金元水电站主厂房基础固结灌浆生产性试验施工技术

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【摘要】金元水电站位于四川省甘孜藏族自治州的康定县境内、大渡河左岸支流金汤河干流中游，为金汤河干流梯级开发的第二级水电站，引水式开发，兼顾生态环境用水。水库正常蓄水位为2610.00m，死水位为2602.00m，总库容13.3万m3，调节库容9.6万m3，具有日调节能力。电站装机2台，总装机容量12.0万kW。主厂房的地质较为复杂，通过主厂房基础固结灌浆生产性试验，对设计灌浆施工参数及工艺流程进行试验，并在保证工程质量的前提下进行合理优化，掌握固结灌浆合理的施工工艺措施，为全面展开的主厂房基础固结灌浆做好技术准备。

【关键词】金元电站 主厂房基础 固结灌浆 生产性试验

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

正文

一、 工程概述与工程地质

金元水电站位于四川省甘孜藏族自治州的康定县境内、大渡河左岸支流金汤河干流中游，为金汤河干流梯级开发的第二级水电站，引水式开发。坝址位于康定县捧塔乡的下关门石，下距金汤镇24.5km，至金汤河河口公路里程约40km。厂区基础均为覆盖层，岸坡覆盖层属崩、坡积块、碎石夹粘土，厚10m～30m；河床覆盖层按其物质组成及结构可分为四层：

Ⅰ：崩、冲积混合堆积块、碎/卵砾石夹砂土，其中块、碎石主要由灰岩、白云岩、大理岩、板岩及砂岩组成，只是在碎石成分中含少量玄武岩；卵石成分则包括灰岩、玄武岩及白云岩等，分布于地面以下深0.00m～29.74m(高程2126.03m～2155.77m)。

Ⅱ：河湖相粉质粘土，含少量砂，灰色，可塑状，分布于地面以下深29.74m～32.70m(高程2123.07m～2126.03m)处。

Ⅲ：崩、冲积混合堆积块、碎/卵砾石夹砂土，其中块、碎石主要由灰岩、白云岩、大理岩、石英岩、板岩、片岩及砂岩组成等，在碎石组成成分中还含少量玄武岩；卵石成分包括灰岩、玄武岩及白云岩等，分布于地面以下深32.70m～74.58m(高程2081.19m～2123.07m)。

Ⅳ：冲、洪积粉质粘土夹砂砾石，土黄色，含少量碎石，主要分布于地面以下深74.58m～76.99m(高程2078.78m～2081.19m)。

ZK911附近河床基岩面高程约2078.78m，向东(ZK909、ZK910)迅速抬至高程2140.17m～2141.25m。

二、试验区场地选择与钻孔布置

固结灌浆生产性试验区参照主厂房基础固结灌浆孔位布置，只选取部分灌浆孔进行试验。呈方形布置，共6排，周边孔间排距为1.0m，中间孔间排距为1.25米，共计50个灌浆孔。

三、灌浆材料及浆液试验

灌浆用水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其细度为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。灌浆水灰比为2：1、1：1、0.5：1三级水灰比。

四、灌浆施工技术

1. 固结灌浆施工前，为保证固结灌浆施工质量，在固结灌浆试验区周围靠外侧先进行预灌浆施工，以形成灌浆封闭帷幕，防止固结灌浆时浆液扩散至较远区域。预灌浆孔深15m，孔距1m，孔径φ75mm，全长分三段成孔、自上而下灌浆。灌浆采用纯压式灌浆的方式，分两序施工。

2. 固结灌浆分序：固结灌浆按分序加密的原则进行，先施工边排一序孔，再施工边排二序孔，依次向中间推进。

3.固结灌浆段长划分：第一段段长3.5m，第二段及以下各段一般为5m，最后一段段长不大于6.0m。

4. 固结灌浆钻孔选用地质钻机配φ73mm金刚石钻头钻孔。钻孔放样开孔误差不大于10cm，孔斜偏差不超过2.5%。

5. 钻孔冲洗：每一段钻孔完成后，均进行钻孔冲洗，直至回水澄清为止。

6. 裂隙冲洗：采用水进行冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，压力超过1MPa,采用1MPa。钻孔冲洗时间冲至回水清净后10min结束，且总的时间要求，单孔不少于30min，串通孔不少于2h。对回水达不到清净要求的孔段，继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。

由于地质条件复杂钻孔完毕后，经监理同意可不做钻孔冲洗和裂隙冲洗。

7. 压水试验：灌前测试孔和灌后检查孔均进行“单点法”常规压水试验，其余灌浆孔做简易压水试验。常规压水试验压力为该段灌浆压力的80%，超过1MPa采用1MPa；各级压水压力下压入流量的稳定标准为：在稳定压力下每隔5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，即可结束压水，以最高压力阶段压力值及相应的流量计算透水率。简易压水试验压力为该段灌浆压力的80%，超过1MPa采用1MPa；压水时间为20min，每5min测读一次压水压力和流量，取最后读数为计算值。简易压水可结合该段的裂隙冲洗进行。

8. 灌浆方法：固结灌浆孔全部采用孔内阻塞、纯压式灌注法。

9. 浆液水灰比 固结灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，试验水灰比采用2：1、1：1、0.5：1三个比级。

10. 灌浆压力按表1进行控制。

表1 固结灌浆生产性试验压力控制表

11. 结束标准：各灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于0.4L/min后，继续灌注30min，结束该段灌浆。

12. 封孔：采用全孔灌浆封孔法进行封孔。

五、 灌浆成果分析

1.透水率变化

各孔段灌前压水试验透水率成果见表2。从表2看，Ⅰ序孔灌前透水率平均值为165.99lu，Ⅱ序孔灌前透水率平均值为120.25lu。平均透水率Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔，说明经过先序孔的灌浆，后序孔的灌前透水率逐渐减小，达到了灌浆效果。

表2 灌前简易压水区间段数和频率

2. 单位注灰量变化

各灌浆孔单位注灰量统计见表3。从表3看，随灌序的增加，试验区各次序孔的单位注灰量分布总体上遵循逐序递减的规律。其中Ⅰ序孔单位注灰量≥100kg/m的频率为38%，Ⅱ序孔单位注灰量≥100kg/m的频率为19%，Ⅲ序孔单位注灰量≥100kg/m的频率为18%。说明随着灌浆次序的增进，岩体逐渐被灌注密实，地层的均一性得到明显改善。从单位注灰量均值可以看出，Ⅰ序孔单位注灰量为213.05kg/m，Ⅱ序孔单位注灰量为117.25kg/m，随灌序的增加，各次序孔单位注灰量逐渐减小，遵循一般灌浆规律。

表3各次序灌浆孔单位注灰量成果统计表

3. 抬动成果分析

施工过程中，累计观测120次，未发生抬动变形。虽未发生抬动但在施工过程中，仍应对灌浆范围内进行抬动观测，防止因抬动变形造成混凝土裂缝。

六．灌浆质量检查

1.灌后检查标准

2. 灌后压水试验检查

在灌浆全部结束3天后，布设了3个固结灌浆检查孔，进行压水试验。灌后检查孔压水试验透水频率统计见表4。从表4看，透水率平均值9.13Lu（最大值12.45Lu，最小值1.61Lu），小于3Lu的2段，占33％，3Lu～5Lu、5Lu～10Lu、10Lu～50Lu分别为1段、1段、2段，分别占17％、17％、33％。根据设计技术要求，灌后检查孔单位透水率不大于10lu，且压水试验孔段合格率在85%以上，不合格孔段合格率不超过设计规定的150%，且不集中。从表4可以看出，灌后检查孔单位透水率小于10lu的孔段只占67%，不满足设计技术要求。

表4灌后检查孔透水频率统计表

造成以上原因主要有以下几个方面。

(1)灌浆过程中，在灌浆压力下，浆液大多随裂隙进行渗透，而浆液横向渗透扩散半径较小，无法渗透到灌浆区域部分孔段位置。

(2) 在灌浆过程中，灌浆待凝情况经常出现，且待凝后复灌时，该孔段一般不再吸浆。说明灌浆待凝后，大部分裂缝已被水泥浆液封堵，复灌时，浆液已经没有渗透通道，即便在灌浆压力作用下，浆液也无法横向扩散或横向扩散半径很小，部分裂缝无水泥填充，导致部分孔段透水性仍然偏高。

七．结论

1. 灌浆实施过程中，严格按照施工技术要求进行灌浆作业，灌浆施工过程监理工程师全程旁站，灌浆施工过程质量可控，试验资料真实、可靠，试验成果具有较好的规律性，灌浆效果较好，对今后的设计、施工具有指导意义。

2. 灌浆试验采取孔内阻塞、纯压式灌注法，灌注普通水泥浆液的灌浆工艺，技术可靠，用于金元电站主厂房基础加固处理是合适的。

3.II序孔与两侧相邻孔的平均间距为0.65m，而灌后检查孔与两侧灌浆孔的平均距离也为0.65m，所以导致II序孔的平均透水率已接近灌后检查孔压水试验透水率，不满足设计技术要求。因此，主厂房基础固结灌浆区域灌浆孔间距可适当缩小为0.80～1.0m。

4. 固结灌浆试验采取分序加密、分段钻灌，孔内阻塞、纯压式灌注法和灌浆结束标准，试验成果对大面积灌浆有一定的指导意义。

参考文献：

1.《水利水电施工手册》中国电力出版社

2.《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（SL62-94）》中国水利水电出版社