孔可以起到补充勘察和灌浆试验的作用。在进行帷幕灌浆时，先对先导孔进行灌浆，进行自上而下的压水试验，确定透水率为5Lu的孔底底界实际高程，最后按此高程再进行其他帷幕灌浆孔灌浆施工。

（二）孔位布置

先导孔间距根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T-5148-2012）布置，在帷幕的先灌排（下游排）中布置先导孔，先导孔在一序孔中选取，其间距为16m。坝基先导孔16孔，左坝肩5孔，右坝肩6孔，共计27孔。

坝基先导孔共完成11个孔，完成钻孔总进尺390.40米，其中非灌浆段9.60米，灌浆段380.80米，灌浆进尺380.80米，压水试验段单点法11段、五点法76段，共计87段。

（三）钻孔孔深与设计孔深的对比

先导孔设计深度与实际深度对比表

先导孔钻孔达到设计深度后，灌前压水透水率仍大于5Lu，继续钻进处理，确保先导孔有连续的两段小于5Lu。

（四）孔内涌水观测

在先导孔施工时，通过对11个先导孔的开始孔内涌水的位置及流量观测如下：

九、帷幕灌浆试验效果检查

帷幕灌浆孔全部结束后，待凝14d后打检查孔，检查孔布置原则，一般布置在地质条件不良地段，或根据现场场地条件，布置在透水率大的灌浆孔附近。按照每单元至少布1个检查孔，由监理工程师及设代协商后，指定布置在WS2-Ⅲ-2 、WS2-Ⅱ-3、WS2-Ⅲ-6 、WS2-Ⅱ-7孔之间，孔号为S2-J-1。帷幕灌浆质量主要通过检查孔压水试验透水率来进行评价。本次帷幕灌浆试验质量合格标准为透水率小于5Lu。

检查孔透水率最大4.77Lu，最小1.60Lu，平均为透水率3.45Lu，为合格。

十、帷幕试验质量分析

根据以上资料整理，结合工地实际情况，主要试验成果分析如下：

（一）灌前透水率分析

帷幕试验I序孔最大透水率12.25Lu，最小透水率1.83 Lu，平均透水率6.30 Lu；II序孔最大透水率10.09 Lu，最小透水率2.49 Lu，平均透水率5，91 Lu，III序孔最大透水率11.64 Lu，最小透水率1.52 Lu，平均透水率5.81 Lu，Ⅱ序比Ⅰ序递减 6.2%，Ⅲ序比Ⅱ序递减1.7%， 随孔序的加密，透水率递减较明显，符合灌浆规律。

（二）岩芯分析：

通过检查孔取出的岩芯，观察浆脉充填、扩散及胶结情况，进而分析评价灌浆效果及帷幕质量。（详见检查孔岩芯图片）

WS2-J-1： 在距离孔口0.8米处见水泥浆脉充填，密实。

WS2-J-1： 在距离孔口12.8米处见见水泥浆脉充填，密实。

从岩芯浆脉充填情况来看，浆脉脉充填较密实。

十一、结论与建议

灌浆试验及部分先导孔灌浆已结束，根据资料分析，得出以下结论及建议：

1、通过对试验区检查孔的压水结果看，透水率最大为q=4.77Lu，透水率最小为q=1.60Lu，平均为q=3.45Lu，均小于防渗标准q≤5Lu，采用自上而下孔口封闭，孔内循环的灌浆方法、灌浆试验的压力、水灰比、段长、孔距、排距等参数对一步帷幕灌浆施工是可行的。建议采用帷幕灌浆试验参数。

2、帷幕灌浆孔深的确定

建议1、下一步帷幕灌浆采用单点法压水试验，确保透水率小于5Lu以下5米，帷幕灌浆检查孔压水试验采用五点法。

建议2、根据先导孔孔深由设计来确定下一步帷幕灌浆深度，不再作压水试验，帷幕灌浆检查孔压水试验采用五点法压水。

3、其它按设计要求和规范执行。

十二、 结束语

黄南州扎毛水库帷幕灌浆试验，在业主、监理、设计单位的通力合作下，顺利完成施工任务。在此表示衷心感谢！