灌浆生产试验及物探检查在立洲水电站双曲高拱坝防渗帷幕施工中的指导作用

孙孝勇（四川盐源华电新能源有限公司，四川省盐源县615713）

灌浆生产试验及物探检查在立洲水电站双曲高拱坝防渗帷幕施工中的指导作用

孙孝勇（四川盐源华电新能源有限公司，四川省盐源县615713）

喀斯特发育地区修建高拱坝地质条件复杂、水头高，防渗要求较高，主要采用帷幕防渗，工程量大，技术工艺复杂，质量要求高。施工前进行灌浆生产试验及物探检查主要解决选定适宜配套设备和钻灌方法，推荐合理的施工工艺程序，提出灌浆参数和质量检查方法，评价试验效果，指导防渗帷幕施工，确保质量可靠，经济合理。

生产试验；物探检查；指导；防渗帷幕；施工

1 概述

立洲水电站系木里河干流上第六个梯级电站，为双曲碾压混凝土拱坝，最大坝高138.0m，正常蓄水位2088.0m，总库容1.869亿m3，装机总容量355MW。坝址区发育4条主要断层，分别为F10、f2、f4、f5，其中F10规模较大；发育fj1～fj4层间剪切带和长大裂隙L1、L2和L285，近EW向I、IV组最发育；卸荷裂隙有LP1-x1、LP4-x1、LP4-x2、LP4-x3。灌浆廊道高程为EL.1970.0m、EL.2020.0m和EL.2092.0m，帷幕和搭接帷幕总长98958m。

2 选取典型试验区

根据防渗地质剖面图分析，主要通过F10断层，上盘为二叠系卡翁沟组（PK）底层，下盘为卡翁沟组（PK）或依吉组（D1yj）地层，岩芯为灰岩、炭硅质板岩、极薄层灰岩等。经设计研究在左岸2020m高程廊道内选取三个试验区，Ⅰ区选在F10断层影响带附近，桩号0+055.0m～0+069.25m，拟采用双排孔灌浆，获取双排帷幕强渗漏区的灌浆参数；Ⅱ区选在卡翁沟组 （PK）灰色厚层灰岩和豹皮灰岩较完整岩层带，桩号0+ 135.0m～0+148.0m，拟采用单排孔灌浆，获得单排孔防渗区灌浆参数；Ⅲ区选在卡翁沟组（PK）灰色厚层灰岩和豹皮灰岩较完整岩层带，桩号0+205.0m～0+219.25m，拟采用双排孔灌浆，获得双排孔防渗区灌浆参数。

3 试验区施工

3.1 施工原则

（1）试验区帷幕按分序加密的原则进行，同一排内分三序孔施工。

（2）采用孔口封闭法灌浆，同一排相邻的两个次序之间，以及后序排的第一次序与前序排的最后次序之间，在岩石钻孔灌浆的高差不得小于15m，不得超序施工。

3.2 施工顺序与工艺流程

（1）施工顺序：抬动观测孔→帷幕先导孔→下游排钻灌（分两序）→上游排钻灌（分两序）→检查孔（双排孔）或抬动观测孔→帷幕先导孔→帷幕钻灌（分三序）→检查孔（单排孔）。

（2）工艺流程：测量放样→灌浆开孔→首段钻灌→灌注铸管（待凝72h）→分段钻孔→冲洗和压水→分段灌浆→终孔验收封孔。

3.3 浆液配合比设计

灌前进行水泥净浆、水泥浆+外加剂、水泥浆+粉煤灰和水泥浆+粉煤灰+外加剂四种不同水灰比浆液的密度、强度、弹性模量和渗透性，沉降稳定性、流动性及凝结时间等进行配比测试。纯水泥浆液四个比级分为2：1、1：1、0.8：1和0.5：1，掺粉煤灰两个比级分为0.7：1和0.5：1，参量按水泥重量的30%、70%、100%、150%试配，外加剂按特性选取合适的掺量。根据试配成果进行技术经济分析，选择适合本工程各种地质岩层帷幕灌浆的配合比。

3.4 灌浆生产性试验

（1）灌浆孔（含取芯）、超前勘探孔、检查孔、抬动观测孔等的钻孔均采用XY-2型钻机。

（2）各区须待抬动观测仪安装完成，灌前测试后，方可进行洗缝、压水、灌浆作业，过程中记录变形观测值，保证其在允许范围内。

（3）灌浆前压水试验按灌浆孔数的5%进行，先导孔和检查孔压水采用单点法。

（4）试验设计灌浆压力最大达到4MPa，采用3SNS高压灌浆泵、耐蚀阀门、钢丝编织胶管、孔口封闭器和大量程压力表等设备和机具进行配浆和输灌。

（5）配备比重秤、温度计和高精度测斜仪等仪器，用来控制钻孔斜度和浆液浓度。全过程采用HT-IV自动记录仪记录，确保记录真实可靠，具有指导作用。

4 试验区物探检查

采用声波CT法，结合单孔声波法、全孔壁数字成像法进行灌前、灌后物探，评价灌浆效果。

4.1 声波CT

声波CT是根据弹性波的射线几何运动学原理，将其从发射点到接收点的旅行时间表达成探测区域介质速度参数的线积分，再通过沿线积分路径进行反投影来重建介质速度参数的分布图像。灌前检测3408检波点·炮，灌前检测3384检波点·炮。

4.2 单孔声波

单孔声波探头在钻孔中每间隔20cm测试一次声波速度，得到一条沿钻孔方向从孔口到孔底随深度变化的波速曲线。纵波速度能反映孔壁附近的岩体质量。采样点数2048点，共检测562m。

4.3 全孔壁数字成像

全孔壁数字成像是依靠光学原理能直接观测到钻孔的内部，通过接收由孔内探头摄录的图像信息，处理系统以图像所包含的方位信息将其依N-E-S-W-N方位顺序展开，展开的数字化图像拼接起来形成全孔壁柱状剖面图和岩芯柱状图，详见图1，具有直观性、真实性等优点。每5m进行深度校正，共检测269.1m。

图1 全孔壁数字成像检测成果示意图

5 试验区灌浆效果

（1）三个试验区灌前压水透水率均≤3.0Lu，最低频率分别为55.4%、88.2%和23.2%，说明区域内均有对应百分比以上岩体含有细微裂隙或天然防渗性良好，说明这部分裂隙可灌性较差。经过先序孔灌浆，后序孔的灌前透水率逐序减小，达到一定灌浆效果。透水率累计频率随孔序的加密成逐渐提高的趋势明显，表明灌浆孔距、分序合理，灌浆效果良好。对应各序孔平均单位注入量均有递减趋势，符合灌浆递减规律，具体详见表1。

表1 生产性灌浆成果统计

（2）声波CT测试成果表明三个灌浆试验区前后声波CT剖面波速分布均有变化，总体上趋势低于4.6km/s的区域面积减小或消失，平均波速提高率介于5.4～9.3%之间，波速分布范围相对高波速集中。灌后波速分布较灌前提高明显且更加均匀，具体详见结果见表2。

表2 生产性灌浆物探检测成果统计

（3）单孔声波测试成果表明试验Ⅰ区各先导孔平均波速值小于试验Ⅱ、Ⅲ区各先导孔波速平均值，标准差却相对较大；试验Ⅱ、Ⅲ区相对高波速分布比例大于试验Ⅰ区相对高波速比例；各灌浆实验区内两个先导孔单孔声波波速分布特征相似。

（4）全孔壁数字成像检测成果表明各先导孔局部孔壁较破碎，裂隙较发育，灌浆后裂隙中可见局部充填～充填之间，说明灌浆取得了较好的效果。

6 试验区指导意义

（1）生产试验验证了设计灌浆参数基本能满足设计施工要求，Ⅱ区为单排设计，说明此区地质条件较好，且先导孔钻孔取芯情况来看基岩较为完整，细微裂隙较发育。从压水试验及灌浆单位注入量情况来分析，普遍的吸浆量均不大，平均单位注入量为51.7kg/m。部分细微裂缝无法得到有效的充填，为确保灌浆效果，严格确保帷幕的可灌性，并且从整体灌浆质量方面考虑，开灌水灰比调整为2：1或3：1进行。

（2）灌浆压力在第4段（9～14m）就达到最大压力4MPa，抬动变形孔深度入基岩20m。过程中三个试验区均未产生抬动变形，对于孔深超过24m（第6段）以后，灌浆过程中可不再进行抬动观测，减少部分工作量。

（3）灌浆水泥浆液配比采用以下四级配比：2：1、1：1、0.8：1和0.5：1，其中前3个比级的纯水泥浆马氏粘度均在30.6～36.8s之间，流动性较好，能满足帷幕灌浆粘度指标。0.5：1配比浆液马氏粘度较大，流动性较差，掺量1.2%减水剂后，马氏粘度能达到44.8s，能达到设计施工要求。

（4）针对帷幕灌浆孔压水透水率较大，吸浆量较大的孔段，采用水泥掺加粉煤灰进行灌浆，比级为0.7：1掺30%粉煤灰的浆液马氏粘度为42.1s，比级为0.5：1掺30%粉煤灰的浆液马氏粘度为42.4s，都能满足设计施工要求。减少水泥用量，直接减少了工程投资。

（5）从三个试验区的灌浆成果资料和检查孔压水成果分析，设计设定的灌浆分段长度、压力和孔间排距合理，满足防渗标准要求。

（6）物探测试成果佐证了灌浆设备、施工工艺程序和技术参数合理，灌浆质量可靠。

[1]曾宪强，毋光荣，郭玉松.水利水电工程物探技术应用与研究[M].河南：黄河水利出版社，2010.

[2]黄振中.浅谈大坝防渗中的帷幕灌桨施工方法.科技创新导报，2008.

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2095-2066（2016）32-0104-02

2016-10-28

孙孝勇（1977-），男，工程师，本科，主要从事工程建设管理工作。