帷幕灌浆试验施工方案.doc

中国水电基础局有限公司 帷幕灌浆试验方案海南省万泉河红岭水利枢纽大坝基础防渗处理工程（帷幕灌浆试验）施 工 方 案批准： 审核： 编写： 中国水电基础局有限公司红岭水库项目经理部2009年10月20日1 编制依据1.1海南省万泉河红岭水利枢纽大坝基础防渗处理工程设计参考资料；1.2 本工程施工采用的现行国家及行业标准、规程和规范； 1.3中国水电基础局有限公司企业技术标准；2 工程概述万泉河红岭水利枢纽大坝基础防渗处理工程主要包括以下项目：（1）碾压混凝土重力坝主坝基础灌浆，包括帷幕灌浆、固结灌浆、坝基接触灌浆及坝基排水孔钻孔；（2）右岸分区土石坝副坝基础灌浆，包括混凝土压浆板浇注、固结灌浆、帷幕灌浆；（3）渠首电站和坝后电站基础灌浆，包括固结灌浆、坝基接触灌浆。由于大坝覆盖层还并未进行开挖，为保证开挖后能够全面展开施工，经业主和设计批示可提前在覆盖层上进行灌浆试验。选取试验区在副坝桩号为1+346.241+362.24，1+405.731+421.73。其中1+346.241+362.24处在F9断层带。3 地质条件3.1 工程地质条件副坝座落在右岸，右岸山体不完整连续，存在两低矮垭口，垭口最低高程在zk72钻孔附近，为124.34m，沿线山顶高程在165.6m182.7m，沿线山体地形较缓，坡度约1020，植被发育，坝轴线基本由各山顶连接起来。第四系残坡积层（Q4edl）主要分布于整个坝段，由碎石土、粉质粘土组成，可塑硬塑状，结构较松散，野外标准贯入试验N=925击，厚约1.0m4.9m。基岩为中生代第二期（5B）混合花岗岩、黑云母变粒岩，分布于整个副坝区，脉岩主要为闪长（玢）岩，整个坝址均见有零星出露。基岩岩体垂直风化分带明显，全、强、弱、微风化带均有分布，而且花岗岩地区特有的风化现象球状风化、槽状风化亦有表现。据地面地质测绘、钻探、物探等成果资料，F8、F9、F10断层通过副坝，产状为270-285/NE65-75，系逆平移断层，宽度为8.0-15.0 m，断层主要由构造角砾岩、断层泥等组成，泥质、钙质胶结，并有高岭土化、绿泥石化现象，失水易干裂，见倾角60-80裂隙极发育。岩体风化较深，全风化层厚度2.10m20.40m，强风化层厚度1.70m17.30m，断层带附近全强风化深达35m。3.2 水文地质条件第11页 区内地下水主要为第四系松散堆积层中的孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型，以基岩裂隙水为主，其动态受大气降水而变化，向万泉河及冲沟中排泄。第四系孔隙潜水：主要埋藏于河床漫滩砂卵砾石层中。漫滩砂卵砾石层，渗透系数K=3.421027.77103cm/s，属强中等透水层，但该层在坝址分布厚度较薄，含水不丰。漫滩地下水位与河水位关系密切，随河水涨落而变化，其水位基本上与河水位一致；河床地下水位与河水位一致。根据经室内试验和野外钻孔注水试验，左右岸第四系残坡积层渗透系数为1.6010-4cm/s2.3010-5cm/s，属于弱透水微透水。基岩裂隙水：主要埋藏于混合花岗岩、黑云母变粒岩中。通常情况下，基岩透水性随裂隙的发育程度和风化程度不同而异。全风化为土状，经室内试验和野外注水试验，其透水性微弱，渗透系数K=1.6010-4cm/s2.3010-5cm/s；一般两岸强风化岩体裂隙发育，采用注水试验，试验结果表明，渗透系数K=1.710-45.7310-3cm/s，属中等透水层；弱风化岩体透水率以q=15Lu为主，新鲜岩体透水率以q1Lu为主，属弱微透水层。4 试验区施工临建布置帷幕灌浆试验区在副坝桩号为1+346.241+362.24，1+405.731+421.73。4.1 供水系统根据现场情况，拟在试验区下游100m左右一低洼地作为取水点，配备1台7.5kW潜水泵，向水泥制浆站供水。每班（12小时）安排1人负责供水和管路维护。4.2 供电系统业主计划在大坝桩号约0+010和0+800上游开挖线外分别布置2000KW变压器、1200KW变压器，提供施工用电，由于短时间无法架设完毕。经业主与供电局协调决定帷幕灌浆试验区用电采用农用线路在大坝桩号约1+170下游开挖线外架设一200KW变压器，提供试验区施工使用，亦可做以后施工使用。4.3 供浆系统考虑到本工程帷幕灌浆试验施工工程量较小，拟在试验区附近选一高地经平整后做一临时水泥制浆站供试验施工使用。4.4 施工平台 考虑到在覆盖层施工，钻孔过程中地层遇水造成场面泥泞，基于文明施工和施工方便考虑，在帷幕轴线上做一宽4m厚10cm混凝土简易平台，同时方便钻机固定。5 帷幕灌浆试验5.1 灌浆试验试验目的为了提高大坝基础渗透稳定，寻求适合本区工程地质条件的合理的灌浆参数和有效的灌浆工艺，保证和提高帷幕灌浆的质量，先进行灌浆试验。具体试验目的为：A 通过帷幕灌浆试验，进一步复核坝基的渗漏性；B 确定孔距、排距、灌浆工艺、灌浆压力、灌浆段长、结束标准等灌浆参数；C 确定灌浆材料的质量及优质浆的容重比例；D 分序确定每米灌浆材料用量及最佳材料的配比；E 灌浆试验后提出最佳排距、孔距、水灰比及分类分段的最佳压力值范围；F 提出灌浆过程中特殊情况处理的具体措施。5.2 灌浆部位及布置方式 本着选择具有代表性地质情况的地段，按照设计批示，选定帷幕灌浆试验区两个区域，布置在副坝桩号分别为1+346.241+362.24，1+405.731+421.73，直接布置在帷幕灌浆轴线上，作为防渗帷幕的一部分，从而可以节省防渗帷幕的工程量。试验一区桩号1+346.241+362.24处在F9断层带，主帷幕孔位2排，孔距2m，排距为1.5m；试验二区桩号1+405.731+421.73为单排孔，孔距2.0m。帷幕灌浆孔孔向均为铅直孔。具体布置情况详见下面帷幕灌浆孔布置图1：图1 帷幕灌浆孔布置图5.3 帷幕深度 按照帷幕防渗灌浆施工技术要求，本工程的帷幕孔深度确定标准：（1）坝高在70m以上的岩体相对隔水层的透水率（q）设计值为1Lu，坝高在70m以下的岩体相对隔水层的透水率（q）设计值为3Lu，副坝岩体相对隔水层的透水率（q）设计值为3Lu；（2）帷幕孔深入基岩相对不透水岩体顶板以下至少5m；（3）当坝基下相对隔水层埋藏较深时，帷幕深度应满足Hh/3+C，其中h为幕前水深（主帷幕为上游幕前水深，封闭帷幕为下游幕前水深），C为常数，取值为5m；（4）灌浆孔终孔段注入量C20kg/m，否则予以加深； （5）钻孔过程中要经常注意断层和大裂隙，如在设计孔底处遇有断层时，应继续钻进穿过断层带1m后停止； 本试验区按照帷幕灌浆施工图设计的帷幕底线进行施工，如遇特殊情况原则上遵从上述五条确定标准，并与现场设计代表及监理协商进行施工。5.4覆盖层施工工艺本工工程设计要求清除全风化覆盖层至基岩（强风化面）后浇筑1.5m厚的砼盖板绕后进行灌浆。考虑到施工条件限制，经与设计协商同意试验区的帷幕灌浆直接在覆盖层上进行。覆盖层施工工序如下：（1）钻孔采用XY-2型钻机，开孔直径为110金刚石钻头钻覆盖层，然后改用89的金刚石钻头钻基岩，钻孔深入基岩1m后，改用小口径金刚石钻头继续钻基岩1m。确保钻基岩深度为2m。根据地质资料显示，全分化覆盖层原岩颜色全部改变，光泽消失，组织结构基本破坏，矿物成分基本风化蚀变，以粘土矿物为主，岩石呈土状。在钻孔过程中，根据钻孔地质情况，水钻可结合干钻进行。干钻可使孔内的土全部取出孔外，减少孔内风化物的颗粒。（2）钻孔冲洗钻孔结束后，对基岩进行钻孔冲洗，使孔内的沉淀冲出孔外，保证孔底沉淀不大于20cm，孔冲洗结束后，利用钻机配合灌浆塞，卡塞进行简易压水，裂隙冲洗结合简易压水同时进行，对钻孔继续冲洗并检验地层的透水率。（3） 灌浆按照帷幕灌浆试验中的灌浆要求对第1段基岩进行正常灌浆。（4） 灌注孔口管灌浆结束后，利用注浆管向孔内注入0.5:1的浓水泥浆，将稀浆全部排出孔外，再向孔内注入干水泥，进行人工搅拌，使浓水泥浆的浓度更浓。将直径为89的无缝钢管徐徐下入到入基岩1m处，孔口管露出地面1020，并用浓水泥浆围在孔口管外侧，以使孔口管镶筑更牢固，在孔口管待凝24小时后，再进行钻孔灌浆。每根无缝钢管长6米，若覆盖层及入岩1m后的总深度大于6m，则需要将无缝钢管焊接起来。首先在地面，将长1520的直径为108的钢管作为套管套在无缝钢管的一端，采用水平尺使套管与无缝钢管在一条水平线上，然后焊接牢固。待钻机终孔后，确定灌注孔口管的长度，再截取合适长度的无缝钢管，在孔口进行焊接。由于灌注孔口管时，孔内充满浓水泥浆，在待凝24小时后，浓水泥浆已凝结成的水泥结石，再进行下一段钻孔灌浆前首先对水泥结石进行扫（钻）孔。灌注孔口管不包括孔口管段的钻孔及灌浆。5.5施工工艺流程 按照先一序，后二序，再三序进行加密灌浆施工，根据此工程的技术要求和地层情况帷幕灌浆试验拟采用孔口封闭，孔内循环，自上而下分段灌浆方法。施工工艺见图1施工工艺流程图。1）钻孔帷幕灌浆孔的孔径一般多为59mm或75mm，在保证灌浆质量的前提下，一般宜优先采用小口径钻孔。帷幕灌浆孔孔径不得小于46mm；检查孔终孔直径不应小于76mm。测量放线对正孔位后，开始钻进，选用XY-2型钻机钻孔，清水冲洗。在较完整的岩石中，采用的技术参数见表1： 表1 钻进技术参数钻进方法钻孔压力转速(r/min)泵量(L/min)金刚石钻进815 kN3008005080硬质合金钻进每粒合金1.22.0 kN12880120在断层、破碎带中的钻进技术参数将根据具体情况进行调整。先导孔及检查孔要求钻孔取芯，按取芯次序统一编号，填牌装箱，芯样拍照并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。岩芯按监理指定地点存放，防止散失和混装。 钻机就位、固定、定向接触段岩石长度为2m 待凝扫孔复灌灌 浆是否达到结束标准？否是结束，进行下一段灌浆是是否否是否达到终孔标准？是否达到结束标准？第二段钻孔、冲洗、压水下一段至终孔段钻孔、冲洗、压水、灌浆封 孔灌浆扫孔复灌图2 施工工艺流程图 帷幕灌浆孔孔向为铅直孔，灌浆孔孔位偏差不得大于10cm。帷幕灌浆孔在开钻前用水平尺找平并垫稳钻机，并用地锚将钻机固定好，在钻孔过程中应进行孔斜测量，拟采用KXP-1轻便测斜仪完成此工作，一般每5m测斜一次，终孔段必须测斜，发现偏差及时纠正。孔底偏差值按表2中的规定控制。表2 钻孔孔底最大允许偏差孔 深（m）2030405060最大允许偏差（m）0.250.500.801.151.50钻孔时应对岩层、岩性以及孔内各种情况进行详细记录。遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，可先进行灌浆处理；发现集中漏水，应查明漏水部位、漏水量和漏水原因，经处理后再行钻进。2）钻孔冲洗与压水试验：A 每段灌浆孔钻孔结束后均采用清水冲洗孔底沉淀及岩粉，直至回水澄清。裂隙冲洗采用水压力为灌浆压力的80%，该值大于1.0MPa时，采用1.0MPa，孔口回水澄清10min后结束。B 灌浆孔均进行简易压水试验，简易压水试验可结合裂隙冲洗进行。简易压水试验方法为，压力为灌浆压力的80%，该值大于1.0MPa时，采用1.0MPa，压水20min，每5min测读一次流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。C 先导孔和检查孔进行单点法压水试验。压入流量稳定标准为：在稳定的压力下，每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1Lmin时，本阶段压水试验即可结束，取最终值作为压入流量的计算值(Q)。透水率（q）按规范附录A中A1式q=Q/(PL)计算。3）灌浆A 灌浆材料水泥：选用PO42.5(R)普通硅酸盐水泥。B 主要灌浆设备B 主要灌浆设备高压灌浆泵：选用3SNS型灌浆泵，三缸往复式柱塞泵，运行状态好，压力平稳，额定压力10.0MPa，最大排量207L/min。高速搅拌制浆机： 选用G2-200型高速搅拌制浆机。制浆工效高，质量好。C 浆液制备所有制浆材料采用称重法称量，称量误差不得大于5%；水泥浆液搅拌时间应不少于30s，浆液在使用前应过筛，自制备至用完时间宜小于4h。D 灌浆段长与灌浆压力参照三亚大隆水库帷幕灌浆施工经验，按照设计要求灌浆压力通常在帷幕孔顶段取（1.01.5）倍坝前静水头，在孔底段取（2.03.0）倍坝前静水头。针对本工程的特点，初定灌浆段长与灌浆压力见表3 表3 灌浆段长与灌浆压力参照表灌 浆 段 次123456 78及以下 段长()23555555灌浆压力（MPa）试验区灌浆0.50.70.91.11.31.51.72.0注：表中压力将根据灌浆试验中灌注实际情况进行调整。E 浆液变换纯水泥浆液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六个个比级，开灌水灰比5:1。变浆标准：帷幕灌浆浆液浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变，施工过程中将按以下要求控制。 灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少，或者吸浆量变化不大而灌浆压力均匀升高时，不得改变水灰比； 当某一比级浆液注入量己达300L以上，或灌注时间己达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注； 当注入率大于30Lmin时，可越级变浓； 当用最浓级浆液灌浆，吸浆量很大且持续不减时，可采用限流、低压等方法处理； 因浆液变浓造成灌浆压力突增或吸浆量突减，应查明原因并采取相应措施处理； 如发生回浆变浓现象，换用相同水灰比的新鲜浆液进行灌注，若效果不明显，延续灌注30min，即可停止灌注； 灌浆过程中，应有人工定时测记浆液密度。F 灌浆结束标准 帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法最大设计压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注60min，灌浆即可结束。 当长期达不到结束标准时，应报请监理共同研究处理措施。G 封孔 灌浆结束后，经现场监理验收合格后，方可进行封孔； 灌浆孔封孔均采用 “置换和压力灌浆封孔法”。当最下面一段灌浆结束后，利用原灌浆管灌入水灰比0.5:1的浓浆，将孔内稀浆全部顶出，直到孔口返出浓浆止。而后提升灌浆管，在提升过程中，严禁用水冲洗灌浆管，严防地面废浆和污水流入孔内，同时，还应不断地向孔内补入0.5:1的浓浆（或待灌浆管全部提出后再向孔内补入0.5:1的浓浆也可）。最后，在孔口进行纯压式封孔灌浆1h，仍用0.5:1的浓浆，压力为灌浆最大压力。待孔内浆液凝固后对孔口脱空部分进行人工封填。H 特殊情况处理 灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用镶缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。 帷幕灌浆过程中如发生串浆时，采用以下方法处理：如被串孔正在钻进，要立即停钻。串浆量不大于1L/min时，可在被串孔内通入水流。串浆量较大，在串浆孔具备灌浆条件时，尽可能与被串孔同时进行灌浆，应一泵灌一孔。否则应将串浆孔塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。 灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按照下述原则进行处理：尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆。若中断时间超过30min，则要冲洗钻孔，如无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的浆液继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓继续灌注。恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且短时间内停止吸浆，应采取补救措施。 孔口有涌水的灌浆孔段，灌浆前先测记涌水压力和涌水量，根据