帷幕灌浆施工.doc

伯利兹洽利洛工程大坝帷幕灌浆施工技术 姬学军　 田长连 1.工程概况 洽利洛大坝座落在伯利兹西部被称为玛雅山地区的马克河上，位于马克河与拉斯帕库罗河汇合处下游约7英里处，是马克河二期水能开发的项目，在上游区域蓄水截能，使得下游莫里扃发电站（上世纪90年代早期建成的径流式混凝土重力坝，装机12.0MW，因有效库容很小，枯水期几乎不能正常发电。）的发电量增加约70%。 洽利洛大坝是一座42.5m高的碾压混凝土重力坝，最大坝高49.5ｍ，坝顶宽5ｍ，长度约400ｍ。坝体内建有溢流式溢洪道、深层泄水孔、发电进水塔和引水洞。另外，包括2台7.0MW发电机组、发电厂房、开关站、通向莫里扃的输电线路和位于莫里扃的变电站。 坝址处出露的基岩为砂岩。河床部位的基岩为浅灰色，硬度等级较高，约8到9级；右岸坝段的基岩为黄灰色，硬度等级约6到7级，深灰色或者黑色的页岩夹层较多；左岸坝段的基岩为风化严重的淡黄色砂岩，硬度等级为4到5级。也正因为坝基岩石硬度不均且差别太大，所以大坝的设计体型、长度、坝高、坝轴线形状等参数在施工过程中都相继发生了很大变化。 大坝的防水帷幕为单排帷幕，帷幕线布置在坝轴线上游1.0ｍ处，在帷幕线的下游1.5ｍ布置一排坝基排水孔，均安排在上游排水廊道内施工。廊道为矩形断面，净宽2.5ｍ，高3.5ｍ。帷幕孔深从河床向两岸逐渐变浅，最大孔深30ｍ，最小孔深10.0ｍ。 2.勘探孔施工 由于在招标设计阶段地质勘探孔数量少（整个坝区布置了7个取芯孔，平均孔深40ｍ。），又没有其它的勘探手段来辅助，所以招标书上有关坝址的地质特性的描述错误较多，这给坝基开挖和灌浆施工都带来了许多的困难，边施工边修改设计的情况屡见不鲜。为了进一步搞清坝基地层的地质特性，进而根据勘探结果来修改设计与施工方案，工程师先后增加了很多勘探孔（45个孔，钻孔进尺合计780ｍ）。如果采用传统的取芯钻进，速度缓慢，在短时间内很难完成系统化的地质勘探，将会造成开挖工作严重滞后、人员怠工的不利局面。针对这种情况，我们提出了采用冲击钻进行地质勘探的新路子，经过可行性研究和试验后，得到了业主代表的同意。我们详细准确地完成了时间－孔深－岩性分析的记录报告。经过开挖验证，工程师给予了高度的评价，称赞这种施工方法解决了“三边”工程的一个大难题。随后的EPC合同的厂房地质勘探、采石场的选择等，这种方法都得到了成功的应用。不仅因为施工快速为工程赢得了大量的宝贵时间，而且资料准确为开挖和灌浆设计提供了必要的补充地质资料。 3.帷幕孔孔位确定 在原设计图上，起始的帷幕灌浆孔布置在坝轴线的0+0.0桩号（进水口的中轴线）处，作为I序孔进行施工，然后向左向右每间隔6ｍ布置一个I序孔，向左依次编号为6.0L，12.0L，18.0L，……；向右依次编号为6.0R，12.0R，18.0R，……。进水口坝段和导流洞之间（6.0R -- 12.0L）的灌浆孔布置在坝轴线上游4.7ｍ处，钻孔为垂直孔；其余部位的灌浆孔布置在坝轴线上游1.0ｍ处，钻孔向上游倾斜150角。在I序孔之间布置II序孔，I序孔和II序孔之间布置III序孔。 坝基清理完成以后，岩石裂隙的分布和走向完全暴露出来，在进行地质素描的同时，我们对基岩的裂隙、断层等进行了认真地测量。当我们把灌浆孔位放样到素描图上的时候，发现很多孔都或左或右的布置在裂隙的两侧，于是我们建议将河床坝段的I序孔和II序孔孔位根据裂隙的分布进行适当的移动调整，工程师经过认真的考虑后，同意并修改了原设计施工图。左右两岸的灌浆孔仍按照原设计图进行施工，但到施工后期156.0R以右的灌浆孔全部改为垂直孔，150.0L和180.0L之间的灌浆孔由150逐渐变为50，183.0L以左的灌浆孔全部倾向上游50。 灌浆孔位置、角度的确定和修改，以及不同部位施工的高程不同，最后形成的帷幕是一个在空间上弯曲旋转的变异形状。 4.灌浆施工程序 原施工技术规范规定：帷幕灌浆的I序孔按6m间距布置，钻到图纸规定的深度。 如果某个灌浆段的单位吃浆量（水泥）超过30kg/m, 则在两个I序孔之间钻II序孔，II序孔的深度要到达该灌浆段的底部。III序孔和II序孔的施工要求相似。 经过几次修改，最终执行的标准是：帷幕灌浆分I、II、III和IV序孔施工，按照逐渐加密的原则进行。首先进行I序孔施工，然后进行II序孔施工；II序孔施工结束后，如果某个I序孔或者II序孔的某一灌浆段的单位吃浆量大于30kg/m，就必须在该I序孔或II序孔的两侧各布置一个III序孔；如果某个III序孔的某一段的单位吃浆量大于35kg/m，就应在该III序孔的两侧各布置一个IV序孔。各孔序之间的间隔时间必须大于72h。 如果按照原规范进行施工，很多的II序孔、III序孔和IV孔就可能不用施工了。因为是单排帷幕，这样做的后果是帷幕线上会留下一个一个的渗流通道，帷幕并不能理想的封闭以达到最佳的止水效果。修改后的标准很好地弥补了这些漏洞，是比较科学的。 5.灌浆压力 1) 原标书技术规范规定： 灌浆的有效压力为25kPa/m，最小压力150kPa，最大压力800kPa，在任何情况下，灌浆压力和泵送速度都不能陡变。 灌浆压力以安装在灌浆孔口处回浆管上的压力表进行控制。 2) 2005年2月18日以前执行的标准见下表： 入岩深度（m） 段 长（m） 表压力（kPa） 0.5～2 0.5～2.0 200～250 4.5～6 2.5～4.0 250～300 8.5～10 4.0 350～400 12.5～14 4.0 450～500 16.5～18 4.0 550～600 20.5～22.0 4.0～5.0 650～750 3) 2005年2月18日以后执行的标准 121.9L和156R之间的灌浆孔：孔口段的灌浆压力（表压力）采用25kPa/m和150kPa两者的大值，以下的各灌浆段，灌浆压力采用孔口压力表中心和灌浆段中心之间的距离（以m计）与25kPa的乘积。计算灌浆段的有效压力时，浆液产生的压力应考虑进去，计算时假定地下水位位于钻孔顶部。 对于其它部位：孔口灌浆段的有效压力采用25kPa/m和75kPa两者的大值，以下各段，段中心的有效压力采用孔口压力表中心和灌浆段中心之间的距离（以m计）与25kPa的乘积。表压力的计算，采用段中心的有效压力减去水泥浆柱产生的压力，不考虑地下水的影响。 6.灌液变换及结束标准的调整 6.1 原标书技术规范要求 帷幕灌浆的起始灌注水灰比为3:1（体积比，下同）。灌浆压力应该迅速增大到规定的最大压力，泵送30分钟后，如果灌浆孔还没有密封, 或者不能达到最大压力，那么配合比要改变成2:1；持续泵送且每30分钟改变一次配合比（→1:1→0.75:1→0.6:1），直到灌浆孔的吸浆量小于0.5L/min/m后再持续30分钟即可结束本段的灌浆。灌浆结束后，应继续保持压力直到水泥浆达到初凝。 如果水灰比为0.6:1的水泥浆在规定的压力下泵送30分钟后，吸浆量不能降低到规定的数值，应再灌注30分钟。然后停止该孔的灌浆。由工程师指定额外的灌浆孔的位置。 6.2 第一次修改后的主要技术要求 2005年1月，进行了第一次技术规范的修改，修改后的主要条文如下： 对于I序孔施工 1)开灌水灰体积比为3:1。达到最大灌浆压力后，按照下面规定的步骤A～C继续灌注： A.吃浆量已达300 L，则进入第(2)步； B.灌注时间已达30分钟，则进入第(2)步； C.达到不吃浆标准（连续10分钟吃浆量小于0.5L/min/m），则灌浆结束； 若不能达到规定的最大压力，则应按照下面的步骤D～E继续灌注： D.第2个300 L（共600L）已灌注，则进入第(2)步； E.第2个30分钟（共60分钟）已经灌注，则进入第(2)步； 2)若在上述第(1)步未能达到不吃浆的标准，应改用水灰比1:1的浆液重复上面的步骤。 3)若在上述第(2)步还未能达到不吃浆的标准，应改用水:水泥:砂1:1:1的砂浆重复上面的步骤。 4)若在上述第(3)步还未能达到不吃浆的标准，应改用水:水泥:砂0.6:1:1的砂浆重复上面的步骤。若30分钟后未能达到不吃浆的标准，但压力达到最大规定压力的50%，那么再继续灌浆30分钟即可结束。业主代表将依据灌浆结果作出进一步处理意见。 II序和III序孔灌浆程序同一序孔，如果I序孔某个灌浆段的吃浆量很大且相邻的II序或III孔的某段在洗孔时发现漏水严重时，开灌水灰比应改为 1.5:1。 6.3 第二次修改后的主要技术要求 2005年5月，进行了第二次技术规范的修改，修改后的主要条文见下表： 修改条款 当前标准 第二次修改后的标准 II序孔 不管I序孔的吃浆量的大小，必须在I序孔之间施工II序孔，孔深和I序孔相同。 如果I序孔孔底段的吃浆量大于30 kg/m ，那么，II序孔的孔深就要比I序孔的孔深增加2ｍ到3ｍ。 III序孔 仅当相邻的一个或两个II序孔的单位吃浆量大于30 kg/m时，才施工III序孔。 如果相邻的I序孔或II序孔的某个灌浆段的单位吃浆