工程案例
業務范圍
富地營子水庫大壩基礎帷幕灌漿冬季施工
發布時間：2014-08-05
摘要：富地營子水庫位于黑龍江省黑河市境內的公別拉河上游河段。水庫大壩壩基座落于海西期花崗巖體上。壩基基礎節理發育，并分布有數條較大的斷破碎帶，巖石透水性強。基礎帷幕灌漿主帷幕采用單排、直線懸掛式布置，基礎孔距2.0 m。施工順序采用分序鉆灌逐漸加密的原則，灌漿采用孔口封閉，自上而下分段循環灌漿的方法施工。巖石完整性較差的地段，進行特殊的處理。 關鍵詞：帷幕灌漿 施工 冬季 巖石 滲漏
1、概述
富地營子水庫壩址距西溝水庫尾約9km是公別拉河上的西溝水庫上游的一個階梯水庫。工程所在區域地處高緯度，屬寒冬帶氣候，冬季漫長寒冷，從 10月末至次年4月下旬為封凍期，封凍天數達 160天左右，最大凍深1.8m，最大凍土厚度可達2.57m，設計庫容為965×105m3,攔河壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，屬三級建筑物。大壩長度1305m, 最大壩高27.0m, 帷幕灌漿總工程量為6882.5m。
2、壩基工程地質特性
左岸主要巖性為花崗巖；河床及右岸為輝石橄欖巖與輝石安山巖。較大斷層破碎帶有：分布于左岸溢洪道閘基附近的F1,F3斷層，其中，F1斷層破碎帶寬10m左右，主要由1～3cm的碎塊，糜棱巖夾灰綠色碎石組成。該斷層破碎帶風化較深。F3斷層，寬11 m，分布于左岸壩頭。由鱗片壯碎屑夾碎塊和斷層泥組成。
河床右岸壩基斷層破碎帶分布較多，較大的斷層有F4、，F5，F2等。其中，F4斷層分布于右岸壩肩引水洞附近，破碎帶寬度達 10m左右，主要由長狀構造巖和碎裂巖組成。F5斷層寬2～3 m，由片狀碎裂巖夾碎屑組成。F2斷層破碎帶寬13～15m，為壩址區最大的斷層破碎帶。由灰白色斷層泥、麋棱巖和碎塊巖組成。
3、帷幕灌漿的設計
3.1帷幕灌漿形成、孔距和孔深
主帷幕采用單排、直線懸掛式布置，基本孔距為2.0m，在斷層破碎帶處則于主帷幕中心線的上游側增加一排加強帷幕，并在主帷幕中心線的下游側設一排固結灌漿孔，其基本孔距為2.0m。同時在斷層破碎帶部位宜先進行加強帷幕灌漿和固結灌漿，然后再進行主帷幕灌漿。
主帷幕灌漿孔深，據上述壩基地質條件，河床及右岸斷層破碎帶分布較多，巖石節理發育，完整性較差，尤其右岸壩肩和引水管附近地段巖石破碎嚴重。故河床和右岸壩頭部位主帷幕和加強帷幕灌漿孔深度，一般為基巖面下10m；右岸壩肩處巖石節理發育，風化較深，其灌漿深度至基巖面下15m ;河床左岸壩基帷幕灌漿孔深度一般為基巖面以下6.0m左右。
3.2、鉆灌順序及灌漿方法
帷幕灌漿施工順序采用分序鉆灌逐漸加密的原則，主帷幕灌漿的施工采用分三序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距8.0m、Ⅱ序孔孔距為4.0m、Ⅲ序孔孔距為2.0m；至于加強帷幕灌漿和固結灌漿孔施工則分二序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距為4.0m、Ⅱ序孔孔距為2.0m。
帷幕灌漿采用孔口封閉，自上而下分段循環灌漿的方法施工。在地質條件較好的壩段，亦可采用自下而上分段灌漿方法。具體由施工監理工程師與地質工程師確定。
3.3、帷幕灌漿段長度與灌漿壓力
灌漿的段長與灌漿壓力，不同的序別和段次，灌漿段長和灌漿壓力有所區別，各段次段長的壓力見表1
表1 單位：MPa
灌漿類型 灌漿段（自上而下）
1（接觸段） 2 3
帷幕灌漿 Ⅰ序孔 0.3 0.6 0.9
Ⅱ序孔 0.3 0.6 0.9
Ⅲ序孔 0.3 0.6 0.9
固結灌漿 0.3 0.6
4、帷幕灌漿的施工
4.1、冬季帷幕灌漿保溫措施
河床段是冬季施工應做好防寒保溫工作，在灌漿工作面搭設保溫大棚，棚內生火保溫，提高灌區內的溫度。
4.1.1棚內保溫
1） 第一段：消除浮冰段段長30米，用五彩布將倉號分隔成2個15米，每15米段先架設5個保溫柴爐將清除段保溫，保溫棚內溫度在0℃以上，將砼表面的浮冰、草袋、塑料布掀除干凈，為施工作好準備。
2） 第二段：施工段段長30米，采用10個柴爐取暖，保證棚內溫度在5℃以上，灌漿設備周圍加設4個保溫煤爐 。
3） 第三段：養護段對已完成灌漿工程的最后幾個孔口進行養護保溫，灌漿口用塑料布及草袋分層覆蓋，外設保溫煤爐 ，養護2天。
4.1.2、機械保養：
1）、鉆機：除在棚內保溫外，當鉆機停鉆、檢修時，另設兩個1000W碘鎢燈，對鉆機機油底殼、操作手柄分別直射加溫，保證機械正常使用。
2）、灌漿機械：將煤爐集中在灌漿機械周圍，以保證其周圍溫度，灌漿結束后對灌漿泵拆除放水。
4.1.3、材料加熱
1）、水泥：提前將525#水泥運入倉號中，靠近灌漿設備及火爐附近。
2）、水：采用水箱內設6個2000W電棒加熱，使其溫度一直控制在10～40℃之間，保證灌漿用水溫度。
4.2、鉆機
采用DK?300型油壓鉆機，φ59～φ75mm 金鋼石鉆頭造孔，鉆孔必須保證鉛直，其孔位偏差、主帷幕孔不超過10厘米，加強帷幕孔及固結孔不超過15厘米。鉆孔的終孔應符合設計要求，孔內殘留巖石和沉淀物不應超過20厘米。
帷幕孔鉆進時，對孔內的各種情況，均應該詳細記載，作為分析鉆孔情況的依據。若發現集中漏水，應立即停止鉆，待查明滲水部位及原因并經處理后再進行鉆進。鉆孔結束待灌、灌漿結束待加深時，孔口均應采取妥善措施加以保護。
4.3 孔壁沖洗及簡易壓水試驗。
對灌漿孔在灌漿前應進行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，以提高灌漿效果。成孔后采用導管通入壓力水流從孔底向孔外沖洗的方法沖洗孔壁，沖洗至回水清凈。并延續10min為止。沖洗壓力采用通段灌漿壓力的70%～80%。但不超過1MPa，沖孔后采用單點法進行壓水試驗。
4.4灌漿
4.4.1灌漿材料
灌漿所采用的水泥為525#的普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求通過80um方孔篩的篩余量不大于5%（重量計）。水泥應保持新鮮，受潮結塊者不得使用。水泥在使用前要經檢驗合格后才能使用。必須注意不得在同一灌漿段中使用不同廠家或不同標號的水泥。
4.4.2、制漿方法：
因帷幕灌漿采用分段分序的施工特點，故采用分散制漿法，由各灌漿機組配備一套400L的制漿設備，灌漿時各機組自行制漿。水泥漿制備后盡快使用，四小時后的剩余漿，廢棄。
4.4.3、灌漿方法
采用孔口封閉自上而下循環灌漿方法進行灌注，以6分焊管為射漿管，射漿管下至距孔底0.5m處，此法可以使各段重復灌漿，對提高灌漿質量有利。
4.4.4、灌漿壓力的控制
灌漿開始后，在保證有回漿的前提下，盡快升至設計灌漿壓力。其整個過程均在設計壓力下完成，灌漿過程均有專人看守壓力表，并有專人掌握制漿情況。
4.4.5、漿液濃度的選用與變換
按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL62-94），本工程灌漿濃度為6個比級，即水灰比為5：1、3：1、2:1、1：1、0.8：1、0.5：1。變換灌漿濃度的原則是，各段的初始灌漿濃度均為5：1。當灌漿壓力保持不變而灌入量均勻減少時，或灌入量不變而灌漿壓力均勻生高時不得改變漿液濃度，當某一級漿液濃度、漿液灌入量累計達400L，但漿液壓力和漿入量均無改變或改變不顯著時，則應提高一級漿液濃度；當出現灌漿中斷或提高一級濃度后灌漿量突減，則注意降低一級漿液濃度。
4.4.6、灌漿結束封孔
灌漿結束標準有兩個，當滿足其中一個即可結束灌漿。灌漿段灌入量小于或等于1L，且在設計壓力下繼續60分鐘；灌漿過程中，如回漿濃度，降低一級濃度灌注，回漿濃度應變濃，即可結束灌漿。封孔采用純壓力式，即以壓力為1～1.2Mpa灌入水灰比為0.5：1的濃度封堵，屏漿后120分鐘結束；等沉淀后再投水泥球，搗實。
4.4.7、灌漿中事故處理
灌漿發生冒漿時，視具體情況采用封堵或降低壓力的方法處理；機械故障致使灌漿中斷時間超過30 min，應重新掃孔、沖孔后灌漿。對于灌漿由于事故原因孔深不夠者，可視具體情況在原孔位附近補打或用檢查孔方式加以解決。
5、施工中遇到的問題：
5.1、地質構造的不良綜合對帷幕效果的影響：
壩區的構造線主要為NE及NW向與壩線呈斜交，灌漿時漿液的擴散主要沿構造方向擴散，而沿壩軸線方向影響較小，為此，在單排孔的情況下，因達不到要求的擴散半徑而造成帷幕效果不好。
因受地質條件的影響，構造發育巖石破碎鉆孔時常發生嚴重塌孔，而且數量較大，采用根管鉆進、水泥加速凝劑封孔后重新開孔。有較大斷層破碎帶，分段灌漿、灌漿塞卡不住，經監理工程師同意采用綜合灌漿。
5.2、吸水不吸漿
壩區巖石屬于基性的輝石橄欖巖，此種巖石比重大，強度高，性脆，受構造節理裂隙發育，巖石破碎形成的構造破碎帶寬度較大，一受擠壓巖石多呈糜棱巖化，灰祿色由高苓土巖石碎屑（1～3mm）及破碎巖塊組成，這種糜棱巖石灌漿中常吸水不吸漿，灌漿效果極差，灌漿時回漿濃度現象經常發生，另在完整巖石中灌漿后鉆孔仍有承壓水反出也說明這一點。
5.3、裂隙承壓水對灌漿質量的影響
在灌漿中發現河床段，普通存在裂隙承壓水，經幾次簡易測試水頭2.0m左右（相當于河水位流量100～200mL/g）。 由于裂隙承壓水的頂托，灌入的水泥漿易被推出，所以灌漿后的封孔就尤為重要。
5.4、地下水的溫度對灌漿質量的影響
這次河床段的灌漿工作正是嚴冬的情況下施工的，氣溫在-10℃～-25℃之間，實測的地下水溫1～1.5℃，為此水泥漿液在地層中凝固的時間較長，由于裂隙壓力的流動，甚至可能會造成水泥漿的失敗。這可能是由于水溫及地下水流動所造成的。
5.5、吸漿量特別大
灌漿時無壓力耗漿量特別大，施工時采用0.5：1的濃漿進行間隙灌漿，同時注入1～3%的速凝劑進行速凝，反復數次。
6、帷幕灌漿質量與效果評價
檢查帷幕灌漿質量與效果的標準，根《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（SL62-94）和《富地營子水庫瀝青混凝土心墻堆石壩與溢洪道基礎帷幕灌漿施工技術要求》規定，經帷幕灌漿后，壩基帷幕檢查孔巖石在壓力為0.4Mpa作用下，當壓力試驗透水率≤10Lu,即視為合格；另外可以從序次單位耗灰量隨序次增加而遞減的規律來衡量。
6.1、灌漿前后壩基巖石透水率比較
帷幕灌漿前據Ⅰ序孔的200多段壓水試驗成果表明瀝青混凝土心墻堆石體基礎強風化巖石的透水率普遍偏大，＞10Lu以上者達90多段，其中主要沿強風化巖頂部與心墻基礎混凝土蓋板結合部位分布，即沿接觸帶滲漏，其透水率多為15Lu～20Lu，最大達216.4Lu。其余壩基強風巖石透水率為5.0Lu～15Lu，最大達31.9Lu。河床地段一般為6.0Lu～20Lu, 最大達39 Lu。右岸一般10 Lu ～25 Lu，最大達100 Lu。
經帷幕灌漿后，據近70個檢查孔170余段壓水試驗結果，≥10 Lu者，僅占10%左右，為保證工程質量，進行補充灌漿，補充灌漿后，壓水試驗檢查全部合格。
6.2、各序次孔單位耗灰量及耗灰比
對各段單位耗灰量按序次統計結果表明，巖石比較完整地段，各序次孔單位耗灰比下降不顯著；巖石完整性較差的地段，各序次孔的單位耗灰量及耗灰比下降比較明顯。
7、結論
大壩基礎灌漿在冬季施工，因受水溫、氣溫、施工條件各方面的影響，施工質量雖然得到了保證，但是、經濟上費用較大，為此應盡量避免在冬季進行施工。通過瀝青混凝土心墻堆石壩帷幕灌漿施工后，可以看出大壩基礎防滲已形成。
經業主、監理單位評定合格率為100%、優良率大于95%。本工程帷幕灌漿的施工質量得到了黑龍江水利部組成的專家的充分肯定。
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