廠壩工程帷幕灌漿設(shè)計(jì)與施工

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 簡  介： 三峽壩基滲控設(shè)計(jì)采用常規(guī)防滲排水與封閉抽排相結(jié)合的方案，帷幕灌漿采用“小口徑、孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)、高壓灌漿”方法。在施工中對(duì)部分地段進(jìn)行了加排、加密、加深、孔口段升壓及補(bǔ)充化學(xué)灌漿處理。工程質(zhì)量滿足要求。關(guān)鍵字：滲透 灌漿 帷幕 設(shè)計(jì) 施工 三峽工程  

    1、工程簡介 
    長江三峽水利樞紐工程攔河大壩為混凝土重力壩，壩軸線2 309.5 m，壩頂高程185 m，壩高183 m，正常蓄水位175 m。三峽二期廠壩工程帷幕灌漿左起12#非溢流壩段、右至縱向圍堰壩身段，防滲帷幕總長1 304.5 m，2000年4月開工，2002年3月完工，累計(jì)完成水泥灌漿104 900 m，化學(xué)灌漿1 365 m。 
    2、工程地質(zhì)條件 
    壩基巖性主要為閃云斜長花崗巖，建基巖體以微新巖體為主，局部利用弱風(fēng)化帶下部巖體，優(yōu)、良質(zhì)巖體占95%以上，少量的中等及中等以下巖體進(jìn)行了處理。 
    建基面高程從兩側(cè)向主河床逐漸降低，中間為深槽，最低高程4 m，右縱壩段建基面高程45 m，左非12#壩段建基面高程80 m。 
    斷層以陡傾角為主，約占82%，中傾角次之，占17%，緩傾角少見出露。斷層長度一般30～100 m，占84%，長度大于200 m，僅占4.5%，寬度大多數(shù)小于1 m，最寬為4.5 m。區(qū)內(nèi)斷層走向與壩軸線多呈30°～60°的交角，僅個(gè)別斷層與壩軸線近于平行與垂直。斷層構(gòu)造巖一般膠結(jié)較好，個(gè)別膠結(jié)較差者，規(guī)模小。陡傾角裂隙較發(fā)育，占89%，緩傾角裂隙僅占11%，裂面多被綠簾石、鈣質(zhì)充填。 
    大壩基坑四周環(huán)水，地下水主要來自河水與基坑內(nèi)降水、施工用水補(bǔ)給，開澆抽排集水井、鉆孔成為新的排水點(diǎn)。地下水為裂隙潛水，局部具有承壓性。巖體絕大部分透水性微弱，小于1Lu約占85%～90%，在斷層、裂隙密集帶透水性相對(duì)較強(qiáng)，具有導(dǎo)水作用。隨著深度增加，巖體透水性有減弱的趨勢(shì)，但并不存在明顯統(tǒng)一的相對(duì)隔水層，勘測(cè)設(shè)計(jì)將透水率小于1 Lu，厚度大于20 m的巖體視為相對(duì)隔水層，作為防滲帷幕設(shè)計(jì)的底線。  
    3、主要技術(shù)指標(biāo) 
    壩基滲控設(shè)計(jì)采用常規(guī)防滲排水與封閉抽排相結(jié)合的方案。 
    3.1 布孔形式 
    上游主帷幕，一般按單排布置，左非17#～安Ⅲ#、左導(dǎo)墻壩段～19#壩段上游主帷幕為2排布置，排距0.2 m，孔距2.0 m，幕前布設(shè)1～2排、孔深10～20 m的輔助帷幕。下游封閉帷幕為單排，孔距2.5 m，幕前布設(shè)1排、孔深10m的輔助帷幕。對(duì)構(gòu)造發(fā)育部位及灌漿異常部位進(jìn)行補(bǔ)充加密處理。 
    3.2 孔深與段長 
    孔深按H≥1/3h+c與深入相對(duì)不透水巖體頂板以下5 m控制，主帷幕孔深一般為60～80 m，局部地段達(dá)125 m，封閉帷幕孔深一般為40～60 m，局部達(dá)85 m左右。同時(shí)要求終孔段應(yīng)滿足透水率≤1 Lu、單耗q≤20 kg/m，否則自動(dòng)加深。 
    灌漿段長第一段2 m，第二段1 m，第三段2 m，以下各段5 m。 
    3.3 灌漿壓力 
    設(shè)計(jì)灌漿壓力按不小于1.5倍壩前水頭考慮，灌漿壓力值見下表1： 
    3.4 灌漿材料與漿液配比 
    灌漿材料采用濕磨細(xì)水泥，細(xì)度要求D97<40μm，現(xiàn)場(chǎng)按D95<40μm按制。采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1,4個(gè)比級(jí)。 
    3.5 灌漿施工方法 
    按分序加密的原則，采用“小口徑、孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)、高壓灌漿”方法。 
    3.6 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) 
    在設(shè)計(jì)壓力下，1～3段注入率小于0.4 L/min、以下各段小于1.0 L/min，延續(xù)灌注時(shí)間不少于90 min。 
    3.7 質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn) 
    質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)q≤1.0 Lu,接觸段及其下一段的合格率應(yīng)為100%,以下各段應(yīng)達(dá)90%以上,且q應(yīng)≤2.0 Lu。 
    4、主要施工方法及問題處理 
    4.1 資源配置 
    二期廠壩帷幕灌漿共投入XY-2、XU-300等型號(hào)鉆機(jī)96臺(tái)，灌漿泵82臺(tái)，自動(dòng)記錄儀40臺(tái)，濕磨機(jī)30臺(tái)，基本上采取3鉆1灌配置，備用1臺(tái)灌漿泵。 
    4.2 鉆孔與測(cè)斜 
    采用小口徑地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，金鋼石鉆頭鉆孔，開孔前用“兩點(diǎn)法”地錨固定，用角度尺和地質(zhì)羅盤校正鉆機(jī)立軸。第1段灌漿結(jié)束后進(jìn)行孔口管埋設(shè)，埋入基巖深度2 m，孔口管采用?73 mm的無縫鋼管。鉆孔測(cè)斜選用KXP-Ⅰ型測(cè)斜儀，一般每10 m測(cè)1次。 
    4.3 鉆孔沖洗與簡易壓水 
    采用高壓水脈動(dòng)沖洗，沖洗時(shí)間不少于30 min，回清水10 min。灌漿前均進(jìn)行簡易壓水試驗(yàn)，壓水壓力1.0 MPa。 
    4.4 制漿與檢測(cè) 
    采用集中制漿，分部位供漿，漿液經(jīng)3臺(tái)濕磨機(jī)串聯(lián)磨制后送入攪拌桶，外加劑為UNF-5型高效減水劑，摻量7%。漿液濃度采用標(biāo)準(zhǔn)漏斗粘度計(jì)檢測(cè)，要求漏斗粘度小于30 s；細(xì) 分部位供漿，漿液經(jīng)3臺(tái)濕磨機(jī)串聯(lián)磨制后送入攪拌桶，外加劑為UNF-5型高效減水劑，摻量7%。漿液濃度采用標(biāo)準(zhǔn)漏斗粘度計(jì)檢測(cè)，要求漏斗粘度小于30 s；細(xì)度主要采用沉降法，用激光粒度儀校核，要求每10 t水泥檢測(cè)1次。   
    4.5 自動(dòng)記錄 
    灌漿記錄全部采用自動(dòng)記錄儀，自動(dòng)記錄儀為長江科學(xué)院GJY-Ⅲ型和湖南力合LHGY-2000型。 
    4.6 灌漿壓力控制 
    在施工過程中為了避免抬動(dòng)破壞,建立了注入率與最大灌漿壓力的關(guān)系見下表2。 
    5、主要技術(shù)問題及處理 
    5.1 涌水問題 
    灌漿施工過程中，部分鉆孔出現(xiàn)涌水。涌水部位主要在集中左廠14#～泄4#深槽壩段及右縱1#、2#壩段。涌水段數(shù)占灌漿段數(shù)50.3%，單孔平均涌水量0.63 L/min，水壓0.01～0.1 MPa，最大涌水量36 L/min，水壓0.15 MPa，各孔段涌水量之和3 782.08 L/min。涌水是由于壩基巖體裂隙水在四周河水水壓（水頭51～62 m）傳遞下，當(dāng)鉆孔揭露裂隙含水帶后，地下水的排泄釋放過程，屬于地下水正常逕流。
    對(duì)鉆孔涌水問題，采取如下措施：對(duì)涌水嚴(yán)重部位，增加灌漿孔深、改單排帷幕為雙排帷幕，加密灌漿孔；對(duì)涌水孔段，提高灌漿壓力（設(shè)計(jì)壓力+涌水壓力）；提高結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，要求屏漿時(shí)間不少于1 h，閉漿待凝24～48 h。通過以上處理后，涌水孔段灌后掃孔均無涌水，且鉆孔涌水量與涌水孔段頻率隨帷幕灌漿排序、孔序增加而減少。 
    5.2 左廠1#～５＃壩段緩傾角裂隙區(qū)處理 
    左廠1#～5#壩段屬于岸坡地段，由于壩基下游廠房基坑開挖形成臨空面，傾向下游的緩傾角裂隙較發(fā)育，有可能對(duì)壩基深層抗滑穩(wěn)定問題不利。所以對(duì)該部位滲控工程帷幕進(jìn)行了加強(qiáng)處理：壩基設(shè)三層平行帷幕的縱向地下排水洞，和兩條橫向排水洞，并沿排水洞及帷幕廊道設(shè)排水孔幕形成廠壩聯(lián)合封閉抽排區(qū)；將主帷幕、主排水前移，孔深加深至75～85 m，高程到10 m，主排水相應(yīng)加深至高程23 m；在主帷幕前增加一排孔深40 m的帷幕孔。 
    5.3深槽部位“深厚透水帶”處理 
    將左導(dǎo)墻～泄4#深槽壩段帷幕加深至-120 m高程，左導(dǎo)墻～泄2#壩段封閉帷幕加深至-80 m高程；泄5#～10#及泄14#～19#兩個(gè)風(fēng)化深槽前排加深到與后排等深。 
    5.4 孔口段升壓 
    根據(jù)質(zhì)量專家組的意見，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，孔口段(淺層5 m)灌漿壓力升至2.5～4.0 MPa,對(duì)在升壓前已完成施工的部位,主帷幕前增加一排孔深8 m的淺孔，采用3.5～4.0 MPa壓力進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。經(jīng)調(diào)整后，第1、2、3段灌漿壓力均達(dá)到了“不小于2倍壩前水頭”的要求。 
    5.5 淺層“透水率偏大，吸漿量偏小”的處理 
    三峽廠壩二期帷幕灌漿采用提高灌漿壓力、加排、加密、加深等措施后，孔口段仍存在透水率偏大單耗偏小，涌水孔段不吸漿或吸漿量很小等現(xiàn)象。即指灌前壓水透水率=1～3 Lu，單耗≤1 kg/m；透水率=3～5 Lu，單耗≤5 kg/m；透水率≤5 Lu，單耗≤10 kg/m。出現(xiàn)透水率偏大單耗偏小的主要原因是微細(xì)裂隙用濕磨細(xì)水泥漿得不到有效灌注。 
    對(duì)該部位進(jìn)行補(bǔ)充化學(xué)灌漿，在主帷幕的中心線上增補(bǔ)了1排化學(xué)灌漿孔，孔深5m，距原水泥灌漿孔距一般1.0～2.5 m，孔徑?56～76 mm，分Ⅱ序加密，兩段壓水，第1段2 m，第2段3 m，全孔1次灌漿。灌漿壓力，主帷幕：壓水2.0 MPa，灌漿2.5 MPa；封閉帷幕：壓水1.0 MPa，灌漿1.5 MPa。化灌材料采用丙烯酸鹽。 
    5.6 陡傾角裂隙發(fā)育部位處理 
    為了提高鉆孔穿透陡傾角裂隙的機(jī)率，在陡傾角裂隙發(fā)育的幾個(gè)典型壩段，補(bǔ)充布置了頂角30°的12個(gè)斜孔，其透水率、耗漿量與直孔無明顯差別。 
    5.7 對(duì)大耗漿孔段的處理 
    三峽壩基主要滲漏通道為斷層、裂隙密集帶，帷幕灌漿的首要任務(wù)就是灌封這些透水裂隙。遇到斷層、裂隙密集帶大耗漿孔段，要求灌漿連續(xù)進(jìn)行，不得中斷、待凝。 
    6、灌漿成果分析 
    三峽壩基巖體完整，除局部孔段外，可灌性普遍較差。灌前壓水試驗(yàn)，透水率小于1Lu的占93.3%，大于10 Lu的只占0.24%。其中Ⅰ序孔透水率小于1 Lu占90.1%，平均值0.5133 Lu，Ⅱ序孔小于1Lu占92.3%，平均值0.2890 Lu，Ⅲ序孔小于1 Lu占94.8%，平均值0.2270 Lu。平均單位注入量10.10 kg/m，Ⅰ序孔20.72 kg/m，Ⅱ序孔8.25 kg/m，Ⅲ序孔5.97 kg/m。隨著孔序的增加，透水率、單位耗灰量遞減規(guī)律明顯。 
    質(zhì)量檢查孔壓水成果：設(shè)計(jì)共布160個(gè)檢查孔，壓水試驗(yàn)2255段，透水率小于1 Lu的2 222段，占98.54%，對(duì)不合格孔段進(jìn)行了補(bǔ)灌和補(bǔ)灌后檢查，均滿足小于1 Lu的要求。 
    補(bǔ)充化灌結(jié)束后，進(jìn)行了灌后檢查，壓水透水率0.01～0.11 Lu，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)≤1 Lu的要求，微細(xì)裂隙已得到了有效灌注。 
    大口徑鉆孔檢查，水泥結(jié)石一般密實(shí)、堅(jiān)硬、膠結(jié)良好，為密實(shí)的結(jié)晶 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。含結(jié)石芯樣單軸抗壓強(qiáng)度：干燥狀態(tài)為26.1MPa，飽和狀態(tài)為23.8 MPa；抗拉強(qiáng)度為1.0 MPa,搞剪強(qiáng)度為1.2 MPa，結(jié)石抗?jié)B強(qiáng)度1.4 MPa～2.1 MPa。
    7、結(jié)語 
    （1）壩基巖體總體透水微弱。在斷層、寬大張性裂隙、巖脈接觸面透水性中等～較嚴(yán)重，為壩基主要滲透通道，是防滲的重點(diǎn)；帷幕灌漿質(zhì)量好壞主要取決于斷層、裂隙的灌封程度。微細(xì)裂隙、卸貨裂隙、爆破裂隙一般在較小區(qū)域內(nèi)自行封閉，儲(chǔ)水不導(dǎo)水，可灌性差。 
    （2）布孔方式以單排為主，重點(diǎn)部位、斷層裂隙發(fā)育部位采取雙排與加密的方式，一般與重點(diǎn)兼顧，節(jié)省了工程量，總體上滿足了工程要求。 
    （3）最大灌漿壓力為5～6 MPa，孔口段在充分考慮到巖體工程地質(zhì)條件、上覆蓋重情況下，灌漿壓力提升到3.5～4.0 MPa，在灌漿過程中，按注入量逐級(jí)升壓。達(dá)到了在不產(chǎn)生有害抬動(dòng)的情況下，盡量使用較在灌漿壓力的目的，提高了灌漿效果。 
    （4）基于壩基巖體微細(xì)裂隙發(fā)育，水泥細(xì)度要求D97<40μm，提高了微細(xì)裂隙的可灌性，如采用改性細(xì)水泥，更加有利于施工和質(zhì)量控制。 
    （5）帷幕灌漿施工進(jìn)展順利，在施工中建立了施工單位三級(jí)質(zhì)檢、監(jiān)理全過程旁站、設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)跟蹤服務(wù)、業(yè)主統(tǒng)一協(xié)調(diào)的質(zhì)量保證體系。施工質(zhì)量問題得到了及時(shí)處理，沒有發(fā)生質(zhì)量事故與安全事故，單元工程質(zhì)量合格率100%，優(yōu)良率83%，質(zhì)量等級(jí)優(yōu)良。 
    （6）上、下游基坑充水后，排水孔排水總量為717.40 L/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)排水量。帷幕灌漿的質(zhì)量，最終還要接受大壩蓄水的考驗(yàn)，今后需加大排水孔的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，查清壩基滲流規(guī)律。