庙林电站拦河坝基础固结灌浆设计和施工

李晓平 李现飞 沙继明

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

施工技术

庙林电站拦河坝基础固结灌浆设计和施工

李晓平 李现飞 沙继明

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

庙林水电站；固结灌浆设计；施工

1 工程概况

庙林电站位于云南省昭通市彝良县，金沙江一级支流横江的支流洛泽河下游，坝址以上流域面积4674km2。工程的开发任务是单一发电。

电站首部枢纽拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高52m，拦河坝坝顶轴线长127m，总库容1158.4万m3。电站总装机容量65MW。工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。该工程地震设防烈度为7度。

庙林电站工程于2006年6月开工建设， 2009年9月30日大坝下闸蓄水，2009年12月第一台机组发电，2012年3月完成竣工验收。截至目前大坝已安全运行了5年。

该工程由于地形狭窄，地质条件复杂，大坝的稳定和安全与基础固结灌浆处理休戚相关。

本文针对坝段不同的受力情况，在坝趾、坝踵和节理裂隙发育及断层的位置采用不同的灌浆孔排距、深度、灌浆压力和施工方案，使开挖后形成的松动体、节理裂隙发育片区及断层破碎带得以充填密实，提高了大坝基础强度和承载力，增强了大坝基础面与基岩的抗剪断能力，灌浆后经质量检查达到设计预期效果。

2 大坝枢纽区工程地质条件

3 拦河坝坝体结构布置

拦河大坝为混凝土重力坝，坝顶宽度6m，最大坝高49.5m，下游坡比1∶0.75，坝体从左至右分为六个坝段：第一坝段长15m；第二坝段长22.7m，布置1号冲沙孔；第三坝段长22.5m，布置2号冲沙孔和1号溢流表孔；第四坝段长27.8m，布置3号冲沙孔和2号溢流表孔；第五坝段长26m，布置电站进水口；第六坝段长12.9m。河床坝段基面高程769.00m。最大坝底宽40.7m。坝体基础为C15混凝土，厚度为1.5m。

4 固结灌浆设计

固结灌浆是提高地基弹模和坝基整体性及稳定性的主要手段。

4.1 坝基开挖

拦河坝清基深度按规范要求挖至弱风化顶面界限以下0.5～1m。对坝基开挖出露的断层采取设置混凝土塞的方式处理。坝体设计的平面开挖采用梯段爆破，开挖斜面采用预裂爆破，为使坝体开挖尽量减少对岩体的破坏，坝体开挖后预留1m厚的岩石进行小药量爆破并结合人工开挖。

4.2 固结灌浆对象

根据庙林电站拦河坝坝基工程开挖后暴露的地质情况确定坝基固结灌浆的主要对象为：ⓐ建基面浅层爆破后形成的松动岩体；ⓑ节理裂隙发育片区；ⓒf1、f2、f3断层破碎带。

4.3 固结灌浆范围

由于坝基爆破开挖后不可避免地形成的裂隙和清基后原岩石自身存在的节理裂隙对坝体的稳定不利，故对坝基进行全坝基面的固结灌浆，同时坝踵和坝趾区的坝体以外5m范围和两岸坝体以外4m区域也为固结灌浆的范围。

4.4 各部位固结灌浆设计

固结灌浆孔的布置按分序加密的原则，分为Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

根据现场灌浆试验情况结合坝体的受力和地质情况设计灌浆孔的排距、孔深和灌浆压力。

4.4.1 各坝段的固结灌浆设计

整个坝段开挖后，缓于1∶1的边坡和水平段的固结灌浆在有盖重的情况下进行，其盖板厚度大于3m，并且钻孔灌浆等相应部位的混凝土达到50%的设计强度后，才可开始灌浆。对于坝基开挖边坡陡于1∶1的边坡段，采用无盖重灌浆。

a.第一、第六坝段最大坝高分别为33m和28m，为次要坝段。有盖重情况：孔排距一般为4.5m，孔深一般为3.5m，灌浆压力一般为0.4MPa(灌浆压力是孔口表头读出的压力数)；无盖重灌浆：孔排距一般为4m，孔深一般为4m，灌浆压力一般采用0.4MPa。

b.第三至第五坝段为主要受力坝段，坝体布置主要泄水建筑物，最大坝高均为49.5m。有盖重情况：孔排距一般为4m，孔深一般为4.5m，灌浆压力一般为0.5MPa；无盖重灌浆：考虑岩石的抬动问题，孔排距一般为4m，孔深一般为4.5m，灌浆压力一般采用0.6MPa。

4.4.2 坝趾处的固结灌浆设计

坝趾及其下游是主压应力区，坝趾处布置了4排灌浆孔，孔距均为2m，排距从上游至下游分别为2.2m和2m，除坝体范围外，在坝体外下游5m范围，布置2排灌浆孔，孔排距2.5m，孔深均为6m，灌浆压力均为0.7MPa。

4.4.3 节理裂隙发育地段的固结灌浆设计

节理裂隙发育片区主要分布在第三、第四坝段中部，比其他一般部位的固结灌浆有所加强，孔排距均为3.5m，孔深5m，灌浆压力均为0.6MPa。

4.4.4 断层处的固结灌浆设计

断层f2、f3横穿坝基，由于断层夹泥，开挖时虽然已清除碎石并回填混凝土，但必须通过固结灌浆达到岩基整体受力，分别在断层两侧增加2排固结灌浆，排距1.5m，孔距2m，孔深7m，灌浆压力均为0.6MPa。

4.4.5 帷幕灌浆附近固结灌浆设计

考虑防渗帷幕附近又是坝踵主拉应力区，结合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》要求，分别在防渗帷幕的上、下游布置2排固结灌浆，排距2m，孔距2.5m，孔深10m，灌浆压力均为0.6MPa。除坝体范围外，还延伸至坝体上游4m，坝踵处坝轴线上游1.4m处布置1排灌浆孔，孔距4m，坝轴线下游2.5m处布置1排灌浆孔，孔距4m，孔深均为8m，灌浆压力为0.6MPa。

5 固结灌浆施工

5.1 固结灌浆试验和洗孔

固结灌浆施工前首先进行灌浆试验，其目的是验证设计方案和确定合理的灌浆施工参数与施工工艺。灌浆试验孔主要选择在坝踵和坝趾及坝底面中部，在节理裂隙发育和断层处增加灌浆试验孔。坝基的钻孔和洗孔均采用常规的施工方法，冲洗压力为0.3MPa，对坝基出露的3条断层和节理裂隙片区特别是f2断层处进行重点冲洗，冲洗压力为0.4MPa，钻孔完成后进行压水试验，以了解岩石的透水性、确定起始灌注水灰比。

试验孔共计35个，总进尺241m，在节理裂隙较发育的位置和断层处增加试验孔。

5.2 固结灌浆施工

5.2.1 施工工序

施工工序为：测量放线布孔→钻孔→洗孔→灌前压水检查→灌浆→有压封孔→灌浆完成后检查。

5.2.2 施工工艺

固结灌浆孔径50mm。钻进灌浆的基岩段长小于6m时，采用全孔一次灌浆法；大于6m时，采用自上而下孔内循环法灌浆。施工以隔孔分序加密的原则进行，采用两次分序施工，开孔间距为8m。

5.2.3 水灰比

灌浆浆液的浓度应由稀到浓逐级变换。固结灌浆浆液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七个比级，开灌水灰比一般采用5∶1。节理裂隙发育片区，灌浆起始水灰比为3∶1；f1、f2、f3断层破碎带灌浆起始水灰比为1∶1。

5.2.4 灌浆特殊处理

左岸第二坝段坝趾位置，在无盖重处发生浆液沿岩层层面冒出现象，可能是该部位f2断层位置和岩层裂隙发育、构造复杂所致。为此决定对此段进行加密、表面封堵，降低灌浆压力为0.25MPa，并将孔距由4m减为2m。按间歇灌浆的方法施工后，检测结果显示透水率和岩石波速满足设计要求。

第四坝段中部和第五坝段的坝踵位置，在灌浆过程中发生串浆。采取6个孔同时进行灌浆，一泵灌一孔，串浆孔周边的孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，在串浆孔内再进行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。群孔同时进行灌浆后，检测结果显示透水率和岩体波速满足设计要求。

第五坝段中部节理裂隙发育，灌浆段注入量大，灌浆难以结束，对此选用了下列措施处理：先使用最大浓度浆液灌注，吸浆量仍然很大，每段单耗达到400kg/m时，采用低压慢灌、间歇灌浆。对该处耗灰量较大的灌段，灌后要求待凝。为避免待凝时间过短导致水泥结石强度过低，无法承受较大的灌浆压力而被冲开，待凝时间超过12h，此后再扫孔复灌，直至达到设计压力的正常结束标准。该处检测结果显示透水率和岩体波速满足设计要求。

5.3 固结灌浆工程质量检查

固结灌浆的质量检查以测量岩体波速为主、压水试验完毕后的透水率检查为辅。

5.3.1 质量评定标准

a.灌后的岩体纵波速均超过4000m/s，断层破碎带f1、f2、f3纵波速超过3700m/s，节理裂隙发育片区纵波速超过3850m/s，达不到上述波速的点位小于5%。

b.灌浆后岩体的透水率。一般岩体q≤5Lu，断层破碎带q≤6Lu，节理裂隙发育带q≤5.5Lu。波速检查在灌浆结束28d后进行。

5.3.2 检查孔布置

检查孔的数量超过总灌浆孔数的10%，该工程共布置了421个检查孔，总进尺2105m。

检查孔主要布置在坝踵和坝趾及坝底中部，在节理裂隙较发育的位置和断层处增加检查孔。

5.3.3 检查成果汇总

按第三方检测成果分别统计列入表1、表2。

表1 岩体纵波速检测成果

表2 单位吸水率检测成果

从检查成果可以看出：各坝段、坝踵、坝趾、节理发育片区和断层破碎带，固结灌浆后的岩体纵波速均满足质量评定标准，均大于4000m/s，固结灌浆后岩体纵波速的提高率为4.4%～118%，波速检查的合格率为100%，满足设计要求；固结灌浆后岩体的吸水率均小于5Lu，固结灌浆后岩体的吸水率降低率为13.5%～49.5%，达到设计要求。

灌浆后的钻孔取芯也表明浆液黏结良好，质量可靠。

6 结 语

庙林电站首部枢纽大坝基础灌浆针对不同的地质条件和不同的受力部位，设计不同的孔排距、孔深和灌浆压力；施工采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌注不待凝的灌浆方法，不同的位置采用不同的起灌水灰比使建基面浅层爆破后形成的松动岩体、节理裂隙和断层破碎带得以充填密实。检查成果表明：各坝段、坝踵、坝趾、节理发育片区和断层破碎带，固结灌浆后的岩体的纵波速和吸水率均满足设计要求，固结灌浆提高了大坝基础强度和承载力，增强了大坝基础面与基岩的抗剪断能力，设计方案是合理可行的，施工方案切实有效。庙林电站首部枢纽拦河坝的基础固结灌浆设计和施工方案是成功的。

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(YunnanProvinceWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignResearchInstitute,Kunming650021,China)

Miaolin power station; consolidation grouting design; construction

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TV543+.5

B

1673- 8241(2017)03- 0013- 05