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1、贵州大花水水电站左岸防渗帷幕灌浆工程施工【摘 要】 贵州大花水水电站防渗帷幕地质条件复杂、岩溶发育，帷幕灌浆施工难度大，帷幕灌浆施工采用粉煤灰水泥浆和孔口封闭法工艺。本文介绍左岸防渗帷幕施工情况和效果。【关键词】 大花水水电站；帷幕灌浆；煤层；泥质岩 1 工程概况大花水水电站位于贵州清水河中游，是一座以发电为主，兼顾防洪及其它效益的综合水利水电枢纽。水库正常蓄水位868.00m，电站装机容量180MW。拦河大坝为抛物线双曲拱坝，坝顶高程873.00m，最大坝高134.50m。大坝坝轴线总长287.56m。坝体大体积混凝土为C20三级配碾压混凝土，坝体上游面采用二级配碾压混凝土防渗。坝址区出露寒
2、武系娄山关群至二叠系地层，岩性由灰岩、硅质岩、砂岩、粉砂岩、泥页岩及其它过渡岩类组成，互层状展布，沉积韵律明显。两岸防渗帷幕分别与P2w3和P1L相对隔水层相接。帷幕线全长931m。防渗帷幕最大深度达200m。两岸分别布置三层灌浆隧洞，高程分别为左岸873m、810m、755m；右岸873m、818 m、755m。坝址区断层以近垂直河流的北西西向N5580W，NE7085及北东东向N6590E，SE7085两组最为发育，沿河此两组小断层呈陡直的“X”型同序次发育，甚为密集，呈棱型网格状分布，间距3070m，综合计算34条/100m。近顺河断层仅见f23、f25两条。以上断层中规模较大且对枢纽建
3、筑物及坝肩抗滑稳定有影响者主要有f1、f2、f3、f4、f23、f25、f29、f30等8条断层。2 左岸防渗帷幕设计大坝帷幕灌浆设计钻孔量为67414m，灌浆水泥用量预计为15667t。其中，左岸中上层帷幕灌浆工程钻孔量为18260m，水泥用量预计为4244t，防渗标准为上层873m灌浆隧洞，透水率q3Lu；中层810m灌浆隧洞，透水率q1Lu。上层隧洞帷幕灌浆，靠近坝肩部位布置两排孔,孔距2.5m，排距1.2m；其它部位布置单排孔，孔距2.5m，中下层灌浆隧洞帷幕灌浆全部布置两排孔,孔距2.5m，排距1.2m,地质缺陷部位视地质情况增加12排灌浆孔。帷幕采取分层垂直搭接和搭接固结灌浆相结合
4、的形式，见图1、图2。3 主要施工方法 图1 左岸中上层灌浆隧洞帷幕灌浆平面孔位布置图 图2 左岸中上层灌浆隧洞帷幕灌浆孔剖面图3.1 钻孔灌浆孔开孔直径91mm，终孔直径不小于56mm。为进一步查明帷幕线上岩溶发育及地质构造情况，在810m、873m灌浆隧洞分别布置数个物探孔，分别进行分段取芯、压水试验，并进行物探CT测试。3.2 灌浆帷幕灌浆施工采用孔口封闭灌浆法，各段段长划分及灌浆压力见表1。表1 各部位钻孔分段及灌浆压力表分 段第一段第二段第三段第四段及以下各段段 长 (m)2345873灌浆隧洞（MPa）0.51.02.54.0810灌浆隧洞（MPa）0.51.02.55.0(2.5
5、)洞内帷幕仰孔（MPa）1.01.52.03.0洞内坝肩帷幕（MPa）洞内搭接帷幕（MPa）1.5MPa，全孔一次灌注灌浆按分序加密的原则进行，双排帷幕先灌下游排，后灌上游排；同排分3序。灌浆过程采用LJ-III型自动记录仪进行数据采集、计量。在灌前根据要求埋设抬动变位观测仪器，各部位标准为：岩体抬动变位应小于2mm，上层灌浆隧洞施工时下层隧洞衬砌混凝土变位应小于1mm，坝基及坝肩的混凝土变位应小于1mm。灌浆试验时测得在最大灌浆压力为5MPa时，隧洞衬砌混凝土及岩体抬动变位范围在120m17m之间。33 特殊情况处理3.3.1 断层及溶洞处理（1） 灌浆隧洞在开挖过程中，对于所遇到的溶洞、断
6、层及不良地质段，根据具体情况，逐个提出开挖范围、临时支护形式及回填混凝土的范围；大型溶洞作专门处理设计，先回填混凝土，尽量填满，因施工超挖的洞段也必须回填混凝土，然后再灌浆。灌浆施工前应将帷幕线上可见的溶洞、溶隙、断层等渗漏通道全部封堵；（2） 灌浆施工过程中遇岩溶管道时，采用大口径回填高流态混凝土、投入碎石后再采用灌注水泥砂浆、混合浆液等措施，待凝后，扫孔，再进行高压灌浆。大耗灰量灌浆难于结束时，采用下列处理措施：低压、浓浆、限量、限流、间歇灌浆，浆液中掺加速凝剂。3.3.2 特殊岩层施工方法（1）873m上层灌浆隧洞在开挖及灌浆施工时，均遇有软弱黄泥夹层。对于开挖时揭露的黄泥夹层采用高压水
7、枪彻底清除干净，然后布设抗抬锚杆、回填混凝土；在灌浆孔钻孔时发现的黄泥夹层按照同序、同深度灌浆孔、同步升压、逐步加密的原则进行灌浆，通过高压力把黄泥挤压出地表，从而达到水泥浆液完全充填、提高防渗能力的目的。（2）810m中层灌浆隧洞在前期灌浆孔钻孔施工时，发现大面积煤层、泥质岩，遂采用套管护壁和跟管钻进工艺相结合进行钻孔施工，灌浆时为提高可灌性、保证灌浆质量则使用纯水泥浆液进行灌注。导流洞区域帷幕灌浆施工在导流洞封堵及水库蓄水以后进行，左右岸帷幕已初步形成，余下导流洞区域唯一渗漏通道，幕后排水亦未形成，这就增加了该区域的施工难度，造成各灌浆段反复待凝、扫孔、复灌，该部位15个灌浆孔上半部455
8、m进尺平均单位注入量竟高达7143.8Kg/m；经过灌浆资料分析，发现煤层、泥质岩所承受压力临界值为2.53.0MPa且“吃浆不吃水”，后进行设计变更，最大灌浆压力由原设计的5.0MPa降低到2.5MPa，使下半部平均单耗下降至203.8 Kg/m，最终顺利完成，施工结束经过资料分析和质量检查，满足设计要求。4 帷幕灌浆试验灌浆施工前进行了生产性灌浆试验。通过对防渗帷幕线上的地质条件分析，确定左岸试验段为：上层873m灌浆隧洞0+217.250+227.75m之间。试验孔位具体布置可见图1。4.1 浆液试验本工程采用贵州水泥厂生产的乌江牌42.5普硅水泥、安顺发电厂生产的II级粉煤灰和贵阳绿洲
9、苑建材有限公司生产的木钙缓凝剂，技术性能均满足设计要求。进行了纯水泥浆液、水泥浆掺加外加剂、水泥粉煤灰浆、水泥粉煤灰浆掺加外加剂不同水灰比的粘结力、塑性粘度、抗渗、抗拉、弹性模量、失水率、凝结时间等项目的测试。测试的浆液配比为纯水泥21、11、0.81、0.61、0.51五级，粉煤灰水泥浆0.81、0.61、0.51三级，粉煤灰掺量为水泥重量的30%、70%、100%，外加剂掺量为水泥重量的0、0.15%、0.2%、0.25%。通过钻孔取芯、前期洞挖及物探孔揭露的地质情况反映，左岸873隧洞地质缺陷较多，裂隙、夹泥层、小型溶洞分布普遍。对于这种可灌性较好的地层采用粉煤灰浆液灌浆比采用纯水泥浆液
10、灌注有以下几项优势：材料节约30左右，工艺相对简化，比级少、减少变浆环节以相对缩短灌注时间，粉煤灰的物理特性使其更有利于较大裂隙的灌注。因此，最终确定本工程帷幕灌浆的浆液配合比见表2。表2 帷幕灌浆浆液配比表水胶比100L浆液的材料用量（Kg）浆液密度（g/cm3）水水泥粉煤灰(30%)木钙(0.25%)0.5:152.3473.2531.420.261.5730.6:156.4465.8228.240.241.5070.8:161.6553.9323.140.191.389注：该浆液配合比中粉煤灰掺量为胶凝材料总量的30%。4.2 灌浆试验成果灌浆试验共计8个试验孔，钻孔进尺540m，灌浆进
11、尺536.8m，灌注干灰864.267t，最大单位注入量25630.3kg/m，平均单位注入量1610.0kg/m；分序统计成果见表3。表3 灌浆试验主要成果表排序孔序孔号钻孔进尺(m)灌浆进尺(m)注灰量(kg)单位注入量(kg/m)平均透水率(Lu)水 泥粉煤灰下游排M167.567.1187382.056212.23630.334.53 M467.567.1372115.2111778.07211.5101.91 M267.567.122802.06839.8441.812.31M567.567.145025.013506.7872.319.13M367.567.120877.06262
12、.4404.55.53 合 计337.5335.5648201.2194599.12512.1-上游排M767.567.110015.03003.8194.04.40 M867.567.14605.01380.689.23.00 M667.567.11895.0567.636.72.52 合 计202.5201.316515.04952.0106.6-总 计540.0536.8664716.2199551.11610.0-灌浆试验完工14d后，布置3个检查孔进行压水试验，试验压力为1.0MPa，各段透水率均满足设计要求。钻孔采用91mm双层岩芯管取芯，岩芯获得率92%，在地质软弱带取出大量填充
13、密实、胶结良好的水泥结石。5 帷幕灌浆施工成果5.1 主要施工成果左岸中上层帷幕灌浆工程2006年8月2日开始，至2008年5月30日810m灌浆隧洞导流洞上部帷幕灌浆检查孔施工全部结束，总历时22个月，期间因导流洞封堵、设计变更、冻雨、材料短缺、施工干扰等原因累计停工8个月；总计完成钻孔进尺19033m、灌浆进尺18117m，具体灌浆成果详见表4。5.2 施工成果分析 从表中可以看出，本工程总计注入水泥21940t、粉煤灰7638t，平均单耗达到1632.6Kg/m。各部位单位注入量和各次序孔灌前透水率递减规律良好，如高程810m灌浆隧洞下游排、次序孔，上游排、次序孔平均单位注入量分别为32
14、17.73Kg/m、1723.84 Kg/m、821.42 Kg/m、848.41 Kg/m、735.73 Kg/m、253.48 Kg/m；平均透水率分别为25.82Lu、13.38 Lu、5.58 Lu、5.06 Lu、4.04 Lu、2.47 Lu。其他部位情况相似。其中，中层高程810m灌浆隧洞大耗灰量孔段主要集中在封堵以后的导流洞上半部，耗灰量占总量的36.7%，但其进尺仅占5.5%。高程810m灌浆隧洞仰孔帷幕平均单位注入量229.4Kg/m；相比之下远低于中上层帷幕底孔单位注入量，主要原因在于灌浆压力较低（3MPa）、混凝土盖重较厚（33.558m）。上层873m灌浆隧洞有8个孔单耗达到10t以上，主要集中在黄泥夹层及坝肩接触部位（没有进行接触灌浆），注灰量占到873m灌浆隧洞总量的36.5,但其进尺仅占5.5%。5.3 灌浆质量检查帷幕灌浆的质量检查以分析压水试验成果为主，结合灌浆资料、钻孔取芯等综合评定；检查孔数为灌浆孔数的10%，在该部位灌浆结束14d后进行，压水试验采用单点法，试验压力为：810m灌浆隧洞P=2.0MPa，810m帷幕仰孔、873m灌浆隧洞P=1.0MPa。所有检查孔透水率均满足设计防渗标准要求。各部位岩芯采取率平均达到90%以上，多数检查
