纳子峡水电站大坝固结灌浆生产性试验及成果分析 4页

西北水电·2013年·第3期91文章编号：1006-2610(2013)03—0091—o4纳子峡水电：~rdi．TK坝固结灌浆生产，陡试验及成果分析金永才，郑岚(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安710065)摘要：纳子峡水电站大坝基础趾板地质条件差，通过固结灌浆试验及检测成果分析合理选择灌浆材料、灌浆方法、浆液比级、灌浆孔距、灌浆压力等各项灌浆参数，检测灌浆效果，改进灌浆施工工艺，使趾板的固结灌浆成果显著。关键词：趾板；固结灌浆；试验；成果分析；纳子峡水电站中图分类号：TV543文献标识码：AProductiveTestsandAchievementAnalysisofConsolidationGrouting011Dam，NazixiaHydropowerProjectJINYong—cai，ZHENGLan(HYDROCHINAXibeiEngineeringCorporation，Xi'an710065，China)Abstract：ThegeologicalconditionsattheplacewheretheplinthslabofthedamfoundationofNazi~aHydropowerProjectarepoor，theconsolidationgroutingfortheplinthslabprovisioniscarriedoutaccordingly．Throughthetestsofconsolidationgroutingandachievementinspection，reasonableselectionsofgroutingparameterssuchasgroutingmaterials，groutingmethods，groutratiograde，groutingpres-sure，etcareanalyzed．ThegroutingeffectisinspectedandthegroutingtechnologyisimprovedSOthatanoutstandingachievementoftheconsolidationgroutingfortheplinthslabprovisioncanbegained．Keywords：plinthslab；consolidationgrouting；test；resultanalysis；NazixiaHydropowerProject1工程概况影响，岩体中断裂较发育，岩体破碎，尤其是顺坡向卸荷裂隙发育对岸坡稳定性和趾板渗漏影响较大，纳子峡水电站是大通河流域水利水电规划的需采取工程处理措施。左岸岩体中断裂较发育，岩13个梯级中第4座水电站。电站开发方式为混合体透水性大，岩体表层40～60m范围内为中等透水式，上接海浪沟水电站，下游为石头峡水电站，工程～弱透水上带(q=5～100Lu)；60～70m范围内为总库容为7．33×10m，最大坝高117．6m，属Ⅱ等弱透水中带(q=3—5Lu)；70I13以下为弱透水下带大(2)型工程。其中混凝土面板坝为1级建筑物，(q<3Lu)。其它主要建筑物溢洪道、放空泄洪洞、引水隧洞、高压管道、厂房等为2级，次要建筑物为3级。电站总2固结灌浆设计方案装机容量87MW，保证出力16．6MW，多年平均发2．1固结灌浆孔沿趾板布置电量为3．106亿kWh，年利用小时数3570h。固结灌浆孔沿趾板布置：8m宽的趾板上布置4左岸趾板斜切左岸，呈折线布置，长约225m，排固结灌浆孔；6m宽趾板布置3排固结灌浆孔；4轴线总体方向NE17。～NE36。。岸坡3133m高程m宽趾板布置2排固结灌浆孔。固结灌浆孔采用梅以上至坡顶大部分基岩裸露，由黑云母石英片岩夹花形布置，孔距3m，孔深8m。花岗片麻岩组成，岩性致密坚硬，抗风化能力强，无2．2左岸I试区灌浆试验区域强风化层，弱风化岩体厚度14—18m。受构造作用灌浆试验左岸I试区选择在改趾0+139．85m收稿日期：2013-03-04～改趾O+159．85m段，主要论证黑云母石英片岩作者简介：金永才(1963一)，男，甘肃省永靖县人，工程师，主要夹片麻岩及裂隙发育情况下的可灌性，固结灌浆试从事水电站监理工作．验在本试区内进行。如图1所示。n92金永才，郑岚．纳子峡水电站大坝固结灌浆生产性试验及成果分析(3)试验、论证、优化固结灌浆设计方案及技术参数(包括孔深、孔距、排距、分段灌浆压力、灌浆方法、浆液配合比、质量控制标准等)的合理性，并确定灌浆质量检查的标准及方法。(4)利用浆液掺和料或外加剂(包括砂、黏土、粉煤灰、水玻璃等)对提高灌浆效果的必要性。3固结灌浆试验施工方法3．1施工工艺流程及控制3．1．1钻孔灌浆孔的开孑L孑L位符合灌浆试验大纲孔位布置要求，灌浆孔的施钻灌浆程序，分序分段进行。钻孑L过程中，对钻孑L返水情况、塌孔、掉钻进行记录。3．1．2钻孔冲洗每段次灌浆孑L钻孔结束后可通人大流量水进行钻孔冲洗，直到孑L内残存的沉积物厚度不超过20cm。图1左岸I试区灌浆试验区域图裂隙冲洗压力为灌浆压力的80％，裂隙冲洗以2．3左岸I试区固结灌浆试验孔布置参数冲净孔内岩粉、杂质，直到回水清净时为止或总的时(1)固结灌浆试验布置3排孔，排距2rn，孔距间不大于20min。灌浆孔(段)裂隙冲洗后，应连续3m，孔深8rn，梅花形布置，孔位垂直于坡面。先施进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h，应在灌工下游排、再上游排、最后中间排，每排分2序施工。浆前重新进行裂隙冲洗。(2)共布置3个灌前物探测试孔。24个灌浆3．2制浆灌浆孔，2个抬动观测孔，2个试验检查孔。在3个灌前3．2．1制浆、供浆系统物探测试孔原位作灌后物探测试。本次灌浆试验使用青海省大通水泥厂生产的(3)灌前物探测试孔和灌浆孔深入基岩8rn。42．5普通硅酸盐水泥，水灰比采用：3：1，2：1，抬动观测孔深入基岩20rn。检查孔深人基岩6．4m。1：1和0．5：1四种浆液比，开灌水灰比3：1。选左岸I试区固结灌浆试验孔布置见图2。用高速搅拌机ZJ一400，TTB180／10泵，储浆桶(可低2．4灌浆试验目的速搅拌)，采用集中制浓浆、灌浆点配浆的方式组成(1)论证因开挖爆破松动所造成的岩体应力松制浆供浆系统。弛对大坝趾板基础质量的影响及表层岩石裂隙的可3．2．2灌浆方法灌性，以提高趾板下伏岩体的刚度1-2]。采用075mm液压栓塞或091mm顶压栓塞，(2)比较选择经济合理的灌浆施工方法和施工自上而下分段灌浆时，灌浆塞阻塞在该灌浆段顶以工艺。上0．5m处，防止漏灌。试验部位固器鲁结灌浆孑L深8m的段长按2和611分2段，灌浆压力第1段0．2～0．3MPa，第2段0．4～0．5MPa，通过本次试验对灌浆压力进行验证和调整，灌浆自动记录仪对压力、注入量进行实时记录。3．2．3浆液比级图例：灌浆浆液的浓度由稀变浓，逐级oI序孔l,~i'L①抬动观测孔@物探测试孔变换。固结灌浆水灰比采用3：1，图2左岸I试区固结灌浆试验孔布置图2：1，1：1和0．5：1四个比级。n西北水电·2013年·第3期933．2．4浆液变换特殊孑L段第2次复灌压力有所升高，但流量较当某一比级浆液注入量已达大，短时间内压力和流量变化不明显，主要采取低压、300L以上。或灌注时间已达30min，而灌浆压力和浓浆、限流、限量(20—30L／min)、间歇、越级变浆灌注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级水灰比。浆等措施，当注入量达到5t时待凝，扫孔复灌，复灌当注入率大于30L／rain时，根据具体情况越级变后用开灌比级灌注，若注入量还较大时，考虑在浆液浓。当注入率大于30lMmin而灌浆压力又低于设里加入3％的水玻璃(一般在1：1～0．8：1浆液里加计压力，水灰比大于1：1时越级变换；当浆液的单入)，效果明显，能快速达到结束标准。位注入率960lMmin时，越级变浓。灌浆过程中，灌3．5．2灌浆中断浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，LG9—3—2孔0．9—2．9m段灌浆过程中因故中采取相应的措施处理。固结灌浆在该灌浆段最大设断，立即冲洗钻孔，再恢复灌浆，用开灌比级的水泥浆计压力下，当注入率不大于1L／min，继续灌注30灌注，按规定的浆液变换原则灌注到正常结束。min，灌浆即可结束。3．6封孔3．4抬动变形观测灌浆孔及检查孔采用“全孔灌浆封孔法”封孑L。为了观测在压水、灌浆过程中可能引起的抬动即全孔灌浆完毕后，先采用灌浆管注入水灰比变形，在试区内布置了2个抬动观测孔，铅直向，孔0．5：1的浓浆将孔内余浆置换出来，留约1根灌浆深入岩20m。灌浆试验抬动变形监控标准按照基管在孔内，而后将灌浆塞塞在孔口，继续使用这种浓础影响半径范围内，混凝土及其基础岩体抬动值不浆进行纯压式灌浆封孔。封孔灌浆的压力使用该孔大于200m。通过对抬动观测孔的观测数据的统最大灌浆压力，持续时间不小于30min。所有钻孔计分析，均未发现有抬动现象。使用灌浆泵压浆封孔后产生的上部脱空段，用人工3．5特殊情况及异常情况的处理回填水泥砂浆(水：水泥：砂=0．5：1：1)封实。3．5．1冒浆、漏浆4固结灌浆检测成果分析表层段灌浆时，出现冒浆现象。如LG9—2—7孔4．1物探测试分析0．9～2．9m段、LG9—3—2孑L0．9～2．9m段及LG9—物探声波测试统计见表1(包含单孔和跨孑L数3—6孔0．9—2．9m段，采用表面封堵、低压、浓浆、据)。通过对左岸斜趾板(改趾0+157．98m、改趾O+限流、间歇灌浆等方法进行处理后，能达到灌浆结束156．24m、改趾0+154．51m)3个灌浆孔的测试可知：标准；灌浆存在不起压，灌浆难以结束，主要采取待表1左岸斜趾板岩体固结灌浆声波速度统计表凝措施处理。具体处理措施如下：固结灌浆前(m·s-1)同结灌浆后(m·s)(1)大吸浆量孔，且灌浆压力有缓慢上升趋势波速平均％<3ooo~<35oo变异波速平均~<3ooo<35o0变异范围值所占比例所占比例系数范围值所占比例所占比例系数的处理方法3319042．363．80l2523910l0l52l～0．15l采取越级变浆、0．5：1的浓浆灌注、降压或低压、限流、缓慢升压等措施，当流量减小时及时升至(1)灌浆效果。该部位岩体波速小于3000设计压力，此方法效果明显。m／s的岩体，灌后波速平均增长率达48．9％，表明灌(2)大吸浆量孔，且灌浆压力无显著变化的处浆效果对低波速岩体的整体性和均匀性的提高很明理方法显；波速在3000～3500m／s的岩体，灌后波速平均固结灌浆间孑L距较大，因此当注入量达到5t增长率为16．3％，表明灌浆效果明显；波速在3500时(5t以内流量控制在30～60l_,／min)，而压力和流～4000rn／s的岩体，灌后波速平均增长率为量无明显变化，需与业主、监理工程师研究处理。本10．7％，表明灌浆效果较明显；而对于波速大于次试验多为注灰量达到5t时，而压力和流量无明4000m／s的岩体，灌后波速平均增长率为4．75％，显变化，采取低压、浓浆、限流、限量、间歇、越级变浆灌浆效果不明显。灌浆等措施，当注入量达到10t时，压力和流量变化(2)灌浆质量。灌浆对低波速岩体力学性能有不明显时，待凝12h后复灌，复灌后用开灌比级灌明显提高和改善，其中灌前波速小于3000m／s的注，一般待凝后吸浆量较小，能达到结束标准。岩体约占42．3％，而灌后波速小于3000m／s的岩n94金永才，郑岚．纳子峡水电站大坝固结灌浆生产性试验及成果分析体约占l0．5％。灌前波速小于3500Ⅱs的岩体约4．2灌浆试验成果分析占63．8％，而灌后岩体波速均小于3500ns约占4．2．1灌浆试验成果21．6％。经固结灌浆后，岩石节理裂隙被填充，岩石纳子峡水电站大坝基础处理工程固结灌浆试验的密实度和整体性大大提高。综合统计见表2。表2纳子峡水电站大坝基础处理工程固结灌浆试验综合统计表单排灌浆孔钻孔长灌浆长水泥注入单位注入量垡量塑垦鲤垦塑奎平均透水——垄查垩堕垩塑垦塑皇兰元序次序数度／m度／m薰／kg／(kg·m-)总段数<1010—5050—1o01oo3003o0—1O0o≥1000Lm总段数<1l一55—1010—5050—1o0≥10o4．2．2单位注灰量分析(2)I排序孔灌前透水率大于50Lu的孔段占(1)I排序孑L、Ⅱ排序孔单位注入量分别为72％，Ⅱ排序孔灌前透水率大于50Lu的孔段占1345．9kg／m、650．2km，Ⅱ排序孔单位注入量比67％；I排I序孔灌前透水率大于50Lu的孔段占I排序孔递减51．7％。I排序I、Ⅱ序孑L单位注入80％，Ⅱ序孔灌前透水率大于50Lu的孔段占62％；量分别为1851．2kg／m、714．3km，Ⅱ序孔比I序Ⅱ排I序孑L灌前透水率大于50Lu的孔段占100％，孑L递减61．4％。Ⅱ排序I、Ⅱ序孔单位注人量分别Ⅱ序孔灌前透水率大于50Lu的孔段占33％。随着为967．6kg／m、332．8kg／m，Ⅱ序孔比I序孔递减灌浆次序的增加，透水率分布趋势向较小值方向显65．6％。各次序孔的单位注灰量随灌浆次序的增进著移动，前序孑L的灌浆是有效的。而迅速递减，前序孔灌浆有效地充填了较大孔隙，符4．3．2灌后检查孔分析合灌浆规律。灌后检查孑L压水试验统计见表3。(2)I排序孑L单位注入量大于1000km的表3灌后检查孔压水试验统计表孔段占58％；Ⅱ排序孑L单位注人量大于1000kg／m11．5～3．52．62的孔段占25％；I排序I序孔单位注入量大于LG9。J。。23l·15．35～7．9O．511000kg／m的孔段占80％，Ⅱ序孔单位注入量大于一O．931O．8～2．9O．55LG9一J222O·5O1000kg／m的孔段占31％；Ⅱ排序I序孔单位注入．83～7．5O．48量大于1000km的孔段占31％；Ⅱ序孔单位注入从表3可知：试段透水率均小于5Lu，合格率为量全部小于1000kg／m，其中小于300kg／m的孔段100％，固结灌浆试验效果达到设计要求不超过5Lu的指标，灌浆有效。占33％；随着灌浆次序的增加，单位注入量的分布区间逐序向较小单位注入量方向显著移动，前序孔5结论的灌浆是有效的。趾板因经爆破开挖后表层岩体较破碎，为提升4．3岩石透水性分析灌浆效果，防止因自下而上灌浆时浆液绕塞的故障，4．3．1灌浆孔灌前透水性分析影响灌浆效果，宜采用自上而下分段循环卡塞灌浆(1)I排序孔、Ⅱ排序孑L灌前透水率平均值分工艺。经试验检测及工程实际验证，该工艺方法用别为287．7和79．2Lu，Ⅱ排序孔平均透水率比I排于趾板固结灌浆处理，对提高岩体的完整性、均匀序孔递减了72．5％；I排序I序孔、Ⅱ序孔灌前透性、抗渗性、加强固结灌浆效果更为有利。水率平均值分别为312．6和256．6Lu，Ⅱ序孔平均参考文献：透水率比I序孔递减了17．9％；Ⅱ排序I序孔、Ⅱ[1]朱彦博．鲁地拉水电站坝基有盖重固结灌浆试验研究[J]．西序孔灌前透水率平均值分别为122．1和36．3Lu，Ⅱ北水电，2012，(2)：78—82．序孑L平均透水率比I序孔递减了70．3％；前序孔的[2]张小芳．少盖重固结灌浆在积石峡水电站工程的运用[J]．电灌浆有效地充填、封堵了孔隙通道。网与清洁能源．2009，25，(10)：81—83．