麦洛维水电站芯墙坝帷幕灌浆施工综述

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摘要：苏丹麦洛维水电站芯墙坝帷幕灌浆施工中，针对工程特点，采用了先进的施工设备和成孔机具，运用适宜高效的施工方法和有效的技术应变手段，满足了项目高质量、高功效的施工要求，提前工期圆满地完成了施工任务。本文将施工中的方法和特点进行总结，以便今后类似工程参考和借鉴。

Abstract: Sultan Merowe hydropower station core wall dam curtain grouting construction, based on features of the project, using the advanced construction equipment and drilling machine, use of appropriate and efficient construction methods and effective technical means of strain, meets the requirements of the project of high quality, high efficiency of construction requirements, ahead of schedule successfully completed the construction tasks. In this paper, the construction method and characteristics were summarized, for future similar engineering reference.

关键词：麦洛维芯墙坝钻孔灌浆浆液 效果

Key words: Malovi core wall dam drilling grout effect

中图分类号：TD263文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

麦洛维水电站工程位于苏丹共和国的北方省，在首都喀土穆以北约450Km的尼罗河上，水电站的水库全长200km，整个工程最大坝高67m，挡水坝坝轴线长9285m,其工程建设的主要目的为发电和水利灌溉，水电站计划装机总容量为125万千瓦。粘土芯墙坝位于尼罗河的左河道，芯墙坝最大坝高为 65m，坝顶宽度为10m。

2 工程地质条件

根据河道地质勘察资料和施工中钻孔情况显示，整个工程地质情况至上而下大致分为5层，分别为：

（1）回填粘土层：即掺石膏的粘土料，以粘土为主,石膏的掺和比例为粘土质量的4﹪，该层粘土混合料经土方机械多次碾压，结构密实，呈硬塑状态。

（2）淤泥砂和细砂层：为松散的第四纪沉积物，结构较疏松，含有少量云母。

（3）中、粗砂层：颗粒结构多呈稍密至中密状态，少量呈疏松状态，含有少量云母的同时，伴生一定量的卵石和砾石包体。

（4）卵石层：粒径为2～10cm，结构呈稍密至中密状态，局部充填砂粒或架空，厚度约50cm～100cm。

（5）基岩：岩体主要以黑云母片麻岩和花岗片麻岩为主，分布有少量的侵入性伟晶岩和流纹岩岩层，岩脉主要是侵入性的伟晶岩和细晶花岗岩、流纹岩、玄武岩。基岩10m以上岩层多中、强风化程度，节理裂隙发育；10m以下岩层多为中、微风化程度，除构造节理外，结构较完整。

3 工程施工

3.1主要完成工程量

粘土芯墙坝帷幕灌浆共累计完成358个帷幕孔的钻灌施工，其中累计覆盖层钻孔7131.8 m，基岩钻孔7160m，起拔套管358个孔；共累计灌注水泥481.1吨，钠基膨润土7.2吨。

3.2施工工艺

墙下帷幕灌浆工程为防渗墙上下游双排帷幕灌浆孔布置，每排灌浆孔距防渗墙中轴线均为2m，排间距为4m，各排孔孔间距为2m，上、下游排帷幕孔孔位呈梅花型交错布置。根据芯墙坝粘土回填顺序的总体安排，帷幕灌浆孔的施工按照从左岸至右岸的顺序，区域内先上游，后下游排进行施工；每排帷幕孔分二序，钻灌施工中按先Ⅰ序，后Ⅱ序，逐序加密的原则进行。考虑到覆盖层后期要做防渗墙的防渗处理，故此只在基岩内进行灌浆，覆盖层部分做封孔处理即可。

墙下帷幕灌浆施工工艺流程如图1所示

图1墙下帷幕灌浆施工工艺流程

3.3施工平台

为方便施工，防止在钻灌施工时产生的废水、废浆对已回填的粘土混合料的破坏，在工程施工前沿芯墙坝防渗墙的轴线方向，距轴线上下游各5m范围回填上一层厚度为50cm的中粗砂作为灌浆的临时施工平台。同时，在灌浆的施工区域内平台的上游侧挖取集污坑，将钻孔、灌浆施工当中的冲洗水、污水和废浆集中收集，经排污泵排至工作面上游的堆石体内。

3.4钻孔施工

整个工程的钻孔施工分为覆盖层及基岩钻孔两部分，施工中根据钻孔工程量和施工进度的安排，共投入两台SM-400全液压冲击回转钻机，同时配置一台高风压和一台中风压空压机，以分别用于覆盖层和基岩钻孔的作业施工。根据钻孔施工的技术要求，覆盖层和基岩钻孔结束后应立即用KXP-1测斜仪检测孔斜，钻孔偏斜应控制在3°范围内。因此在施工中针对容易造成钻孔偏斜的过程环节进行了重点控制，在覆盖层和基岩钻孔前将SM-400钻机精确就位，保证钻机平稳，用角度尺校核好后才可钻进。通过对现场测斜成果的统计整理，覆盖层孔斜均控制在1°范围内，基岩孔斜均控制在2°范围内，很好地满足了钻孔施工中对孔斜的高要求。

3.4.1孔位测量

根据施工技术要求，帷幕孔孔位偏差应不超过25cm。施工中采用加密测量控制点，减小误差的方法放设灌浆孔位，用全站仪按照每间隔20m的桩号放设控制点位，用标杆做明显标识，然后用米尺闭合测量误差的方法放设各点。为了施工中便于区分Ⅰ、Ⅱ序孔的位置，Ⅰ序孔采为红颜色铁制标牌标识，Ⅱ序孔采为白颜色标牌标识，使施工中孔位、孔序更容易识别，方便了施工，增强了孔位测量的精确度和实用性。

3.4.2覆盖层钻孔

芯墙坝墙下帷幕灌浆区域位于尼罗河的左河道，中间段覆盖层较深，向两岸逐渐变浅，覆盖层钻孔的平均深度为20m，最大深度为 34.2m，最小深度为 4.8m。施工中使用SM-400全液压冲击回转钻机，采用φ90mm风动潜孔冲击器偏心扩孔钻进，在钻进的同时跟进φ114mm钢制套管，下设套管至伸入基岩20cm，同时准确记录基岩面的深度。经统计该覆盖层成孔工艺每小时平均进尺可达５～6ｍ，大大加快了覆盖层钻孔的施工进度，满足了工程工期的要求。

在初期的回填粘土层施工中，由于掺石膏的粘土料经机械反复碾压，土体结构相当密实，潜孔锤成孔效率底、套管跟进困难。针对土体的性状特点，在回填粘土层的施工中改用自行焊制的外径为125mm的阶梯式刮刀钻头回转搅动土体，高压风吹出土颗粒的方法进行钻进，待穿透回填粘土层后，再改用潜孔锤下放套管向下继续钻进，这样很好的利用了阶梯式刮刀钻头回转钻进在粘土层钻进中的适用性，有效地解决了潜孔锤在粘土层中钻孔和下套管难的问题，使覆盖层钻孔的施工功效得到了提高。

3.4.3基岩钻孔

覆盖层钻孔结束后，提出潜孔锤留套管于孔内。基岩部分仍采用SM-400全液压冲击回转钻机配置小口径冲击器继续钻进，基岩钻孔的孔径为φ66mm。按照孔深的设计要求，钻孔至伸入基岩20m即可终孔，因风动潜孔锤能很好地适应各种等级岩石和复杂地层，施工过程中节省了造孔时起下钻的繁琐时间，因此钻孔效率大大提高。经统计SM-400全液压钻机配置风动潜孔锤基岩钻孔每小时平均进尺可达7～8ｍ，相对常规的清水回转钻进施工效率大大提高。

施工中基岩多为片麻岩岩体，钻孔时岩屑较粗，因基岩钻孔孔径只有66mm，且钻孔使用的钻杆为φ50mm，钻杆与孔壁间隙小，故而钻孔过程中使用单一的风力排渣不畅，容易导致起钻时岩屑包裹住钻杆，钻杆起拔困难，费工费力的同时，提高了基岩造孔的风险性。施工中根据基岩钻孔的实际困难，采用风水联合的办法，考虑到两台SM-400全液压钻机的水压泵都已坏掉，改用外挂水泵替代的办法解决，直接用3SNS灌浆泵压力供水，高压胶管引水接入到钻机的单向阀。这样有效的解决了基岩钻孔起钻难的问题，使风动潜孔锤成孔的优势在施工中充分地得到了发挥。

3.5灌浆施工

3.5.1灌浆方法

灌浆施工采用稳定性浆液，大循环纯压式灌浆工艺，基岩内自下而上分段卡塞逐段施灌的灌浆方法。

基岩内灌浆各段次相应压力值见 表1：

段次 1 2 3 4

基岩内深度 (m) 0～5 5～10 10～15 15～20

灌 浆 压 力 值

(bar) 3.0 3.0 5.0 6.0

表1基岩内各段次灌浆相应压力值 (1bar=0.1mpa)

灌浆作业采用GJ3000智能型灌浆数据采集与处理系统进行灌浆数据的采集、处理和浆液的计量工作，可同时完成三参数（即压力、流量、密度）和8通道的灌浆数据监控任务。该系统运行稳定，抗干扰性好，记录数据齐全，准确、便有灌浆过程的细化控制。

3.5.2结束标准及封孔

灌浆结束标准：在设计压力下，该段次10min内累计注浆量≤10L时，灌浆即可结束。

封孔：基岩灌浆结束后，向孔内注入1:1的水泥浆液，然后用SM-400全液压钻机起拔套管。套管起拔过程中继续向孔内补浆，以保持孔内液面的一定高度。当套管起拔结束后，向孔内注满浆液至孔口，待浆液初凝后，进行浆液的二次封孔。

3.5.3稳定性浆液

水：直接取自附近基坑内的降水井，水体经天然过滤，水质好，且温度较低，很好地满足了灌浆用水对水质和配制浆液不超过25度的水温要求。

水泥：选用埃及Suze水泥公司生产的42.5R普通硅酸盐水泥,比表面积大于3500cm2/g，细度经检验满足通过200目方孔筛（0.075mm）的筛余量不大于5%的要求。

膨润土：本工程选用没有经化学处理过或加生物外加剂的印度萨朴拉矿业公司母拜分公司生产的钠基膨润土作为浆液稳定剂，用以降低浆液析水率，提高浆液的稳定性。

高效减水剂: 本工程选用中国浙江龙游五强混凝土外加剂有限责任公司生产的ZB-1型超缓凝高效减水剂，该减水剂主要是由β－萘磺酸盐甲醛缩合物和微膨胀成分构成的棕褐色粉剂，易溶于水，属环保型灌浆材料，对地下水及环境无污染。该减水剂的高效分散和减水作用可明显改善浆液的流动性和分散性，增强浆液的可灌性。

灌浆浆液采用稳定性浆液，各浆材的质量掺量比为：

钠基膨润土掺量： 1.5%

ZB-1减水剂掺量：0.25%

浆液配合比及性能指标详见 表2：

配 合 比

(水:水泥:膨润土:减水剂) 密度

(g/cm3) 粘度

(1006漏斗)

( s ) 析 水 率

( % )

1:1.0:0.15:0.025 1.51～1.54 19～25 2～4

表2稳定性浆液配合比及性能指标

配制浆液前，首先将水和膨润土搅拌配制成质量比为15:1的膨润土水溶液，放入到储浆罐中膨化24小时以上，待膨润土颗粒充分膨化后方可使用。稳定性浆液的配制采用自动化制浆系统，该自动化制浆系统由水泥储存罐，制浆材料输送及计量，漩流式高速搅拌机及电气控制等部分组成，制浆材料的加料、称量及搅拌等环节均采用电气自动化控制，制浆自动化程度高，配料准确，拌制均匀，浆液性能稳定，有利于提高工程的灌浆质量。为达到浆液的均一行，漩流式高速搅拌机的搅拌时间应不少于2分钟，浆液不应含有任何的悬浮颗粒。为保证使用时浆液稳定的性能指标，浆液的温度应不超过35度；浆液制备完成后，超过1小时未用的浆液应立即弃掉改换新浆。

4灌浆效果分析

本工程基岩帷幕灌浆平均单位注入量为59.61kg/m。上游排平均单位注入量为59.77kg/m，其中Ⅰ序孔平均单耗为64.12kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为55.38kg/m；下游排平均单位注入量为59.45kg/m，其中Ⅰ序孔平均单耗为63.93kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为54.92kg/m。

从上、下游排的Ⅰ、Ⅱ序孔平均单位注入量可以看出，先施工的Ⅰ序孔的单位注入量比Ⅱ序孔的单位注入量大，Ⅱ序孔的单位注入量相对于Ⅰ序孔的单位注入量上、下游排均递减了14%，符合逐序加密单位注入量逐渐减小的灌浆基本原理；因上、下游排排间距为4m，超过了灌浆的影响范围，故而上、下游排平均单位注入量基本相同，不存在逐排递减的规律。

后期检查孔施工，其“单点法”压水试验结果均满足设计关于透水率小于5吕荣的施工技术要求；取出的岩芯多处发现水泥结石体，结石体与缝隙间胶结致密，强度较高。

通过对于帷幕灌浆单位注入量和检查孔检测结果的分析，可以充分说明其心墙坝帷幕灌浆取得了满意的施工效果，很好地满足了设计的施工要求。

5结 语

麦洛维芯墙坝帷幕灌浆施工由于采用了先进的施工机具和高效的施工方法，圆满地完成了施工任务，取得了质量和进度的双赢，为今后类似工程项目施工提供了较好的技术和经验方面的参考。