帷幕灌浆提高孔口段灌浆压力施工技术.doc

帷幕灌浆提高孔口段灌浆压力施工技术阮守照1孙志禹2李正华1（1.葛洲坝集团三峡指挥部，2.中国三峡总公司建设部）摘要：对三峡二期工程大坝基础帷幕灌浆孔口段05m，以灌浆压力提高至4.05.0MPa进行了一系列升压生产性试验，取得成功，解决了三峡工程质检专家所提出的第一段灌浆压力应大于3.5MPa的技术难题。关键词：三峡工程；帷幕孔口段提高灌浆压力；试验施把工三峡二期厂坝泄洪坝段帷幕灌浆统计分析，绝大多数孔段吸浆量(或单耗)不大，平均单耗8.9 kg/m，其中I序16.9kg/m、序10.4kg/m、序4.0k9/m，且有较多孔段(约占80以上)存在灌前涌水现象。为此，国务院三峡工程质量检查专家组提出，在总结前 段灌浆成果基础上，有针对性地进行一系列的试验，其中孔口段升压试验是最主要项目之一。在帷幕灌浆施工中，一直存在孔口段(或称接触段，一般指建基面以下约5m范围内)渗流水力梯度最大，而灌浆压力最小的问题。三峡工程孔口段首段灌浆压力设计为1.5MPa，根据三峡灌浆试验成果，小于34MPa的灌浆压力，灌浆效果不明显；同时，又据已施工的帷幕灌浆统计，孔口段首段单位耗灰量很小，平均只有2.44kgm。而三峡帷幕大部分为单排。帷幕的防渗效果令人关注，所以专家组提出将孔口段灌浆压力提高到幕前水头的1.52倍，即应达到3.5 MPa左右。1 升压试验设计技术要求1.1 段长、孔径、灌前压水和灌浆压力(表1)表1段长、孔径、灌前压力和灌浆压力技术指标灌浆试验五段制段长（m）孔径（mm）压水试验压力（MPa)压水时间（mm）灌浆压力（MPa）第一段00.5761.0602.53.5第二段0.51.0761.0603.54.0第三段1.02.0761.0604.05.0第四段2.03.0761.0605.06.0第五段3.05.0761.0606.07.0注：（1）第三段钻灌结束后，镶筑76mm孔口管，待凝4d。 (2)压力的递增速度为0.2MPa5 min。压力值均以力表的峰值为准。压力表的指针摆动为0.1MPa，表盘最大值不十于25.01.2 灌浆水泥与浆液配比水泥采用荆门普硅525。开灌水灰比为1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1四级，每灌注50L改浓一级，依次递增。1.3 灌浆压力与注入量(表2)1.4 最佳水灰比注入率(表3) 1.5 结束标准每段次灌浆结束标准，必须同时满足下述两个条件：(1)每灌段注入率小于0.5L/min后，连续灌浆1 h以上；(2)灌浆的最大压力持续1 h，即可结束。1.6 封孔封孔前，先将灌浆孔扫到孔底返回清水后，再注入0.5：1的新鲜水泥浆进行置换；待所返出的浆液比为0.5：1后，再用最大灌浆压力进行纯压灌浆2h结束。表2 注入率与灌浆压力对应关系表注入率（L/min）30201053.5表3 注入率与最佳水灰比对应关系注入率（L/min）30201055水灰比（W/C）0.50.50.60.81.0注：水泥不用湿磨，但搅拌的水泥浆必须经过1X1筛网过滤，且长使用时间不得超过4h。2 升压试验孔布置及其地质条件2.1 试验部位的选定根据帷幕灌浆实际施工情况，并结合工程地质条件，决定选取三峡大坝坝基主帷幕区进行升压灌浆试验。试验分两批共布置10个试验孔，其具体部位及试验孔编号为：第一批孔(6个孔)：左非坝段：ZFl5 2、ZFl6 4；左导墙坝段：ZD 16；泄洪坝段：X2 2、X3 2、X4 6。第二批孔(4个孔)：泄洪坝段：1X10 SY 1、1X11 SY 1；左厂坝段：ZCll 11、ZCll 13。2.2 主要地质条件 试验段选择在具有一定代表性的主帷幕轴线下的地层，均属闪云斜长花岗岩弱风化下部与微新岩石、块状次块状构造，局部小规模断层与裂隙较发育区，胶结良好，统属良质岩体；但各部位具体条件不尽相同，基本代表了三峡工程坝基不同岩体质量的地段。3 升压试验施工3.1 试验项目及施工程序3.1.1 主要试验项目(1)灌前常规简易压水；(2)钻孔地质描述和孔壁录像；(3)高压灌浆试验； (4)抬动观测。3.1.2 施工程序施钻抬动观测孔及地锚抬动观测装置埋设试验孔第一段钻灌埋设孔口管(待凝35d)第二段钻灌第三段钻灌。3.2 实际施工技术参数3.2.1 钻孔孔径及灌浆段长划分(1)钻孔孔径帷幕试验孔：采用91110mm开孔，以利出现事故时，可二次镶管；首段长1.Om，灌浆结束后，镶筑76mm孔口管，待凝4d，改用56mm钻灌下段。抬动观测孔：布置在帷幕试验孔下游1.6m处，其孔深为进人基岩7.Om，孔径76mm；抬动观测装置埋设与安装要求，与帷幕灌浆原设计要求相同。(2)灌浆段长划分试验孔基岩内钻孔灌浆进尺均为5m，为了便于比较选择，并从安全的角度上考虑，采用五段制和三段制两种分段方式，至上而下依次钻灌。升压灌浆试验，段长划分及钻孔孔径变化情况见表4。表4 实际段长划分及钻孔孔径变化情况表试验区孔号混凝土厚第1段（0.5m）第2段（0.5m）第3段（1.0m）第4段（1.0m）第5段（2.0m）青云试区ZF15-I-1ZF16-I-43.8m3.8m91mm91mm91mm91mm91mm91mm76mm76mm76mm76mm试验区孔号混凝土厚第1段（2.0m）第2段（1.0m）第3段（2.0m）第4段第5段葛洲坝试区（第一批）ZD-163.0m110mm76mm60mm/X2-210.8m91mm76mm76mm/X3-25.0m91mm76mm60mm/X4-116.0m91mm76mm76mm/葛洲坝试区（第二批）1X10-SY6.1m91mm60mm60mm/1X11-SY-14.9m91mm76mm60mm/ZC11-115.4m91mm60mm60mm/ZC11-135.7m91mm76mm60mm/3.2.2 灌浆材料及浆液第一批6个孔，采用荆门525#普硅水泥、不湿磨，水灰比由于试验过程中吸浆量均较小，实际除青云试区2个孔采用1:1浆液开灌外，其它段均采用2:1开灌，开灌至正常结束均未变浆。第二批4个孔，采用荆门525#普硅湿磨细浆液，实际仅用到3:1一个比级。3.2.3 灌浆压力本次试验重点是研究接触段灌浆压力提高的可能性，因此仅在原第1、2、3段或1、2、3、4、5段计5m孔深范围内进行升压试验，其实际分段最大灌浆压力如表5。具体压力控制要求：开灌时按表5中给定的压力值控制，当注入率小于5L/min后，各段分别以2.5、3.0、4.5 MPa作为起始压力，升压时采用分级增压方式进行，按每10min曾加0.5MPa的速率，将压力分段(5段或3段)分别升压至4.0MPa、4.5MPa和5.OMPa。表5 升压试验孔接触段帷幕灌浆压力表试验区项目单位第1段 第2段第3段 第4段第5段青云试区五段制段长压力m MPa 0.5254.00.52.54.0 0.52.54.00.53.04.50.54.55.0葛洲坝段长m 2.01.02.0/三段制压力MPa2.54.03.04.54.55.0/设计灌浆压力MPa1.53.04.5/3.2.4 注入率与灌浆压力、最佳水灰比为确保升压试验时大坝的安全和灌浆质量，灌浆压力还应与注入率和最佳水灰比相匹配，其控制标准见表6。表6 试验孔注入率与灌浆压力、最佳水灰比对应关系表注入率（Lmin）50 305010305105第l段(MPa) 0.51.01.52.52.54.0第2段(MPa) 0.51.01.03.04.04.5第3段(upa)0.51.01.04.04.55.0最佳水灰比0.50.50.50.81.0注：表中压力均指回浆管口压力表峰值，实际操作时辅以人工记录，压力表使用大量程压力表(1625MPa)。此外，灌浆工艺和方法、压水试验、灌浆封孔等其它技术要求均按原规定不变。3.3 试验及成果分析3.3.1 试验完成工程量本次升压试验共选10个试验孔，计分34个段次进行钻孔、压水和灌浆，总钻灌进尺52.7m。试验自2001年2月25日开始至2001年4月9日结束，总历时1.5个月。3.3.2 钻孔布置及边界条件升压试验10个试验孔上部混凝土盖重约7590m。其中，采用五段制灌浆的两试验孔所处坝段均未曾进行过灌浆；另外8个孔，分别布置在左导坝、泄洪坝和左厂坝段帷幕灌浆轴线上，位于基础帷幕灌浆廊道内，采用三段制灌浆。3.3.3 芯样及孔内电视描述(1)第一批孔 X3-2与X4-11两孔采用孔内电视录象检验。录象资料显示，钻孔部位混凝土质量正常；混凝土砂浆与基岩面胶结良好，无裂缝、张开等；岩体较完整，岩质新鲜、坚硬、裂隙不发育。X3-2孔揭露5条裂隙，宽度一般12mm，充填石英或绿帘石；X4-11孔揭露了3条裂隙，部分充填绿帘石13mm，局部张开12mm。(2)第二批孔4孔取芯资料显示，钻孔部位混凝土质量正常，岩体呈灰白色、中粗粒结构、块状构造，RQD值约为37.5-70，陡倾角裂缝较发育，其中ZC-11和ZC-13两孔在第2、3段发现有缓倾角裂隙。3.3.4 压水试验压水试验采用1 MPa压力的简易压水，计压水34段，其中透水率大于lOLu有2段，510Lu有1段，15Lu有4段，1 Lu以下有27段。压水透水率较大(5Lu以上)的孔段，均在左厂坝段(即青云试区，总段数10段)，其中ZFl5 I-2孔首段达7.5 Lu，ZFl6-I-4孔首段达10.5Lu、第4段达11.8Lu，但这两孔在压水试验过程中相应观测孔返水较明显，每分钟返水量估计可达总注水量的3050左右。深槽段(即葛洲坝试区，总段数24段)除ZD 16孔压水透水率为3.3Lu外，其他孔段透水率均较小，有13段为0Lu。 另外，第二批所布4个孔与第一批孔相比，压水透水率没有明显增大。3.3.5 水泥耗量分析本次试验10个升压孔共钻灌34段，平均单耗为4.68kgm。其中第1段(按原第1段段长2m)平均单耗3.42kgm。第一批6个孔共钻灌X段，平均单耗6.99kgm，第1段(按原第1段段长2m)平均单耗4.32kgm。第二批4个孔共钻灌12段。平均单耗1.22kgm，第1段平均单耗1.2kgm。单耗较大(大于5kgm)的孔段共7段，占总段数的20.6，均属于第一批布孔，出现在ZFl5 I 2孔的第1段、ZFl6 I 4孔的第3、第4和第5段、ZD 16孔的第1段、X3 2孔的第2和第3段。其余27段单耗均在3kgm以下，占总段数的79.4，其中20段单耗在1kgm以下，占总段数的58.8。与已施工帷幕情况相比，水泥单耗略有增加，但无明显区别。尤其第二批孔系采用湿磨细稀水泥浆(3：1)，但水泥耗量甚微，不仅低于第一批孔单耗，甚至远低于相邻已灌孔(采用1.5MPa压力)的水泥单耗。3.3.6 抬动观测第一批所布6个孔，有3个孔压水和灌浆过程中均未发生抬动；有2个孔压水时未抬动，灌浆时发生少许抬动；但ZFl6 I 4孔第1段在压水试验时，抬动42m，灌浆时未抬动，至第5段升压到35MPa时抬动观测孔发生异常抬动现象，经谨慎降压后缓慢升压，其最终抬动变形值约在102m左右。ZFl5 I 2第3段抬动变形3m，压水试验时有漏水现象。第二批所布4个孔，仅压水时ZCll 13第1段抬动19m，灌浆过程中均未发生抬动。4 结论(1)三峡工程在80m混凝土压重条件下，帷幕灌浆首段最大压力可以慎重地提高到3.5MPa。但压力的递增速度不宜太快，宜控制在0.5MPa/10mm以内较为合适。(2)升压时的最大压力值应按表5控制，特别是注入率大于30L/min时，其压力不宜大于1.5MPa。(3)压水试验时应特别注意透水率变化，如有增大现象，应迅速降压，以免产生有害抬动。(4)根据试验成果统计，湿磨细水泥浆和普通水泥浆，及其水灰比1：2与1：3的变化，其单位耗灰量无显著差异