厂坝工程帷幕灌浆设计与施工

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 简  介： 三峡坝基渗控设计采用常规防渗排水与封闭抽排相结合的方案，帷幕灌浆采用“小口径、孔口封闭、自上而下、孔内循环、高压灌浆”方法。在施工中对部分地段进行了加排、加密、加深、孔口段升压及补充化学灌浆处理。工程质量满足要求。关键字：渗透 灌浆 帷幕 设计 施工 三峡工程  

    1、工程简介 
    长江三峡水利枢纽工程拦河大坝为混凝土重力坝，坝轴线2 309.5 m，坝顶高程185 m，坝高183 m，正常蓄水位175 m。三峡二期厂坝工程帷幕灌浆左起12#非溢流坝段、右至纵向围堰坝身段，防渗帷幕总长1 304.5 m，2000年4月开工，2002年3月完工，累计完成水泥灌浆104 900 m，化学灌浆1 365 m。 
    2、工程地质条件 
    坝基岩性主要为闪云斜长花岗岩，建基岩体以微新岩体为主，局部利用弱风化带下部岩体，优、良质岩体占95%以上，少量的中等及中等以下岩体进行了处理。 
    建基面高程从两侧向主河床逐渐降低，中间为深槽，最低高程4 m，右纵坝段建基面高程45 m，左非12#坝段建基面高程80 m。 
    断层以陡倾角为主，约占82%，中倾角次之，占17%，缓倾角少见出露。断层长度一般30～100 m，占84%，长度大于200 m，仅占4.5%，宽度大多数小于1 m，最宽为4.5 m。区内断层走向与坝轴线多呈30°～60°的交角，仅个别断层与坝轴线近于平行与垂直。断层构造岩一般胶结较好，个别胶结较差者，规模小。陡倾角裂隙较发育，占89%，缓倾角裂隙仅占11%，裂面多被绿帘石、钙质充填。 
    大坝基坑四周环水，地下水主要来自河水与基坑内降水、施工用水补给，开浇抽排集水井、钻孔成为新的排水点。地下水为裂隙潜水，局部具有承压性。岩体绝大部分透水性微弱，小于1Lu约占85%～90%，在断层、裂隙密集带透水性相对较强，具有导水作用。随着深度增加，岩体透水性有减弱的趋势，但并不存在明显统一的相对隔水层，勘测设计将透水率小于1 Lu，厚度大于20 m的岩体视为相对隔水层，作为防渗帷幕设计的底线。  
    3、主要技术指标 
    坝基渗控设计采用常规防渗排水与封闭抽排相结合的方案。 
    3.1 布孔形式 
    上游主帷幕，一般按单排布置，左非17#～安Ⅲ#、左导墙坝段～19#坝段上游主帷幕为2排布置，排距0.2 m，孔距2.0 m，幕前布设1～2排、孔深10～20 m的辅助帷幕。下游封闭帷幕为单排，孔距2.5 m，幕前布设1排、孔深10m的辅助帷幕。对构造发育部位及灌浆异常部位进行补充加密处理。 
    3.2 孔深与段长 
    孔深按H≥1/3h+c与深入相对不透水岩体顶板以下5 m控制，主帷幕孔深一般为60～80 m，局部地段达125 m，封闭帷幕孔深一般为40～60 m，局部达85 m左右。同时要求终孔段应满足透水率≤1 Lu、单耗q≤20 kg/m，否则自动加深。 
    灌浆段长第一段2 m，第二段1 m，第三段2 m，以下各段5 m。 
    3.3 灌浆压力 
    设计灌浆压力按不小于1.5倍坝前水头考虑，灌浆压力值见下表1： 
    3.4 灌浆材料与浆液配比 
    灌浆材料采用湿磨细水泥，细度要求D97<40μm，现场按D95<40μm按制。采用3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1,4个比级。 
    3.5 灌浆施工方法 
    按分序加密的原则，采用“小口径、孔口封闭、自上而下、孔内循环、高压灌浆”方法。 
    3.6 结束标准 
    在设计压力下，1～3段注入率小于0.4 L/min、以下各段小于1.0 L/min，延续灌注时间不少于90 min。 
    3.7 质量合格标准 
    质量合格标准q≤1.0 Lu,接触段及其下一段的合格率应为100%,以下各段应达90%以上,且q应≤2.0 Lu。 
    4、主要施工方法及问题处理 
    4.1 资源配置 
    二期厂坝帷幕灌浆共投入XY-2、XU-300等型号钻机96台，灌浆泵82台，自动记录仪40台，湿磨机30台，基本上采取3钻1灌配置，备用1台灌浆泵。 
    4.2 钻孔与测斜 
    采用小口径地质回转钻机，金钢石钻头钻孔，开孔前用“两点法”地锚固定，用角度尺和地质罗盘校正钻机立轴。第1段灌浆结束后进行孔口管埋设，埋入基岩深度2 m，孔口管采用?73 mm的无缝钢管。钻孔测斜选用KXP-Ⅰ型测斜仪，一般每10 m测1次。 
    4.3 钻孔冲洗与简易压水 
    采用高压水脉动冲洗，冲洗时间不少于30 min，回清水10 min。灌浆前均进行简易压水试验，压水压力1.0 MPa。 
    4.4 制浆与检测 
    采用集中制浆，分部位供浆，浆液经3台湿磨机串联磨制后送入搅拌桶，外加剂为UNF-5型高效减水剂，掺量7%。浆液浓度采用标准漏斗粘度计检测，要求漏斗粘度小于30 s；细 分部位供浆，浆液经3台湿磨机串联磨制后送入搅拌桶，外加剂为UNF-5型高效减水剂，掺量7%。浆液浓度采用标准漏斗粘度计检测，要求漏斗粘度小于30 s；细度主要采用沉降法，用激光粒度仪校核，要求每10 t水泥检测1次。   
    4.5 自动记录 
    灌浆记录全部采用自动记录仪，自动记录仪为长江科学院GJY-Ⅲ型和湖南力合LHGY-2000型。 
    4.6 灌浆压力控制 
    在施工过程中为了避免抬动破坏,建立了注入率与最大灌浆压力的关系见下表2。 
    5、主要技术问题及处理 
    5.1 涌水问题 
    灌浆施工过程中，部分钻孔出现涌水。涌水部位主要在集中左厂14#～泄4#深槽坝段及右纵1#、2#坝段。涌水段数占灌浆段数50.3%，单孔平均涌水量0.63 L/min，水压0.01～0.1 MPa，最大涌水量36 L/min，水压0.15 MPa，各孔段涌水量之和3 782.08 L/min。涌水是由于坝基岩体裂隙水在四周河水水压（水头51～62 m）传递下，当钻孔揭露裂隙含水带后，地下水的排泄释放过程，属于地下水正常迳流。
    对钻孔涌水问题，采取如下措施：对涌水严重部位，增加灌浆孔深、改单排帷幕为双排帷幕，加密灌浆孔；对涌水孔段，提高灌浆压力（设计压力+涌水压力）；提高结束标准，要求屏浆时间不少于1 h，闭浆待凝24～48 h。通过以上处理后，涌水孔段灌后扫孔均无涌水，且钻孔涌水量与涌水孔段频率随帷幕灌浆排序、孔序增加而减少。 
    5.2 左厂1#～５＃坝段缓倾角裂隙区处理 
    左厂1#～5#坝段属于岸坡地段，由于坝基下游厂房基坑开挖形成临空面，倾向下游的缓倾角裂隙较发育，有可能对坝基深层抗滑稳定问题不利。所以对该部位渗控工程帷幕进行了加强处理：坝基设三层平行帷幕的纵向地下排水洞，和两条横向排水洞，并沿排水洞及帷幕廊道设排水孔幕形成厂坝联合封闭抽排区；将主帷幕、主排水前移，孔深加深至75～85 m，高程到10 m，主排水相应加深至高程23 m；在主帷幕前增加一排孔深40 m的帷幕孔。 
    5.3深槽部位“深厚透水带”处理 
    将左导墙～泄4#深槽坝段帷幕加深至-120 m高程，左导墙～泄2#坝段封闭帷幕加深至-80 m高程；泄5#～10#及泄14#～19#两个风化深槽前排加深到与后排等深。 
    5.4 孔口段升压 
    根据质量专家组的意见，结合现场试验，孔口段(浅层5 m)灌浆压力升至2.5～4.0 MPa,对在升压前已完成施工的部位,主帷幕前增加一排孔深8 m的浅孔，采用3.5～4.0 MPa压力进行补充灌浆。经调整后，第1、2、3段灌浆压力均达到了“不小于2倍坝前水头”的要求。 
    5.5 浅层“透水率偏大，吸浆量偏小”的处理 
    三峡厂坝二期帷幕灌浆采用提高灌浆压力、加排、加密、加深等措施后，孔口段仍存在透水率偏大单耗偏小，涌水孔段不吸浆或吸浆量很小等现象。即指灌前压水透水率=1～3 Lu，单耗≤1 kg/m；透水率=3～5 Lu，单耗≤5 kg/m；透水率≤5 Lu，单耗≤10 kg/m。出现透水率偏大单耗偏小的主要原因是微细裂隙用湿磨细水泥浆得不到有效灌注。 
    对该部位进行补充化学灌浆，在主帷幕的中心线上增补了1排化学灌浆孔，孔深5m，距原水泥灌浆孔距一般1.0～2.5 m，孔径?56～76 mm，分Ⅱ序加密，两段压水，第1段2 m，第2段3 m，全孔1次灌浆。灌浆压力，主帷幕：压水2.0 MPa，灌浆2.5 MPa；封闭帷幕：压水1.0 MPa，灌浆1.5 MPa。化灌材料采用丙烯酸盐。 
    5.6 陡倾角裂隙发育部位处理 
    为了提高钻孔穿透陡倾角裂隙的机率，在陡倾角裂隙发育的几个典型坝段，补充布置了顶角30°的12个斜孔，其透水率、耗浆量与直孔无明显差别。 
    5.7 对大耗浆孔段的处理 
    三峡坝基主要渗漏通道为断层、裂隙密集带，帷幕灌浆的首要任务就是灌封这些透水裂隙。遇到断层、裂隙密集带大耗浆孔段，要求灌浆连续进行，不得中断、待凝。 
    6、灌浆成果分析 
    三峡坝基岩体完整，除局部孔段外，可灌性普遍较差。灌前压水试验，透水率小于1Lu的占93.3%，大于10 Lu的只占0.24%。其中Ⅰ序孔透水率小于1 Lu占90.1%，平均值0.5133 Lu，Ⅱ序孔小于1Lu占92.3%，平均值0.2890 Lu，Ⅲ序孔小于1 Lu占94.8%，平均值0.2270 Lu。平均单位注入量10.10 kg/m，Ⅰ序孔20.72 kg/m，Ⅱ序孔8.25 kg/m，Ⅲ序孔5.97 kg/m。随着孔序的增加，透水率、单位耗灰量递减规律明显。 
    质量检查孔压水成果：设计共布160个检查孔，压水试验2255段，透水率小于1 Lu的2 222段，占98.54%，对不合格孔段进行了补灌和补灌后检查，均满足小于1 Lu的要求。 
    补充化灌结束后，进行了灌后检查，压水透水率0.01～0.11 Lu，远远小于设计≤1 Lu的要求，微细裂隙已得到了有效灌注。 
    大口径钻孔检查，水泥结石一般密实、坚硬、胶结良好，为密实的结晶 网络结构。含结石芯样单轴抗压强度：干燥状态为26.1MPa，饱和状态为23.8 MPa；抗拉强度为1.0 MPa,搞剪强度为1.2 MPa，结石抗渗强度1.4 MPa～2.1 MPa。
    7、结语 
    （1）坝基岩体总体透水微弱。在断层、宽大张性裂隙、岩脉接触面透水性中等～较严重，为坝基主要渗透通道，是防渗的重点；帷幕灌浆质量好坏主要取决于断层、裂隙的灌封程度。微细裂隙、卸货裂隙、爆破裂隙一般在较小区域内自行封闭，储水不导水，可灌性差。 
    （2）布孔方式以单排为主，重点部位、断层裂隙发育部位采取双排与加密的方式，一般与重点兼顾，节省了工程量，总体上满足了工程要求。 
    （3）最大灌浆压力为5～6 MPa，孔口段在充分考虑到岩体工程地质条件、上覆盖重情况下，灌浆压力提升到3.5～4.0 MPa，在灌浆过程中，按注入量逐级升压。达到了在不产生有害抬动的情况下，尽量使用较在灌浆压力的目的，提高了灌浆效果。 
    （4）基于坝基岩体微细裂隙发育，水泥细度要求D97<40μm，提高了微细裂隙的可灌性，如采用改性细水泥，更加有利于施工和质量控制。 
    （5）帷幕灌浆施工进展顺利，在施工中建立了施工单位三级质检、监理全过程旁站、设计现场技术跟踪服务、业主统一协调的质量保证体系。施工质量问题得到了及时处理，没有发生质量事故与安全事故，单元工程质量合格率100%，优良率83%，质量等级优良。 
    （6）上、下游基坑充水后，排水孔排水总量为717.40 L/min，远远小于设计排水量。帷幕灌浆的质量，最终还要接受大坝蓄水的考验，今后需加大排水孔的动态观测，查清坝基渗流规律。