江蘇沙河抽水蓄能電站上水庫大壩灌漿試驗報告

1、上上水水庫庫主主壩壩基基礎(chǔ)礎(chǔ)帷帷幕幕灌灌漿漿試試驗驗報報告告一概述江蘇沙河抽水蓄能電站位于江蘇省溧陽市境內(nèi)，裝機容量 10MW，電站上水庫由主壩、東副壩及庫盆組成。主壩、東副壩均采用砼面板堆石壩，趾板基礎(chǔ)設(shè)計采用灌漿帷幕防滲，庫盆沿庫周設(shè)置防滲帷幕，防滲標準為透水率小于 1Lu。為確保上水庫防滲達到規(guī)定要求，在基礎(chǔ)灌漿施工前進行灌漿試驗。灌漿試驗由水電十四局沙河項目部灌漿隊負責施工；由上海勘測設(shè)計院負責提供灌漿試驗技術(shù)要求并選定試驗地段（五個試驗段），確定了灌漿試驗的施工程序、施工工藝及灌漿材料，規(guī)定了有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，并提供了部分有關(guān)地質(zhì)資料；由中南勘測設(shè)計院擔任施工監(jiān)理工作。本次灌漿試驗的主要

2、任務(wù)是論證上水庫工程采用水泥灌漿的可行性、效果和經(jīng)濟上的合理性；驗證設(shè)計確定的灌漿施工程序、施工工藝、灌漿材料及設(shè)計規(guī)定的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)（如孔距、排距、壓力、配比等）在本工程中的可行性；作為設(shè)計修改上水庫工程基礎(chǔ)灌漿技術(shù)要求及相關(guān)圖紙和施工單位編制灌漿施工措施的依據(jù)。因受大壩趾板施工進度的限制，自 99 年 6 月 25 日至 8 月 28 日，先后完成了主壩段第一、二、三試驗段的鉆灌試驗及質(zhì)量檢查工作。完成固結(jié)鉆孔318.70m，固結(jié)灌漿 197.50m；帷幕鉆孔 614.2m，帷幕灌漿 513.01m；詳見灌漿施工成果匯總及工程量表。完成固結(jié)灌漿檢查孔 5 個，帷幕檢查孔 7 個，封孔檢查孔

3、 4 個（詳見檢查成果資料）第四、五試驗段選擇在東副壩及環(huán)庫公路，待該兩個部位具備灌漿施工條件后另行試驗。二施工依據(jù)1水利水電工程鉆探規(guī)程（DL501392）；2水利水電工程鉆孔壓水實驗規(guī)程（SL2592）；3江蘇沙河抽水蓄能電站上水庫基礎(chǔ)灌漿平面布置及剖面圖（SH116J-51-6-1SH116J-51-6-6）4水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范（）；5江蘇沙河抽水蓄能電站上水庫巖基水泥灌漿施工技術(shù)要求；6招標文件第二卷技術(shù)規(guī)范；7江蘇沙河抽水蓄能電站上水庫基礎(chǔ)帷幕灌漿試驗要求；8上水庫基礎(chǔ)帷幕灌漿措實驗施；9江蘇沙河抽水蓄能電站工程監(jiān)理文件（SJL-10-30）；三施工布置根據(jù)試驗地段的位置

4、在庫盆中設(shè)置了兩個制漿系統(tǒng)，4 個灌漿站。2#制漿系統(tǒng)供漿給 2#灌漿站對第二試段施灌，1#制漿系統(tǒng)先供漿給 1#灌漿站對第三試段施灌；該試段灌漿結(jié)束后供漿給 3#、4#制漿站對第一試段施灌。二、三試段采用 1.5鋼管搭設(shè)排架，再鋪設(shè) 5cm 木板形成鉆灌平臺。一試段直接安裝鉆機于方木上，在趾板面上進行鉆灌施工。其它施工布置按試驗施工措施進行。四施工情況介紹1施工工藝流程圖a施工順序 b固結(jié)灌漿施工工藝流程圖c帷幕灌漿施工工藝流程圖根據(jù)監(jiān)理文件（SJL-10-29）的要求，第一灌漿試驗段在施工順序及工藝上作了調(diào)整。順序上先導(dǎo)孔的施工提前到該施工單元固結(jié)灌漿之前，孔斜控制方面在各帷幕孔鉆孔深 1

5、0.0m 左右增加一次測斜。制漿下游排固結(jié)灌漿上游排固結(jié)灌漿帷幕、序灌漿序鉆孔及鉆孔沖洗裂隙沖洗及灌前壓水次序孔灌漿序鉆孔及鉆孔沖洗裂隙沖洗制 漿制漿次序孔灌漿機械壓漿封孔回空段人工封孔質(zhì)量檢查先導(dǎo)孔鉆孔及鉆孔沖洗（分段）裂隙沖洗及灌前壓水試驗（自上而下分段）先導(dǎo)孔孔斜測量及地下水位量測先導(dǎo)孔分段灌漿（自下而上）序孔鉆孔及鉆孔沖洗（自上而下分段）帷幕孔 孔斜 測量裂隙沖洗及灌前壓水試驗（自上而下分段）帷幕灌漿（自上而下分段）分段壓力灌漿封孔回空段人工封孔質(zhì)量 檢查2鉆孔及鉆孔沖洗全部灌漿孔均采用 SGZ_IB(150)型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機，金剛石鉆頭鉆進。固結(jié)灌漿孔采用 76mm 孔徑開孔 56m

6、m 孔徑終孔，帷幕灌漿孔采用開 91mm 口徑開孔埋設(shè)孔口導(dǎo)向管后采用 76mm 口徑鉆進。鉆孔前將鉆機對準設(shè)計孔位，用水平尺校平后加固牢靠，開孔位置與設(shè)計孔位偏差保證在 10cm 以內(nèi)。鉆孔時確保了孔向、孔深符合設(shè)計要求，力求鉆孔孔徑均一，孔徑平滑（破碎帶及軟弱夾層除外），鉆孔方向在施工中全部保證在設(shè)計允許的偏差范圍內(nèi)（詳見表二）。鉆孔原始記錄對各灌漿孔的鉆孔情況（時間、孔徑、各段段長、砼厚度、巖層破碎、斷層、回水等）作了詳細記錄。施工中，當各孔段鉆孔結(jié)束后，均利用鉆壓水進行鉆孔沖洗 1015 分鐘，盡量沖凈孔內(nèi)沉積物。從終孔測斜時孔深量測情況來看，三個試驗段 29 個帷幕孔孔內(nèi)沉積物厚度均

7、小于 12cm，小于設(shè)計及規(guī)范允許的最大值（最大不超過20cm）。3裂隙沖洗和壓水試驗各孔段鉆孔沖洗后進行裂隙沖洗 1015min 直至孔口回水澄清，無雜質(zhì)（遇泥化軟弱夾層除外）。裂隙沖洗結(jié)束后進行灌前壓水試驗，固結(jié)灌漿壓水試驗孔數(shù)為 11 個，占總灌漿孔數(shù)（38 個）的 29%。帷幕灌漿除第二試驗段9#孔外，其它各孔段全部進行了壓水試驗。灌前壓水試驗壓力為該孔段灌漿壓力的 80%，但不超過 1.0Mpa（超過 1.0Mpa 時采用 1.0Mpa）。先導(dǎo)孔及部分帷幕灌漿孔段的灌前壓水采用單點法進行，其余孔段結(jié)合裂隙沖洗進行簡易壓水。4固結(jié)灌漿灌漿采用全孔一次性灌注，灌漿栓塞置于砼段（保證在接觸

8、部位以上）。灌漿壓力 0.3Mpa，視現(xiàn)場安裝的百分表讀數(shù)情況分級升壓，盡量保證不抬動趾板，最終達到設(shè)計壓力，漿液配比及變換原則與帷幕灌漿相同。施工中在第一及第二試驗段出現(xiàn)了冒漿的現(xiàn)象，其中二試段 3 孔（X197#、S192#、S196#）；一試段一孔（S124#）。均及時采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、間歇灌漿等方法進行處理，最終均在設(shè)計壓力下達到灌漿結(jié)束標準結(jié)束灌漿。當灌漿壓力升至 0.3Mpa 后，灌漿孔注入率不大于 0.4/min 時，灌漿繼續(xù)30min，即可結(jié)束灌漿。固結(jié)灌漿結(jié)束后，灌漿孔采用機械壓漿封孔法進行封孔，即將膠管下入到鉆孔底部，向孔內(nèi)注入水灰比為 0.51 的濃漿。水泥

9、漿由孔底逐漸上升，將孔內(nèi)余漿或積水頂出，直至孔口冒出濃漿。在注入漿液過程中，隨著水泥漿在孔內(nèi)緩緩上升，漿膠管徐徐上提，但膠管管口一直保持在濃漿下面至孔口冒濃漿。待孔內(nèi)水泥漿液凝固后（一般待凝 24h）量測灌漿孔上部回空深度，試驗中所有孔量測值均小于 3m。直接采用干硬性水泥球進行人工封填密實，最后將孔口與趾板面抹平。5帷幕灌漿施工中分序逐漸縮小孔距，即鉆孔由稀到密逐漸加密，分四個次序加密（由序孔開始鉆灌至序孔）。灌注方法采用孔內(nèi)循環(huán)，先導(dǎo)孔先自上而下分段鉆孔做壓水試驗，終孔測斜及地下水位觀測結(jié)束后，再自下而上分段灌漿。其余帷幕孔采用自上而下分段灌漿。接觸段灌漿結(jié)束待凝 16h（遇斷層破碎帶并且

10、耗漿量較大時也待凝 16h），再鉆灌下一段，鉆孔和灌漿交替進行，直到終孔深。灌漿時栓塞均置于已灌段底以上 0.5m 處。灌漿段長的劃分除接觸段為 2.00m，往下一般為 5.0m，最大不超過 10.0m，灌漿壓力按（表一）進行控制。帷幕灌漿壓水試驗及灌漿壓力參數(shù)表 表一段 位（m）0227712121717段位指入巖深度壓水壓力(MPa）0.240.400.801.01.0灌漿壓力（MPa）0.300.501.01.52.0灌漿壓力表安裝在孔口回漿管路上，灌漿時視趾板變形觀測裝置（百分表）的情況升壓，原則上盡快達到設(shè)計壓力，但出現(xiàn)冒漿、注入率大等特殊情況時采用分級升壓。灌漿采用 51、31、2

11、1、11、0.81、0.61、0.51 等七個比級，按由稀到濃的原則進行變換，開灌水灰比采用 51，灌漿過程中當某一比級漿液的注入量已達 300L 以上或灌注時間已達 1h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，變濃一級灌注；若注入率大于 30L/min 時，則根據(jù)具體情況越級變濃。灌漿過程中對進回漿比重進行量測，判斷巖層中裂隙是否出現(xiàn)吃水不吃漿的情況來調(diào)整灌漿漿液配比?；蚴欠裥枰捎贸毸噙M行灌注。施工中對第一試段所有孔段的灌漿漿液進行了比重測量，結(jié)果進回漿比重均無改變和改變較小。帷幕灌漿一試驗段128#第二、三段位（2.987.98m 及 7.9812.98m）出現(xiàn)趾板上游巖縫冒漿現(xiàn)

12、象，施工中采用嵌縫、表面封堵進行處理，最后達到規(guī)定結(jié)束標準結(jié)束灌漿。先導(dǎo)孔采用自下而上分段灌漿，在設(shè)計壓力下，當注入率不大于0.4L/min 時，繼續(xù)灌注 30min 結(jié)束灌漿；其余帷幕孔采用自上而下分段灌漿，在設(shè)計壓力下，當注入率不大于 0.4L/min 時，繼續(xù)灌注 60min 結(jié)束。灌漿結(jié)束后，二、三試段試段的帷幕孔采用壓力灌漿封孔法即將栓塞置于孔口，灌入水灰比為 0.51 的濃漿，封孔壓力采用接觸段灌漿壓力（0.3Mpa），當注入率不大于 0.4L/min 時，延續(xù) 30min 結(jié)束。后經(jīng)專題會議討論決定,一試段采用分段壓力灌漿封孔法，由于灌漿孔孔深相對較淺，各孔分兩段進行。接觸段以下

13、為第二段，封孔壓力 0.5Mpa，接觸段以上為第一段，封孔壓力 0.3Mpa。封孔時當 0.51 的濃漿注入率小于 0.4L/min 后，第二段延續(xù) 30min 停止，第一段（孔口段）延續(xù) 60min 停止灌注并閉漿 24h。采用上述兩種方法封孔后，待孔內(nèi)水泥漿液凝固后（一般 24h 后），對灌漿孔上部回空部分進行量測（本次試驗量測均小于 3.0m），直接用干硬性水泥球人工對回空部分進行人工封填密實，最后與趾板面抹平。五灌漿試驗成果表二部位孔號偏斜值l（m）部位孔號偏斜值l（m）1270.0480.181280.1490.051290.11100.111300.06110.011310.081

14、20.241320.05130.061330.11140.131340.12150.061350.10770.101360.12780.111370.10790.131380.11800.111390.06810.021400.05820.081410.10ZZ16ZZ5ZZ23 帷幕灌漿鉆孔測斜成果匯總表1固結(jié)灌漿成果匯總及工程量表： 表三孔數(shù)孔深段長灌漿壓力透水率(Lu)總灌入量平均每米耗量施工日期次序個mmMPaMaxMin漿( l )灰(kg)漿(l/m)灰(kg/m)年.月.日20164.08105.000.3041.670.709566.884364.6591.1141.57181

15、54.6292.500.303315.53840.3735.849.09合計38318.70197.500.3041.670.7012882.415205.0265.3226.3599.6.2999.7.312帷幕灌漿成果匯總及工程量表： 表四孔數(shù)孔深段長透水率(Lu)總灌入量平均每米耗量施工日期次序個MmMaxMin漿( l )灰(kg)漿(l/m)灰(kg/m)年.月.日8172.24146.81104.170.297049.042320.1748.0115.805102.5484.3624.500.113713.38969.0944.0211.499188.89154.3221.000.

16、115185.801649.8433.6010.69加強7150.53127.5233.330.051861.60349.6414.602.74合計29614.20513.01104.170.0517809.825288.7434.7210.3199.7.599.8.14六灌漿試驗效果檢查及質(zhì)量分析1灌漿檢查各試驗段灌漿結(jié)束后，由施工方進行資料整理，提交給監(jiān)理、設(shè)代并申請進行灌漿質(zhì)量檢查。檢查以壓水試驗成果為主，結(jié)合對竣工資料和測試成果的分析，綜合評定。本次灌漿試驗先后兩次提交資料確定檢查孔（二、三試段一次、一試段一次）。固結(jié)檢查孔共 6 個，其中二試段 3 個，三試段、一試段各 1 個?？咨?/p>

17、按入巖5.0m 計，檢查壓力 0.3Mpa，檢查合格標準為小于 3.0Lu。檢查結(jié)果最大透水率為0.224Lu，最小透水率為 0Lu，檢查結(jié)果全部合格，詳見檢查成果匯總表。帷幕檢查孔 7 個占帷幕灌漿總孔數(shù)（29 個）的 24%，其中一試段 2 個，二試段 3 個，三試段 2 個，共計 25 個壓水試驗段。檢查孔深度按帷幕設(shè)計深度進行，檢查壓力按（表五）進行控制。帷幕防滲標準為 1.0Lu，檢查結(jié)果（透水率）均小于防滲標準，其中最大透水率為 0.42Lu，最小透水率 0Lu。根據(jù)設(shè)計要求對所有帷幕檢查孔采取巖芯，從采芯情況來看，有一個孔（WJ002）在接觸段以下發(fā)現(xiàn)有水泥結(jié)石充填，巖芯采取率隨

18、試段地質(zhì)條件不同而變化。二試段采取率相對較高，一、三試段采取率相對較低。詳見帷幕檢查孔鉆孔柱狀圖。帷幕檢查孔檢查壓力參數(shù)表 表五段位（m）02277段位指入巖深度檢查壓力（Mpa）0.30.51.0二、三試段還針對封孔質(zhì)量進行檢查，每個試段進行了一個固結(jié)和一個帷幕封孔質(zhì)量檢查孔，共計 4 個。封孔檢查主要通過鉆孔采取封孔的水泥巖芯。判斷封孔是否飽滿、密實、水泥漿結(jié)石后與孔壁巖石的膠結(jié)情況等。由于地質(zhì)鉆機不可能準確對準原孔，必定會與原鉆孔產(chǎn)生偏差。給施工帶來較大困難。從封孔抽芯檢查的情況來看，各孔均產(chǎn)生了不同程度的偏斜，致使其中 3 個孔無法沿原孔鉆進至終孔采取封孔水泥巖芯。但從各孔采取的水泥巖

19、芯來看，封孔飽滿、密實、與孔壁膠結(jié)情況也較好，（詳見封孔檢查鉆孔柱狀圖）。2灌漿試驗成果分析本次灌漿試驗以一個試驗區(qū)作為一個單元進行施工及效果檢查。通過灌漿試驗工作及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，及時糾正。來優(yōu)化施工單位所編制的施工措施。試驗成果資料提交監(jiān)理、設(shè)代，設(shè)代通過對資料的分析，最終確定上水庫灌漿施工的最佳技術(shù)參數(shù)及最佳施工工藝（如最佳防滲厚度、最佳灌漿壓力、最佳灌漿材料、最佳開灌水灰比、最佳孔距和孔深及最佳封孔工藝等）A 變形觀測各個試段灌漿施工時，先期利用固結(jié)灌漿孔安裝抬動觀測裝置（百分表），觀測試驗過程中趾板的變位情況，選擇孔口段的灌漿壓力。灌漿過程中的趾板抬動是在某一瞬間產(chǎn)生的，是一

20、個突變的過程。灌漿過程中產(chǎn)生的上抬力與灌漿壓力 P5/3和注入量 V2/3成正比；而注入量值又和注入率直接相關(guān)。灌注時只有通過限制壓力來控制注入率最終控制最大上抬力在允許范圍內(nèi)。本次灌漿試驗，設(shè)計規(guī)定了灌漿壓力，但沒有提供各趾板段能承受的最大抬動力；且要求施工中不產(chǎn)生趾板抬動（灌漿規(guī)范允許產(chǎn)生一個由設(shè)計規(guī)定的抬動值）。施工中無法找到趾板抬動的臨界點，要在設(shè)計規(guī)定的技術(shù)參數(shù)下結(jié)束各孔段灌漿，很難對趾板抬動進行控制。本次施工中對三個試驗段中的兩個進行了變形觀測（第三試段趾板砼厚度達9.0m 以上未進行觀測），其中第二試驗段設(shè)了 1 個觀測點，第一試驗段先后設(shè)了4 個觀測點。結(jié)果只在第二試驗段上游排

21、 S193#孔和帷幕12#孔的 813m 段測得抬動值，觀測值均為 1.0mm。該兩孔段灌漿產(chǎn)生抬動的根本原因時灌漿產(chǎn)生的抬動力（Fmax）超過了孔段處趾板所能夠承受的最大上抬力，而產(chǎn)生這種情況又是因為灌注時壓力增加太快，灌漿壓力與其相應(yīng)的注入率不適應(yīng)，最終造成上抬力突增，趾板受力狀態(tài)超過臨界點而產(chǎn)生變形。B 技術(shù)參數(shù)的驗證試驗過程中出現(xiàn)了趾板抬動的現(xiàn)象，但抬動原因主要是沒有控制好壓力與注入量的關(guān)系，不能掌握趾板最大承受抬動力及趾板受力平衡狀態(tài)的臨界點。由于上水庫區(qū)裂隙多為寬 0.11.0mm 的陡傾角（7088）閉合狀裂縫，表部還有泥質(zhì)充填。即使是固結(jié)灌漿和帷幕接觸段灌漿（灌漿壓力只有 0.

22、3Mpa），沒有足夠壓力很難劈開閉合裂縫使?jié){液進入其中。本次試驗設(shè)計所提灌漿壓力，經(jīng)過檢查孔的檢查證明是能滿足水庫防滲要求的，建議在上水庫的施工中原則上不要減小灌漿壓力。針對上水庫壩區(qū)裂隙發(fā)育傾角陡、寬度小且又多呈閉合狀態(tài)，表部有時有泥質(zhì)充填、塊狀構(gòu)造多的地質(zhì)情況。如何選擇漿液材料，也是本次灌漿試驗的重要一環(huán)。本工程施工所有的水泥，均為溧陽產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，在電站的前期施工中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些問題。灌漿試驗中發(fā)現(xiàn)的材料問題一是水泥包裝質(zhì)量差，二是水泥細度不能滿足灌漿要求。以上兩個問題施工中已經(jīng)報告工程師及合營公司，監(jiān)理單位也聯(lián)合各有關(guān)單位對水泥存在的問題進行了落實處理，在今后的灌漿生產(chǎn)中希望監(jiān)理單位

23、及合營公司隨時督促廠家保證水泥質(zhì)量能滿足灌漿要求。本次試驗中，設(shè)代所提的起始水灰比為 5：1，對于那些裂隙較細小的部位。采用較稀的漿液、相對較大的壓力施灌，即能防止巖層吸水不吸漿現(xiàn)象，還有利于提高灌漿質(zhì)量。但對于能夠吸進一定漿液而達不到變漿條件就飽和的部位，全部由稀漿灌注會使裂隙中吸進太多水，水泥結(jié)石后這部分水將會從漿液中析出充填于裂隙中，影響了灌漿質(zhì)量。經(jīng)專題會議討論決定，在今后的灌漿施工中，各孔段若灌前壓水透水率大于 5Lu（包括 5Lu）起始水灰比采用 31，小于 5Lu 則依舊采用51。根據(jù)試驗技術(shù)要求，固結(jié)灌漿孔采用機械壓漿封孔法封孔。施工過程中的技術(shù)討論會議又決定帷幕孔采用分段壓力灌漿封孔法進行，主要針對砼與巖石接觸段進行加強，施工中嚴格按照規(guī)范進行。從二、三試驗段抽檢的封孔情況看，封孔質(zhì)量滿足設(shè)計要求。C 灌漿質(zhì)量綜述本次灌漿試驗，由于時間較緊，開始試驗階段各方存在一些不同意見，施工中也存在一些不規(guī)范操作。但自 7 月 16 日技術(shù)交底會議后，各方意見逐漸統(tǒng)一，施工中緊扣規(guī)范，聯(lián)系本工程的實際情況，各道工序即不死搬規(guī)范，又力求規(guī)范化。由于本次試驗灌漿單元劃分較