高寒地区RCC重力坝帷幕灌浆工艺性试验成果浅析

朱宝荣 冯士权 杨 新

（中国水利水电第十六工程局有限公司 福建福州 350003）

1 工程概况

1.1 概述

工程枢纽由碾压混凝土重力坝、溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔、发电引水系统、电站厂房和副坝组成，水库总容24.19亿m3，调节库容19.18亿m3，水库正常蓄水位739m，死水位680m；坝顶高程为745.5m，坝顶宽10m，坝顶总长1570m，坝基最低高程为624m，最大坝高121.50m。

1.2 地质条件

桩号0～78为上石炭统变质岩；78～143为上石炭统石英片岩；143～270为石炭统变质砂岩；270～290为石炭统石英片岩；290～497为石炭统变质砂岩；497～635为第四系全新统冲积砂卵石层，下伏基岩为上石炭统变质砂岩；635～767段（河谷右岸坡坝段）为上石炭统变质砂岩。坝基地质结构复杂，缓倾角断层较多。

2 目的

通过帷幕灌浆试验寻找适宜本工程操作性强的孔距、排距、灌浆机械设备、灌浆压力及方式方法等有关的技术参数和施工意见。

3 试验孔位布置及说明

此次实验内容主要包括：主帷幕孔8个，孔深35m，副帷幕孔3个，孔深23m，物探孔3个，孔深35m，检查孔4个，孔深35m。其中M3、M10、M11采用卡塞式灌浆方法，其余灌浆孔均采用孔口封闭法灌浆，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序施工，灌浆自上而下进行，压水采用单点法压水。

M1～M6和M9～M11试验孔孔距为2m，M6～M8之间的孔距为1.5m，帷幕分为上、下两排，上排为副帷幕，下排为主为帷，主帷幕孔深入基岩35m，副帷幕深入基岩23m。布设4个检查孔，J1在M5～M6之间，检查采用孔口封闭法灌浆在孔距2m时的灌浆效果；J2布置在M7～M8之间，检查采用孔口封闭法在孔距为1.5m时灌浆效果；J3检查主帷幕与副帷幕之间的灌浆效果；J4检查卡塞式灌浆法的灌浆效果。

4 帷幕灌浆试验

4.1 准备工作

制浆系统：1台ZJ-400型高速搅拌机，1台200升双层搅拌机，1台SGB6-1送浆泵，φ50mm输浆管道，φ38mm排污管道，制浆站配制0.5：1的浓浆送至双层搅拌机内，经检测比重后稀释使用。

灌浆材料：采用42.5级高抗硫酸盐水泥，通过80μm方孔筛的筛余量＜2%，比表面积＞3500cm2/g。

4.2 钻孔

灌浆、检查孔均为φ76mm，取芯钻进，对岩芯进行描述，绘制柱状图。孔位与设计孔位偏差＜10cm。孔底偏差控制：孔深20m时＜0.25m；孔深32m时＜0.5m；孔深40m时＜0.8m。

物探测试孔钻孔、取芯、压水试验按照地质勘测标准进行，进行灌浆前弹性波速和动弹性模量测试，测试完成后封孔，试验区灌浆结束后重新扫孔进行弹性波速测试。

4.3 钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验

导管伸入距孔底50cm处，用高速水流冲洗，至回清水后10min结束，孔内沉积厚＜20cm。

裂隙冲洗压力为灌浆压力的80%，压力超过1MPa时，采用1MPa，裂隙冲洗回清水10min后结束，裂隙冲洗时间不得少于30min，串通孔不少于2h。

帷幕灌浆灌浆前均需压水试验，压水试验在裂隙冲洗后进行，试验采用单点法进行，压水试验压力为该段灌浆压力的80%。当压力大于1MPa时，采用1MPa，压水时间20min，每5min测一次压入流量。

4.4 帷幕灌浆

在盖重混凝土达到设计强度的50%以上后施灌，按分序加密原则操作，先下游后上游；M3、M10、M1孔采用自上而下“卡塞式灌浆方法”，其余各灌浆孔采用“孔口封闭法”，进行分段、循环式灌浆，射浆管距孔底≥50cm，在进行孔口封闭法灌浆时采用“自上而下灌浆、小口径钻进、孔口封闭、不待凝、孔内循环高压灌浆”的工艺。

浆液应由稀到浓逐级变换，水灰比采用5：1、1：1、0.5：1三级（重量比），开灌采用5：1，封孔采用0.5：1，定时测记浆液密度。

灌浆压力选取：灌浆分段根据孔深分为5段以上，1段深2m，压力≤0.5MPa；2 段深2～5m，压力≤15MPa；3 段深 5～9m，压力≤25MPa；4 段深 9～14m，压力≤4MPa；5 段深 14～19m，压力≤4MPa；其余段孔深＞19m，压力≤4MPa。

4.5 结束和封孔

在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60min；或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆即可结束，总灌浆时间不少于120min。

灌浆孔封孔应采用“分段压力灌浆封孔法”封孔；最后一段灌浆结束后，利用全孔射浆管，直接压入0.5：1的浓浆，置换孔内稀浆。

5 质量检查及成果分析

5.1 质量检查

试验区共布置2排孔，总孔数11个，灌浆进尺339.8m，总注入水泥8043.3kg，最大单注1057.36kg/m，最小单注0kg/m，平均单注23.67kg/m，灌前透水率最大59.87Lu，平均6.17Lu，其中透水率q≤1占35.4%，透水率 q＞（1～5） 占 30.5%，透水率 5≤q＜10 占 24.3%，透水率 10≤q＜50 占6.1%，50≤q＜100占3.7%；单位注入量＜20kg/m占81.71%，单位注入量20～50kg/m占12.21%，单位注入量50～100kg/m占2.44%，单位注入量100～500kg/m占2.44%，单位注入量＞1000kg/m占1.3%。说明试验区基岩构造较完整，但在不同深度存在较多缓倾角构造裂隙，个别部位吸浆量较大，其中Ⅰ序孔平均单注为53.28kg/m，平均透水率为8.28lu；Ⅱ序孔平均单注为7.14kg/m，平均透水率为7.18lu；Ⅲ序孔平均单注为4.27kg/m，平均透水率为3.21lu。

灌浆试验完成之后，选定四个检查孔进行压水试验，检查段次8段，检查段长为2m、3m、4m、5m、5m、5m、5m、6m。其中，检查孔J1检查孔口封闭法灌浆效果，孔距为 2.0m，相应段长透水率（lu）为 0.81、0.52、0.18、0.14、0.43、0.43、0.39、0.33，平均透水率 0.4；检查孔 J2 检查孔口封闭法灌浆效果，孔距为 1.5m，相应段长透水率（lu）为 0.66、0.34、0.2、0.18、0.39、0.37、0.36、0.27，平均透水率0.35；检查孔J3检查孔口封闭法灌浆效果，检查主帷幕与副帷幕灌浆，相应段长透水率（lu）为 0.9、0.84、0.52、0.86、0.85、1.25、0.89、0.71，平均透水率 0.74；检查孔 J4 检查卡塞式灌浆的效果，相应段长透水率（lu）为 0.64、0.3、0.92、0.37、0.38、0.69、0.73、0.57，平均透水率0.58。

根据检查孔数据分析，采用“孔口封闭法”灌浆的帷幕灌浆孔孔距为1.5m的灌后透水率最小，操作性较强，采用“卡塞式灌浆法”灌浆的效果略差，其透水率相对较大，但均满足设计要求。

5.2 成果分析

根据灌浆前压水试验分析透水率，Ⅰ序孔平均8.38Lu，Ⅱ序孔平均7.18Lu，Ⅲ序孔平均3.21Lu，说明帷幕灌浆随着灌浆的延续，透水率在相应减小，效果明显，说明岩层具有一定的渗透通道，具有可灌性和易灌性。

根据单位注入率和耗灰量变化分析：透水率普遍在0.5～5Lu之间，试验区单耗最大孔为Ⅰ序的M1孔，其平均单注量达53.28kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为7.14kg/m，Ⅲ序孔平均单耗为4.27kg/m；单耗从Ⅰ序孔到Ⅱ序孔及到Ⅲ序孔变化明显，说明灌浆效果明显，达到了灌浆目的。

采用“卡塞式灌浆”法，受栓塞安装影响，仅灌浆段可以施灌，先灌浆区域将无法续灌，遇地质破碎带时，极易形成绕渗，影响质量。孔壁的光滑度对栓塞的密封性影响大，灌浆时上下移动栓塞，栓塞易滑落孔内，造成灌浆孔失效。

采用“孔口封闭法”灌浆效果较明显，同时帷幕灌浆的压力较大，若上一段的灌浆压力不足时，可以通过下一段的高灌浆压力进行补充，对提高灌浆质量有很好的保证。

6 结论与建议

根据实例试验成果分析：投入的钻孔、灌浆设备及自动记录仪有较好的适用性；“孔口封闭法”灌浆与“卡塞式”灌浆方法均可满足设计要求，但“孔口封闭法”较“卡塞式灌浆法”更具有可操作性和适用性；造孔、裂隙冲洗、压水试验和灌浆等工艺配套合理，均能满足施工要求。