江苏沙河抽水蓄能电站上水库大坝灌浆试验报告.doc

1 上上水水库库主主坝坝基基础础帷帷幕幕灌灌浆浆试试验验报报告告 一概述 江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏省溧阳市境内，装机容量 10mw，电站上水 库由主坝、东副坝及库盆组成。主坝、东副坝均采用砼面板堆石坝，趾板基 础设计采用灌浆帷幕防渗，库盆沿库周设置防渗帷幕，防渗标准为透水率小 于 1lu。为确保上水库防渗达到规定要求，在基础灌浆施工前进行灌浆试验。 灌浆试验由水电十四局沙河项目部灌浆队负责施工；由上海勘测设计院负 责提供灌浆试验技术要求并选定试验地段（五个试验段），确定了灌浆 试验的施工程序、施工工艺及灌浆材料，规定了有关技术数据，并提供了部 分有关地质资料；由中南勘测设计院担任施工监理工作。 本次灌浆试验的主要任务是论证上水库工程采用水泥灌浆的可行性、效果 和经济上的合理性；验证设计确定的灌浆施工程序、施工工艺、灌浆材料及 设计规定的有关技术数据（如孔距、排距、压力、配比等）在本工程中的可 行性；作为设计修改上水库工程基础灌浆技术要求及相关图纸和施工单位编 制灌浆施工措施的依据。 因受大坝趾板施工进度的限制，自 99 年 6 月 25 日至 8 月 28 日，先后完成 了主坝段第一、二、三试验段的钻灌试验及质量检查工作。完成固结钻孔 318.70m，固结灌浆 197.50m；帷幕钻孔 614.2m，帷幕灌浆 513.01m；详见灌浆 施工成果汇总及工程量表。完成固结灌浆检查孔 5 个，帷幕检查孔 7 个，封 2 孔检查孔 4 个（详见检查成果资料）第四、五试验段选择在东副坝及环库公 路，待该两个部位具备灌浆施工条件后另行试验。 二施工依据 1水利水电工程钻探规程（dl501392）； 2水利水电工程钻孔压水实验规程（sl2592）； 3江苏沙河抽水蓄能电站上水库基础灌浆平面布置及剖面图（sh116j-51-6- 1sh116j-51-6-6） 4水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（）； 5江苏沙河抽水蓄能电站上水库岩基水泥灌浆施工技术要求； 6招标文件第二卷技术规范； 7江苏沙河抽水蓄能电站上水库基础帷幕灌浆试验要求； 8上水库基础帷幕灌浆措实验施； 9江苏沙河抽水蓄能电站工程监理文件（sjl-10-30）； 三施工布置 根据试验地段的位置在库盆中设置了两个制浆系统，4 个灌浆站。2#制浆系 统供浆给 2#灌浆站对第二试段施灌，1#制浆系统先供浆给 1#灌浆站对第三 试段施灌；该试段灌浆结束后供浆给 3#、4#制浆站对第一试段施灌。 3 二、三试段采用 1.5钢管搭设排架，再铺设 5cm 木板形成钻灌平台。一试 段直接安装钻机于方木上，在趾板面上进行钻灌施工。其它施工布置按试验 施工措施进行。 四施工情况介绍 1施工工艺流程图 a施工顺序 b固结灌浆施工工艺流程图 c帷幕灌浆施工工艺流程图 制浆 下游排固结灌浆上游排固结灌浆帷幕、序灌浆 序钻孔及 钻孔冲洗 裂隙冲洗及 灌前压水 次序 孔灌浆 序钻孔及钻 孔冲洗 裂隙 冲洗 制 浆制浆 次序孔灌浆机械压浆封孔 回空段人工封孔 质量检查 先导孔钻孔 及钻孔冲洗 （分段） 裂隙冲洗及灌前 压水试验（自上 而下分段） 先导孔孔斜测 量及地下水位 量测 先导孔分 段灌浆（自下 而上） 序孔钻孔 及钻孔冲洗（自 上而下分段） 帷幕孔 孔斜 测量 裂隙冲洗及灌前 压水试验（自上 而下分段） 帷幕灌浆 （自上而 下分段） 分段压力 灌浆封孔 回空段人工 封孔 质量 检查 4 根据监理文件（sjl-10-29）的要求，第一灌浆试验段在施工顺序及工艺上作 了调整。顺序上先导孔的施工提前到该施工单元固结灌浆之前，孔斜控制方面在 各帷幕孔钻孔深 10.0m 左右增加一次测斜。 2钻孔及钻孔冲洗 全部灌浆孔均采用 sgz_ib(150)型回转式地质钻机，金刚石钻头钻进。固结灌 浆孔采用 76mm 孔径开孔 56mm 孔径终孔，帷幕灌浆孔采用开 91mm 口径 开孔埋设孔口导向管后采用 76mm 口径钻进。钻孔前将钻机对准设计孔位，用 水平尺校平后加固牢靠，开孔位置与设计孔位偏差保证在 10cm 以内。钻孔时确 保了孔向、孔深符合设计要求，力求钻孔孔径均一，孔径平滑（破碎带及软弱夹 层除外），钻孔方向在施工中全部保证在设计允许的偏差范围内（详见表二）。 钻孔原始记录对各灌浆孔的钻孔情况（时间、孔径、各段段长、砼厚度、岩层破 碎、断层、回水等）作了详细记录。 施工中，当各孔段钻孔结束后，均利用钻压水进行钻孔冲洗 1015 分钟，尽 量冲净孔内沉积物。从终孔测斜时孔深量测情况来看，三个试验段 29 个帷幕孔 孔内沉积物厚度均小于 12cm，小于设计及规范允许的最大值（最大不超过 20cm）。 3裂隙冲洗和压水试验 5 各孔段钻孔冲洗后进行裂隙冲洗 1015min 直至孔口回水澄清，无杂质（遇泥 化软弱夹层除外）。裂隙冲洗结束后进行灌前压水试验，固结灌浆压水试验孔数 为 11 个，占总灌浆孔数（38 个）的 29%。帷幕灌浆除第二试验段9#孔外，其 它各孔段全部进行了压水试验。灌前压水试验压力为该孔段灌浆压力的 80%，但 不超过 1.0mpa（超过 1.0mpa 时采用 1.0mpa）。先导孔及部分帷幕灌浆孔段的灌 前压水采用单点法进行，其余孔段结合裂隙冲洗进行简易压水。 4固结灌浆 灌浆采用全孔一次性灌注，灌浆栓塞置于砼段（保证在接触部位以上）。灌 浆压力 0.3mpa，视现场安装的百分表读数情况分级升压，尽量保证不抬动趾板， 最终达到设计压力，浆液配比及变换原则与帷幕灌浆相同。施工中在第一及第二 试验段出现了冒浆的现象，其中二试段 3 孔（x197#、s192#、s196#）；一试段 一孔（s124#）。均及时采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、间歇灌浆等方法进 行处理，最终均在设计压力下达到灌浆结束标准结束灌浆。 当灌浆压力升至 0.3mpa 后，灌浆孔注入率不大于 0.4/min 时，灌浆继续 30min，即可结束灌浆。固结灌浆结束后，灌浆孔采用机械压浆封孔法进行封孔， 即将胶管下入到钻孔底部，向孔内注入水灰比为 0.51 的浓浆。水泥浆由孔底逐 渐上升，将孔内余浆或积水顶出，直至孔口冒出浓浆。在注入浆液过程中，随着 水泥浆在孔内缓缓上升，浆胶管徐徐上提，但胶管管口一直保持在浓浆下面至孔 口冒浓浆。待孔内水泥浆液凝固后（一般待凝 24h）量测灌浆孔上部回空深度， 6 试验中所有孔量测值均小于 3m。直接采用干硬性水泥球进行人工封填密实，最 后将孔口与趾板面抹平。 5帷幕灌浆 施工中分序逐渐缩小孔距，即钻孔由稀到密逐渐加密，分四个次序加密（由 序孔开始钻灌至序孔）。灌注方法采用孔内循环，先导孔先自上而下分段钻 孔做压水试验，终孔测斜及地下水位观测结束后，再自下而上分段灌浆。其余帷 幕孔采用自上而下分段灌浆。接触段灌浆结束待凝 16h（遇断层破碎带并且耗浆 量较大时也待凝 16h），再钻灌下一段，钻孔和灌浆交替进行，直到终孔深。灌 浆时栓塞均置于已灌段底以上 0.5m 处。灌浆段长的划分除接触段为 2.00m，往下 一般为 5.0m，最大不超过 10.0m，灌浆压力按（表一）进行控制。 帷幕灌浆压水试验及灌浆压力参数表 表一 段 位 （m） 0227712121717 段位指入 岩深度 压水压力 (mpa） 0.240.400.801.01.0 灌浆压力 （mpa） 0.300.501.01.52.0 灌浆压力表安装在孔口回浆管路上，灌浆时视趾板变形观测装置（百分表） 的情况升压，原则上尽快达到设计压力，但出现冒浆、注入率大等特殊情况时采 用分级升压。 7 灌浆采用 51、31、21、11、0.81、0.61、0.51 等七个比级，按 由稀到浓的原则进行变换，开灌水灰比采用 51，灌浆过程中当某一比级浆液的 注入量已达 300l 以上或灌注时间已达 1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变 不显著时，变浓一级灌注；若注入率大于 30l/min 时，则根据具体情况越级变浓。 灌浆过程中对进回浆比重进行量测，判断岩层中裂隙是否出现吃水不吃浆的情况 来调整灌浆浆液配比。或是否需要采用超细水泥进行灌注。施工中对第一试段所 有孔段的灌浆浆液进行了比重测量，结果进回浆比重均无改变和改变较小。 帷幕灌浆一试验段128#第二、三段位（2.987.98m 及 7.9812.98m）出现趾 板上游岩缝冒浆现象，施工中采用嵌缝、表面封堵进行处理，最后达到规定结束 标准结束灌浆。先导孔采用自下而上分段灌浆，在设计压力下，当注入率不大于 0.4l/min 时，继续灌注 30min 结束灌浆；其余帷幕孔采用自上而下分段灌浆，在 设计压力下，当注入率不大于 0.4l/min 时，继续灌注 60min 结束。 灌浆结束后，二、三试段试段的帷幕孔采用压力灌浆封孔法即将栓塞置于孔 口，灌入水灰比为 0.51 的浓浆，封孔压力采用接触段灌浆压力（0.3mpa），当 注入率不大于 0.4l/min 时，延续 30min 结束。后经专题会议讨论决定,一试段采 用分段压力灌浆封孔法，由于灌浆孔孔深相对较浅，各孔分两段进行。接触段以 下为第二段，封孔压力 0.5mpa，接触段以上为第一段，封孔压力 0.3mpa。封孔 时当 0.51 的浓浆注入率小于 0.4l/min 后，第二段延续 30min 停止，第一段 （孔口段）延续 60min 停止灌注并闭浆 24h。采用上述两种方法封孔后，待孔内 水泥浆液凝固后（一般 24h 后），对灌浆孔上部回空部分进行量测（本次试验量 8 测均小于 3.0m），直接用干硬性水泥球人工对回空部分进行人工封填密实，最后 与趾板面抹平。 五灌浆试验成果 1固结灌浆成果汇总及工程量表： 表三 次 序 孔数孔深段长灌浆压力透水率(lu)总灌入量平均每米耗量施工日期 表二 部位孔号偏斜值l（m）部位孔号偏斜值l（m） 1270.04 8 0.18 1280.14 9 0.05 1290.11 100.11 1300.06 110.01 1310.08 120.24 1320.05 130.06 1330.11 140.13 1340.12 150.06 1350.10 770.10 1360.12 780.11 1370.10 790.13 1380.11 800.11 1390.06 810.02 1400.05 820.08 1410.10 zz16 zz5 zz23 帷幕灌浆钻孔测斜成果汇总表 9 个mmmpamaxmin浆( l )灰(kg)浆(l/m)灰(kg/m)年.月.日 20164.08105.000.3041.670.709566.884364.6591.1141.57 18154.6292.500.303315.53840.3735.849.09 合计38318.70197.500.3041.670.7012882.415205.0265.3226.35 99.6.29 99.7.31 2帷幕灌浆成果汇总及工程量表： 表四 孔数孔深段长透水率(lu)总灌入量平均每米耗量施工日期 次序 个mmmaxmin浆( l )灰(kg)浆(l/m)灰(kg/m)年.月.日 8172.24146.81104.170.297049.042320.1748.0115.80 5102.5484.3624.500.113713.38969.0944.0211.49 9188.89154.3221.000.115185.801649.8433.6010.69 加强7150.53127.5233.330.051861.60349.6414.602.74 合计29614.20513.01104.170.0517809.825288.7434.7210.31 99.7.5 99.8.14 六灌浆试验效果检查及质量分析 1灌浆检查 各试验段灌浆结束后，由施工方进行资料整理，提交给监理、设代并申请进 行灌浆质量检查。检查以压水试验成果为主，结合对竣工资料和测试成果的分析， 综合评定。本次灌浆试验先后两次提交资料确定检查孔（二、三试段一次、一试 段一次）。 固结检查孔共 6 个，其中二试段 3 个，三试段、一试段各 1 个。孔深按入岩 5.0m 计，检查压力 0.3mpa，检查合格标准为小于 3.0lu。检查结果最大透水率为 0.224lu，最小透水率为 0lu，检查结果全部合格，详见检查成果汇总表。 10 帷幕检查孔 7 个占帷幕灌浆总孔数（29 个）的 24%，其中一试段 2 个，二试 段 3 个，三试段 2 个，共计 25 个压水试验段。检查孔深度按帷幕设计深度进行， 检查压力按（表五）进行控制。帷幕防渗标准为 1.0lu，检查结果（透水率）均 小于防渗标准，其中最大透水率为 0.42lu，最小透水率 0lu。根据设计要求对所 有帷幕检查孔采取岩芯，从采芯情况来看，有一个孔（wj002）在接触段以下发 现有水泥结石充填，岩芯采取率随试段地质条件不同而变化。二试段采取率相对 较高，一、三试段采取率相对较低。详见帷幕检查孔钻孔柱状图。 帷幕检查孔检查压力参数表 表五 段位（m）02277段位指入岩深度 检查压力 （mpa） 0.30.51.0 二、三试段还针对封孔质量进行检查，每个试段进行了一个固结和一个帷幕 封孔质量检查孔，共计 4 个。封孔检查主要通过钻孔采取封孔的水泥岩芯。判断 封孔是否饱满、密实、水泥浆结石后与孔壁岩石的胶结情况等。由于地质钻机不 可能准确对准原孔，必定会与原钻孔产生偏差。给施工带来较大困难。从封孔抽 芯检查的情况来看，各孔均产生了不同程度的偏斜，致使其中 3 个孔无法沿原孔 钻进至终孔采取封孔水泥岩芯。但从各孔采取的水泥岩芯来看，封孔饱满、密实、 与孔壁胶结情况也较好，（详见封孔检查钻孔柱状图）。 2灌浆试验成果分析 11 本次灌浆试验以一个试验区作为一个单元进行施工及效果检查。通过灌浆试 验工作及时发现施工中存在的问题，及时纠正。来优化施工单位所编制的施工措 施。试验成果资料提交监理、设代，设代通过对资料的分析，最终确定上水库灌 浆施工的最佳技术参数及最佳施工工艺（如最佳防渗厚度、最佳灌浆压力、最佳 灌浆材料、最佳开灌水灰比、最佳孔距和孔深及最佳封孔工艺等） a 变形观测 各个试段灌浆施工时，先期利用固结灌浆孔安装抬动观测装置（百分表）， 观测试验过程中趾板的变位情况，选择孔口段的灌浆压力。灌浆过程中的趾板抬 动是在某一瞬间产生的，是一个突变的过程。灌浆过程中产生的上抬力与灌浆压 力 p5/3和注入量 v2/3成正比；而注入量值又和注入率直接相关。灌注时只有通过 限制压力来控制注入率最终控制最大上抬力在允许范围内。本次灌浆试验，设计 规定了灌浆压力，但没有提供各趾板段能承受的最大抬动力；且要求施工中不产 生趾板抬动（灌浆规范允许产生一个由设计规定的抬动值）。施工中无法找到趾 板抬动的临界点，要在设计规定的技术参数下结束各孔段灌浆，很难对趾板抬动 进行控制。 本次施工中对三个试验段中的两个进行了变形观测（第三试段趾板砼厚度达 9.0m 以上未进行观测），其中第二试验段设了 1 个观测点，第一试验段先后设了 4 个观测点。结果只在第二试验段上游排 s193#孔和帷幕12#孔的 813m 段测 得抬动值，观测值均为 1.0mm。该两孔段灌浆产生抬动的根本原因时灌浆产生的 抬动力（fmax）超过了孔段处趾板所能够承受的最大上抬力，而产生这种情况又 12 是因为灌注时压力增加太快，灌浆压力与其相应的注入率不适应，最终造成上抬 力突增，趾板受力状态超过临界点而产生变形。 b 技术参数的验证 试验过程中出现了趾板抬动的现象，但抬动原因主要是没有控制好压力与注 入量的关系，不能掌握趾板最大承受抬动力及趾板受力平衡状态的临界点。由于 上水库区裂隙多为宽 0.11.0mm 的陡倾角（7088）闭合状裂缝，表部还有 泥质充填。即使是固结灌浆和帷幕接触段灌浆（灌浆压力只有 0.3mpa），没有足 够压力很难劈开闭合裂缝使浆液进入其中。本次试验设计所提灌浆压力，经过检 查孔的检查证明是能满足水库防渗要求的，建议在上水库的施工中原则上不要减 小灌浆压力。 针对上水库坝区裂隙发育倾角陡、宽度小且又多呈闭合状态，表部有时有泥 质充填、块状构造多的地质情况。如何选择浆液材料，也是本次灌浆试验的重要 一环。本工程施工所有的水泥，均为溧阳产普通硅酸盐水泥，在电站的前期施工 中已经发现一些问题。灌浆试验中发现的材料问题一是水泥包装质量差，二是水 泥细度不能满足灌浆要求。以上两个问题施工中已经报告工程师及合营公司，监 理单位也联合各有关单位对水泥存在的问题进行了落实处理，在今后的灌浆生产 中希望监理单位及合营公司随时督促厂家保证水泥质量能满足灌浆要求。本次试 验中，设代所提的起始水灰比为 5：1，对于那些裂隙较细小的部位。采用较稀的 浆液、相对较大的压力施灌，即能防止岩层吸水不吸浆现象，还有利于提高灌浆 质量。但对于能够吸进一定浆液而达不到变浆条件就饱和的部位，全部由稀浆灌 13 注会使裂隙中吸进太多水，水泥结石后这部分水将会从浆液中析出充填于裂隙中， 影响了灌浆质量。经专题会议讨论决定，在今后的灌浆施工中，各孔段若灌前压 水透水率大于 5lu（包括 5lu）起始水灰比采用 31，小于 5lu 则依旧采用 51。 根据试验技术要求，固结灌浆孔采用机械压浆封孔法封孔。施工过程中的技 术讨论会议又决定帷幕孔采用分段压力灌浆封孔法进行，主要针对砼与岩石接触 段进行加强，施工中严格按照规范进行。从二、三试验段抽检的封孔情况看，封 孔质量满足设计要求。 c 灌浆质量综述 本次灌浆试验，由于时间较紧，开始试验阶段各方存在一些不同意见，施工 中也存在一些不规范操作。但自 7 月 16 日技术交底会议后，各方意见逐渐统一， 施工中紧扣规范，联系本工程的实际情况，各道工序即不死搬规范，又力求规范 化。 由于本次试验灌