大坝趾板帷幕灌浆试验方案

中水五局小井沟项目部 大坝帷幕灌浆试验调整方案 大坝帷幕灌浆试验调整方案1.工程概况小井沟水利工程混凝土面板堆石坝大坝灌浆，包含趾板及溢洪道、导流泄洪洞、取水洞结合部位帷幕灌浆，趾板、溢洪道闸室、泄洪洞闸室、取水洞等部位基岩固结灌浆。1.1地质概况枢纽区位于越溪河中上游螺丝凼河段，一般河床高程340345m，两岸山脊高程为420520m，相对高差80180m，属侵蚀构造低山地貌。坝址区为基本对称的“”形谷，地形坡度为2540为主，局部为陡崖。谷坡地形受岩性控制，较硬的厚层块状砂岩地段一般基岩裸露，为陡坡峭壁；而软弱岩石地段则为缓坡，覆盖崩坡积物。越溪河呈S3050E流经坝址区，为横向谷，河床纵坡比降为34，河道较为平直。坝址谷底在轴线（下坝3剖面）下游为一深切河槽，长度350m、宽度2540m、水深23m，覆盖冲洪积堆积物厚度一般1016m，最厚24m，下伏基岩顶面状如船形，当地称之为“螺丝凼”。枢纽区分布基岩为三迭系上统须家河组（T3xj），第四系全新统松散堆积层为冲洪积层（Q4al+pl）、崩塌堆积层（Q4col）、崩坡积层（Q4col+dl）和坡残积层（Q4dl+el）。枢纽区物理地质现象表现为岩体的风化作用、岸坡岩体的卸荷与崩塌。强风化岩带厚左岸310m、右岸413m、河床03.5m；弱风化带厚度左岸312m、右岸414m、河床25m。枢纽区第四系覆盖层分布零星，范围和厚度都不大，河床除螺丝凼外多基岩浅滩，因此坝址区覆盖层中的孔隙潜水工程意义不大。而须家河组砂岩、粉砂岩与粉砂质泥岩、泥岩相间分布，分别构成基岩裂隙含水层和相对隔水层，根据地下水的赋存条件可分为基岩裂隙潜水和裂隙承压水。据枢纽区水质简分析成果资料表明地下水对普通水泥拌制的砼都无腐蚀。据调查枢纽区一带一般煤层厚0.10.3m，局部尖灭，主要分布在T3xj5-(1)（三层炭）、T3xj5-(3)（独层子）、T3xj3-(4)层（老底炭）。煤层主要分布在河床坝基以下及右岸坝肩溢洪道上部一带，据调查在河床一带，在左岸高程360m和368m处分布有两个煤洞、右岸在高程357m处分布一个煤洞，都在坝轴线上游300m以外，其开采主要沿NESW向，未向下游大坝坝基一带开采，其下限高程大致为河床高程（345348m）为界。右岸煤洞（MD17）开采深度仅6070m。左岸（MD15、MD16）两煤洞相通，NESW长180220m，宽50110m，分布高程345358m，顺层展布。另外在右坝肩溢洪道一带分布7个煤洞，其井口分布高程410453m，顺层分布。1.2灌浆设计要求（1）由于趾板河床段帷幕试验段在灌浆时从挤压边墙漏浆，业主召开了专家咨询会，专家到现场查看后建议将试验段改在趾板岸坡上进行，减小对排水体的污染，经四方研究决定帷幕试验段位置定为：趾0+122.46趾0+136.46，设帷幕灌浆孔1排，水平投影孔距是2m。（2）帷幕灌浆施工前，应根据地形、地质条件选择有代表性的序孔作先导孔补充勘探并宜进行灌前稳定地下水位观测，所选择的先导孔应报监理工程师批准，并及时汇报监测结果。（3） 灌浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；（4） 灌浆必须同时具备以下条件才能施工：趾板混凝土应达到50%设计强度后，方可开始钻孔灌浆施工。趾板基岩固结灌浆已施工完成。趾板上游岩石的裂隙等岩面已经封闭完成。抬动变形观测装置安装完毕且能进行正常观测工作。先导孔取芯应按有关取芯要求作业，确保岩芯获得率和采取率，并为地质素描提供必要的条件。2.试验主要依据及标准 通用硅酸盐水泥（GB 1752007） ； 水工混凝土试验规程（SL 3522006） ； 水利水电工程物探规程（SL 3262005） ； 水利水电工程钻孔压水试验规程（SL 312003） ； 水利水电工程岩石试验规程（SL 2642001） ； 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（SL 621994） 混凝土拌和用水标准（JGJ 632006） ； 土坝坝体灌浆技术规范（SD 26688） ； 水利水电工程施工质量评定规程（SL176-1996）； 水电水利岩土工程施工及岩体测试造孔规程 （DL/T5125-2001） 枢纽建筑及安装工程招标文件（第七章 技术标准和要求） 小井沟水利工程固结灌浆与帷幕灌浆施工技术要求及建议 混凝土面板堆石坝基础灌浆结构图（1/4）（4/4） 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T 5148-2012）3.帷幕灌浆试验方案3.1帷幕灌浆试验的目的为了使小井沟大坝灌浆工程帷幕灌浆设计和施工更符合实际情况，布置更合理，在初步拟定的设计基础上，通过灌浆试验，以试验所得的成果作为基础灌浆,设计施工的主要参考资料。3.2灌浆试验的任务论证小井沟大坝灌浆工程帷幕灌浆在技术上的可行性，效果上可靠性。推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，合宜的灌浆材料和最优的浆液配合比。提供有关灌浆技术参数，如孔距孔深选定灌浆压力，初步确定灌浆材料耗用量，提出灌浆设备意见及编制基础灌浆设计和施工技术要求文件的依据。4.施工布置4.1制浆系统 根据现场地形条件，拟在取水洞闸室左岸空地布置集中制浆站。集中制浆系统分别布置有水泥平台、ZJ-800高速搅拌机1台、JJS-2搅拌机1台、BW250型泥浆泵1台。 制浆站用50mm架管搭设，上铺5cm厚的木板，四周围彩条布，顶部盖石棉瓦。 钻孔、灌浆及排水施工通道采用各部位开挖施工时的通道。4.2施工用风、水、电施工用风：采用电动移动式空压机进行供风。施工用水：从上游围堰堰后坡脚集水坑抽引至各施工现场。施工用电：采用左岸HZS60拌和站配电房低压端接至工作面。4.3排水、排污及时清理灌浆施工产生的废水、废浆液，保持工作面整洁。工作面设排污沟和集水坑（井）, 淤积物用人工装编织袋搬出，弃至1#或2#渣场。在集中制浆站附近和施工现场分别设置临时集水排污池，将工作面污水集中进行净化处理后排放。4.4施工通讯钻孔、灌浆施工过程中通讯采用对讲机或手机。5.帷幕灌浆试验本工程帷幕灌浆试验采用XY-2地质回转钻机分段钻进成孔，灌浆设备采用3SNS灌浆泵，灌浆方式采用孔口封闭孔内循环自上而下分段灌浆的方法进行施灌。孔口管段栓塞应进行特别处理：栓塞应塞至该段顶部（自上而下分段灌浆）。5.1抬动变形观测（1）抬动观测孔孔径为76mm，采用XY-2型地质钻机配金刚石钻头钻孔，在灌浆试验区内布置1个钻孔，安置1套抬动变形观测装置。（2）在裂隙冲洗、压水试验及灌浆过程中，派专人进行抬动变形观测并作记录，抬动变形允许值按照200m进行控制。当变形值接近变形允许值或变形值上升速度较快时，及时采取降低压力措施。（3）抬动变形观测采用全自动化抬动观测记录仪与报警装置，使用前经过检测，并经常检查，确保其灵敏性和准确性。（4）抬动变形观测过程中，严格防止碰撞，保证在正常工作状态下进行观测， 确保测试精度。灌浆工作结束后，按帷幕灌浆要求进行抬动观测孔的灌浆回填。5.2钻孔工艺流程现场作业准备孔位测量放样钻机安装定位开孔埋设孔口管钻进取芯冲洗终孔验收5.3钻灌施工顺序5.3.1各类钻孔施工控制顺序为：抬动观测孔、先导孔、帷幕灌浆序孔、序孔、序孔、质量检测孔。帷幕灌浆钻孔采用按序加密、全孔分段钻灌的原则进行。5.3.2同一排相邻的两个序孔之间，钻孔灌浆的间隔高差不得小于15m。5.4钻孔5.4.1钻具采用XY-2PC地质回转钻机分段钻进成孔。5.4.2钻孔平面位置按混凝土面板堆石坝基础灌浆结构图（1/4）（4/4）设计图纸施放孔位，并在实地注明各孔序号与孔号。放样时应进行旁站监理，以保证灌浆孔位的准确性。孔位偏差不得大于10cm，实际孔位、孔深应有记录。5.4.3钻孔孔径帷幕灌浆孔开口孔径为91mm，先导孔孔径76mm,终孔孔径不小于56mm,检查孔孔径76mm,其它一般灌浆孔孔径亦为76mm。先导孔、检查孔孔径应满足获取岩芯和孔内试验检测的要求。5.4.4钻孔孔深 达到设计图纸或通知、文件规定的底线高程。不小于设计孔深（5m）。 堆石坝枢纽终孔段基岩透水率q3Lu、且灌浆单耗小于20kg/m，否则应自动分段加深钻灌至同时满足上述两标准为止。副坝及其他部位基岩透水率q5Lu。 终孔段遇性状较差，或其它地质构造时，应加深钻孔至穿过该地质构造5m以上。5.4.5钻孔分段原设计为：第一段（接触段）一般为2m，局部根据孔口管嵌入基岩深度要求可为1.5m；第二、三段均为3m，第四段及以下各段一般为5m。通过河床段试验段漏浆事件后专家建议：第一段（接触段）一般为2m，第二段1m，第三段为2m，第四段及以下各段一般为5m，地质缺陷部位经监理机构批准可适当缩短段长。终孔段根据实际情况，可适当加长段长，但最大段长不得大于10m。孔口管埋设为入岩34m（岩石破碎部位采用4m）。5.4.6钻孔孔斜孔斜值应控制在允许范围内。垂直孔或顶角小于5的钻孔，其孔底偏差不得大于表5-1的规定。顶角大于5的斜孔，其方位角偏差不得大于5，孔底偏差不得大于表7-1的规定控制。为保证孔向正确，应埋设孔口管，孔口管的方向必须符合设计要求。钻孔过程中应每10m进行一次孔斜测量，尤其应控制上部20m范围内的钻孔偏差。当发现孔斜偏差值超过表5-1的规定时，应及时采取纠偏等补救措施进行处理。处理无效时，应及时报告监理及设计提出处理措施。钻孔孔斜测量成果应反映在钻孔综合成果表中。表5-1 钻孔孔底最大允许偏差值孔深（M）2030405060大于60允许偏差值（m）0.250.450.71.001.3不大于孔距5.4.7钻孔取芯有取芯要求的钻孔必须采取岩芯。岩芯应统一编号，及时填写岩芯牌并装箱，妥善保存。对岩芯要求进行描述，并绘制钻孔柱状图。特殊地段的岩芯需摄影存档，对有水泥结石的检查孔和有特殊要求的岩芯应长期保留，竣工验收后移交业主。此外：先导孔每段灌浆前和检查孔每段压水前采用孔内电视辅助手段进行岩层查看。 5.4.8钻孔特殊处理钻孔穿过松软岩层或遇有塌孔掉块时，应先进行灌浆处理，然后再继续钻进；如果发现集中漏水，应立即停钻，查明漏水部位、原因，处理后再进行钻进。5.4.9特殊记录钻孔过程中，当遇到孔内涌水、孔段漏水、卡钻、钻进突然加快、岩性变化等情况时，应做好详细记录，并及时向监理工程师报告商榷处理意见。监理工程师对终孔检查验收时，钻孔指标必须满足设计要求，有完整的钻孔原始记录。对于取芯钻孔（先导孔、检查孔），应及时完成岩芯的编写和其他相关资料，在必要时出示保存完整的岩芯影像资料。5.4.10孔口保护钻孔结束后，应及时将孔冲洗干净，并做好孔口保护直至灌浆完成。5.5钻孔冲洗质量控制5.5.1灌浆前应对孔进行冲洗减少孔内的沉积物，以提高灌浆效果。5.5.2钻孔冲洗的方法为：每段钻孔结束后，应立即用水将孔内岩粉、石屑等物冲出，直至回水澄清10min后结束，钻孔冲洗后孔底残留物厚不得大于20cm。5.5.3冲洗压力水压：一般采用80%的灌浆压力，但若该值大于1MPa时，采用1MPa。风压：一般采用50%的灌浆压力，但若该值大于0.5MPa时，采用0.5MPa，使用风应通过油水分离器过滤。5.5.4裂隙冲洗结束标准裂隙冲洗要求至回水澄清后10min为止，且总的冲洗时间要求单孔不少于30min，串通孔不少于2h。对断裂构造、岩脉、裂隙发育等地质缺陷部位，裂隙冲洗回水难以澄清，冲洗时间达2h以上的可结束冲洗。5.5.5裂隙冲洗应注意的事项当临近的灌浆孔正在灌浆或灌浆结束不足2h时，不得进行裂隙冲洗。岩溶、断层、大型破碎带、软弱夹层等地质条件复杂地区，一级设计有专门要求的地段的裂隙冲洗，应按设计要求进行或通过现场试验确定。对遇水后性能易恶化的地层，可不进行裂隙冲洗和简易压水，也宜少做或不做压水试验。5.6压水试验先导孔自上而下分段进行压水试验。5.6.1压水试验应分段进行，帷幕灌浆先导孔及质量检查孔的压水试验采用单点法，特殊部位采用五点法，一般灌浆孔各灌浆段的压水试验采用简易压水法。5.6.2压水试验应在钻孔冲洗后24h内进行，否则灌浆前应重新进行孔内冲洗。5.6.3压水试验压力（压力表控制压力）按表5-2控制。表5-2 帷幕灌浆压水试验采用压力 单位：MPa钻孔类别第1、2、3、4段第5段及以下各段灌前压水试验坝高大于30m部位的帷幕灌浆孔该段灌浆压力的80%且1.01.0 灌后检查孔压水试验坝高大于70m部位的帷幕灌浆孔该段灌浆压力的80%且1.01.0 压水试验采用压力可通过与现场监理工程师、业主及设计协商批准后方能实施。5.6.4压水试验稳定标准单点法及五点法压水试验。在稳定压力下，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，取最终值作为计算透水率q值的计算值。简易压水试验。在稳定压力下，压水20min,每5min测读一次压入流量，取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值。5.6.5地下水位观测稳定标准根据地形、地质条件，宜选择有代表性的先导孔进行灌前稳定地下水位观测，作为计算压力起算零线的依据。地下水位观测稳定标准：每5min测读一次地下水位，当水位升降速度连续两次均小于5cm/min时，可认为稳定，以最后观测值作为地下水位值。5.7灌浆施工帷幕灌浆施工采用全孔分段灌浆施工的方法，采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法。分段灌浆工艺流程：钻第一段孔冲孔、实测孔深阻塞灌浆段冲洗压水试验灌浆埋设孔口管钻进下一段取芯冲洗、压水试验灌浆终孔后封孔。5.7.1帷幕灌浆前，应对监理工程师提交下述钻孔质量资料，并进行检查验收，其内容包括：孔向、孔斜、孔深及灌浆作业准备。钻孔冲洗及裂隙冲洗。钻孔和压水记录。灌浆管下入深度。5.7.2灌浆孔的第一、二、三段（接触段）采用常规“阻塞灌浆法”进行灌浆，第一段阻浆塞在基岩面以上20cm混凝土内、第二、三段灌浆阻浆塞下在上一段灌浆段底部20cm，采用常规“阻塞灌浆法”进行灌浆。第四段及以下各段采用“小口径钻孔、孔口封闭、自上而下分段、孔内循环法”灌注。5.7.3帷幕灌浆孔口管的埋设孔口管须在第1段（接触段）与第二段钻孔、压水试验、灌浆结束后埋设。并应待凝72h后，方能进行下一段钻孔、灌浆。孔口管深度按伸入基岩3m控制，地质缺陷部位及灌浆压力较高部位，孔口管嵌入基岩深度可适当加长至4m（接触段基岩灌浆段长与之配套）。各灌浆段灌浆时，射浆管管口距孔底不得大于50cm，射浆管的外径与钻孔孔径之差不宜大于20mm。采用钻杆作射浆管时，应使用平接头连接，必须对射浆口距孔底距离进行抽测，不合要求者须返工处理。灌浆过程中应经常转动和上下活动射浆管，回浆管宜有15L/min以上回浆量，以防射浆管在孔内因水泥凝固而造成孔内事故。灌浆过程中，应注意观察，当发生地表冒浆，压力突然升、降，吸浆量突然增、减等异常现象时，查明原因，采取相应措施妥善处理，作好详细记录，并报监理机构。灌浆孔孔口应妥加保护，严防污水、污物流入孔内。5.8灌浆压力5.8.1各灌浆孔段的灌浆压力在非特别指明的情况下，表5-3可供参考。5.8.2为了减少抬动变形，并提高帷幕灌浆压力，可采用分级升压或间歇升压法灌注，并使灌浆压力与注入率相适应，达到逐步升至较大压力，以保证灌浆质量。表5-4提出了各序段灌浆压力供参考，最终应通过试验，由监理工程师批准后实施。表5-3 帷幕灌浆压力参考值 单位：MPa孔序第一段 （接触段）第二段第三段第四段（建议增加）第五段第六段及以下各段0.150.250.350.50.81.30.250.350.450.60.91.40.350.450.550.71.01.5表5-4列出了灌浆压力与注入率的关系，应严格按表5-4的标准控制，特别应注意注入率10L/min时，灌浆压力不得超过0.51.0MPa。表5-4 注入率与最大灌浆压力关系表 单位：MPa注入率（L/MIN）5050 303020201010最大灌浆压力（MPa）00.050.050.10.10.20.30.80.51.0注：在试验过程中与现场监理工程师及设计协商修正。5.8.3灌浆应在孔口附近的进浆及回浆管均装上压力表。灌浆压力以回浆管压力表读数为准，进浆管压力值做为参考。压力表读数以峰值为准，压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的20%，摆动幅度应做记录。使用灌浆自动记录仪的时段平均压力表读数应按压力表读数峰值（即表5-4中的灌浆压力）的90%控制。5.8.4为便于现场操作控制，回浆管路上的压力表可安装在灌浆自动记录仪附近，但应注意回浆管路上的压力表距灌浆孔间的管路长度不应大于30m，以保证回浆管路上的压力表值能较准确反映灌段实际灌浆压力。5.8.5特殊情况下不宜按规定灌浆压力灌浆时，除非设计另有规定，否则应事先报监理机构批准。5.9浆液及浆液的变换5.9.1灌浆浆液以普通水泥浆液为主。5.9.2浆液水灰比普通浆液水灰比（重量比）可采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比根据灌浆试验确定。5.9.3灌浆过程中，当浆液压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液水灰比。5.9.4变浆标准注入率大于300L，且压力保持不变。灌注时间大于30min，且压力保持不变。5.9.5当注入率大于30L/min时，视具体情况可越级变浓水灰比。5.9.6灌浆过程中，应每隔1530min测记一次浆液密度和回浆温度，浆液变换及灌浆结束亦应测记浆液密度，其测值应反应在灌浆综合成果表中。5.10灌浆结束标准在同时满足下述规定情况下，可结束灌浆作业：采用孔口封闭、自上而下分段灌浆时，在设计压力下，灌浆孔注入率小于1.0L/min，保持回浆压力不变，采用孔内循环的灌浆方式（循环自动记录或人工记录）延续灌注60min。5.11灌浆孔封孔5.11.1帷幕灌浆全孔灌浆结束，经监理工程师检查验收合格后，可进行封孔。5.11.2帷幕灌浆封孔应采用“置换和压力灌浆封孔法”等方法。当封孔中出现较大注入量（大于1L/min）时，应按5.9.1条要求灌注达到结束条件。5.11.3封孔灌浆时间不少于1h，封孔灌浆压力采用该灌浆孔的最大灌浆压力。封孔必须使用新鲜的普通水泥浆液，水灰比采用0.5:1的浓浆。5.11.4已进行“置换和压力灌浆封孔”的灌浆孔，待孔内水泥浆液凝固后，若灌浆孔上部空余段大于3m时，应清除孔内污水、浮浆，采用“机械压浆封孔法”进行封孔；小于3m时可使用水泥砂浆封填密实。5.12特殊情况处理灌浆过程中，灌浆压力或注入量突然改变较大时，应立即查明原因，采取措施处理。灌浆过程中，当发现回浆失水变浓（回浓一个比级）时，应换用相同水灰比的新浆进行灌注，若效果不明显，延续灌注30min,但总的灌浆时间不少于120min可停止灌注。灌浆过程中，如发现冒浆、漏浆时，根据具体情况可采取嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理。根据各段压水透水率值决定该孔段的开灌水灰比，我方试验段灌浆拟采取以下进行灌浆：表 5-5 透水率与开灌水灰比关系表透水率（LU）502550102510开灌水灰比0.5:11:12:13:1若灌浆时出现冒浆、漏浆时，根据现场情况采用嵌缝（用棉纱加水玻璃）、表面封堵（水玻璃、速凝剂和干灰进行搅拌）、低压、浓浆、限流（为了防止抬动及浆液的浪费我方建议限流在中等注入率30L/min左右）、间歇、待凝等方法进行处理。如采取相关措施后外漏明显减小，灌浆压力继续上升，且上升明显，按设计要求灌浆