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帷幕灌浆试验报告

SXHJ投资开发有限公司XH水力发电厂大坝扬压力超标处理工程

帷幕灌浆试验报告

SXGM建设有限公司

2015年3月

批准

审核

校核

编写

一、概述

1.1试验目的

论证本次帷幕补强工程采用的灌浆方法在技术上的可行性、施工效果的可靠性、经济上的合理性；推荐合理的施工方法、施工程序和施工参数，如灌浆孔排数、排距、孔距、孔深、灌浆压力、灌浆材料与浆液、单位注入量范围等；研究适宜的灌浆质量标准和检查方法；为后期的施工提供依据；确定合理的工效和资源配置，为后期工期计划和保证提供依据。

1.2工程概况

XH水力发电厂大坝扬压力超标处理工程主要是对（表孔10#～13#坝段及左中孔14#坝段）上游帷幕和（表孔10#、12#坝段）下游帷幕补强灌浆、坝基排水廊道新钻副排水孔、排水孔扫孔以及加强监测等内容，增强坝体稳定性和坝基长期渗透稳定性，降低渗漏水量。

1.3试验区的选择与布置

根据技术要求试验区选定在表孔12#坝段,分为A线补强灌浆和B线补强灌浆两个试验区。

A线补强帷幕灌浆试验区布设1个抬动观测孔、1个声波测试孔、5个灌浆孔和1个检查孔；B线补强帷幕灌浆试验区布设1个抬动观测孔、1个声波测试孔、4个灌浆孔和1个检查孔；本次帷幕灌浆试验共布置2个抬动观测孔、2个声波测试孔、9个灌浆孔和2个检查孔，共计15个孔；孔位布置见附图1-1。

图1-1:

帷幕灌浆试验孔位布置图

二、完成工程量

本次补充帷幕灌浆试验于2015年1月2日开始施工，2015年3月17日质量检查孔施工结束，完成抬动观测孔2个，声波测试孔2个，帷幕灌浆试验孔9个。

完成工程量见下表2-1：

表2-1:

帷幕试验完成工程量统计表

序号

工程项目

孔数

（个）

钻孔

工程量

（m）

灌浆

工程量

（m）

水泥

耗用量

（kg）

压水

试验段数

（段次）

施工时段

备注

01

抬动观测孔

2

46.5

—

—

—

2015.2.1～2015.2.11

02

物探测试孔

2

88.0

—

—

—

2015.2.1～2015.3.21

03

帷幕先导孔

2

106.0

92.0

9237.15

20

2015.2.1～2015.2.11

04

帷幕灌浆孔

7

300.0

256.5

13988.00

57

2015.2.1～2015.3.11

05

质量检查孔

2

96.0

96.0

1086.09

18

2015.3.22～2015.3.30

06

合计

15

636.5

444.5

24311.25

95

2015.2.1～2015.3.30

三、施工依据

⑴《表孔及左中孔帷幕补强灌浆试验区平面布置图》；

⑵《SXHJXH水电站表孔和左中孔坝段帷幕渗水处理工程施工技术要求》；

⑶施工过程中设计单位下发的《补充通知》；

⑷《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148—2001）；

⑸《水电水利工程钻孔压水试验规程》（DL/T5331-2005）；

⑹《水电水利工程物探规程》（DL/T5010-2005）。

四、施工工艺

4.1工艺流程

4.1.1施工程序：

提交《帷幕灌浆试验大纲》监理审查、批准确定参数及工艺→施工作业→质量检查→上报《帷幕试验报告》→验收。

4.4.2总体施工工序为：

测放孔位→抬动观测钻孔、安装→物探测试孔→先导孔施工（造孔、冲洗、压水试验、灌浆）→Ⅰ序孔（造孔、冲洗、压水试验、灌浆）→Ⅱ序孔（造孔、冲洗、压水试验、灌浆）→Ⅲ序孔（造孔、冲洗、压水试验、灌浆）→物探测试孔→灌后检查孔压水试验、灌浆、封孔→物探测试孔、抬动观测孔封孔。

4.2造孔

4.2.1帷幕灌浆造孔钻孔采用XY-2PC型回转式地质钻机，金刚石钻头清水钻进。

4.2.2钻孔孔径：

抬动观测孔、物探测试孔孔径为φ76mm，先导孔孔径为φ76mm，正常灌浆孔孔口段孔径φ91mm，终孔段孔径不小于φ56mm；质量检查孔孔径φ76mm，其中先导孔及工程质量检查孔钻孔采取岩芯。

4.2.3钻孔孔位及孔深：

施工中所有钻孔开孔位置与设计的偏差未超过10cm；抬动观测孔孔深深入基岩20.0m，物探测试孔与该部位灌浆孔最深孔深一致，先导孔孔深按设计要求加深10.0m，正常帷幕灌浆孔、工程质量检查孔均达到设计要求孔深。

4.1.4帷幕试验钻孔角度为铅垂孔，钻孔前钻机安装平稳，天车、主轴、孔位三点一线。

钻进过程中采用得力有效措施，孔斜具体控制值未大于表4-1的规定值。

表4-1:

帷幕灌浆孔孔底允许偏差单位：

m

孔深

20

30

40

50

60

允许偏差

0.25

0.45

0.70

1.0

1.30

4.2.5所有钻孔统一按设计图纸进行编号。

在钻进过程中对砼厚度等情况进行详实的记录。

4.3钻孔冲洗及压水试验

为了取得良好的灌浆质量，在灌浆前进行冲洗工作以清除钻孔中残积岩粉和岩石裂隙或空洞所充填的粘土杂质等物。

冲洗分钻孔冲洗及裂隙冲洗。

4.3.1钻孔冲洗

下入导管至孔底，敞开孔口，用大流量清水冲洗，直至回水澄清后延续10min结束。

孔内残存的沉积物厚度不超过20cm。

4.3.2裂隙冲洗

采用压力水脉动冲洗，高、低压脉动时间间隔为5min，直至回水澄清后，延续10min结束，冲洗压力为本段灌浆压力的80%。

4.3.3压水试验

所有帷幕灌浆试验孔进行灌前压水试验，先导孔采用单点法稳定压水试验，其他试验孔采用简易压水试验。

压水试验压力采用该孔段灌浆压力的80%。

大于1.0MPa的试验孔段按1.0MPa的压力进行压水试验。

压水试验稳定标准：

将压力调到规定数值并保持稳定后，每5min测一次，连续四次测读压入流量，当测试成果符合下列标准之一时，压水试验工作结束，并以最终测读流量作为计算值。

计算成果取两位有效数字。

a.当Q＜5.00L/min时、连续4次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的10%。

b.当Q＞5.00L/min时、连续4次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的20%。

c.连续4次读数，均小于1.00L/min。

d.压水试验成果按公式：

q=Q/PL

式中：

q——试段透水率，Lu；

Q——压入流量，L/min；

P——作用于试段内的全压力，MPa；

L——试段长度，m。

4.4灌浆

4.4.1灌浆材料

选用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度要求为通过80μm标准筛的筛余量不大于5%，其质量符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）规范的规定。

灌浆用水符合拌制水工混凝土用水的要求，制浆采用高速制浆机进行拌制（制浆机转速大于1200r/min），搅拌时间大于30s。

浆液从制备到用完的时间未超过4h，浆温应保持在5～40℃之间。

4.4.2灌浆机械：

。

采用3SNS高压灌浆泵，额定工作最大灌浆压力的5.0MPa，额定工作排浆量Q＞60L/min。

采用成都西江cms2008多通道灌浆自动记录仪进行灌浆施工记录。

压力表、比重计、千分表等监测器具及监测仪器施工前进行了专门检定。

4.4.3灌浆方法

帷幕先导孔采用“自下而上、分段阻塞、孔内循环”的方式进行灌注，阻塞器卡在上段段次0.5m处；其他试验孔采用“孔口封闭、自上而下、孔内循环”的方式进行灌注，射浆管距孔底0.2～0.5m。

灌浆孔分三个次序施工，孔序之间施工孔深高差大于15.0m，上游（A线）与下游（B线）同在12坝段，在帷幕灌浆试验过程中错开灌浆施工，避免了上下游同时进行灌浆施工。

4.4.4灌浆段长及灌浆压力控制见表4-2。

表4-2:

帷幕补强灌浆试验孔灌浆段长划分及压力控制

段次

段长（m）

灌浆压力（MPa）

备注

Ⅰ序孔

Ⅱ序孔

Ⅲ序孔

1

2.0

0.5

0.8

1.0

2

3.0

0.8

1.0

1.5

3

5.0

1.0

1.5

2.0

4

5.0

1.5

2.0

2.5

5

5.0

2.0

2.5

3.0

6

5.0

2.5

3.0

3.0

7

5.0

3.0

3.0

3.0

…

5.0

3.0

3.0

3.0

终孔段

≤8.0

3.0

3.0

3.0

本次帷幕灌浆试验孔序、段次之间采用逐级升压。

一般试验段灌浆时，采用一次升压法，当注入率较大，适当降低灌浆压力，采用分级升压灌注。

4.4.5浆液浓度及其变浆标准

施工浆液浓度由稀到浓，逐级变换。

浆液水灰比采用5:

1，3:

1，2:

1，1:

1，0.8:

1：

0.5:

1六个比级，开灌水灰比采用5:

1。

浆液变换原则如下:

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比；当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级水灰比；当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况越级变浓。

⑺灌浆结束条件和封孔方法

在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续屏浆60min，结束灌浆工作。

封孔采用压力灌浆封孔法封孔。

全孔灌浆结束后，向孔内下入导管至孔底,采用水灰比为0.5:

1的浓浆将孔内余浆置换成浓浆，当孔口返出0.5:

1的浓浆时，进行灌浆封孔，灌浆封孔压力采用该孔的最大灌浆压力，灌注持续时间60min结束封孔。

封孔待凝24h后，对孔表尚未填满压实部分排水去污，进行必要的清除，用干硬性水泥砂浆补封填实。

4.5抬动变形观测

本次灌浆试验，裂隙冲洗、压水试验、灌浆等施工作业过程中，安排专人连续地进行观测。

监测结果表明，施工中未发现有抬动现象，未有出现因灌浆产生抬动破的情况。

4.6施工记录

采用灌浆自动记录仪记录。

原始资料包含钻孔记录、钻孔冲洗记录、压水试验记录、灌浆、封孔记录、抬动观测记录6部分组成。

原始记录使用统一表格，采用中性笔（黑色）进行记录，表格的填写整洁，规范。

记录做到真实、认真、清晰、齐全，并且当班资料当班完成，并验收签字。

4.7帷幕先导孔施工

根据批复的《帷幕试验大纲》，先导孔与声波测试孔同孔，钻孔采取岩芯。

全孔一次性钻至设计孔深底线。

进行灌前声波测试，数据采集完成后进行灌浆施工。

采用“自下而上，分段阻塞”的灌浆方式进行灌浆施工，每个灌浆试验段均进行灌前钻孔冲洗、稳定压水试验工序。

先导孔灌浆完成后进行封孔，整个试验区灌浆施工全部完成后达到工程质量检查条件后重新扫孔，进行灌后声波测试，对灌前及灌后声波测试采集数据对比，分析整个试验区补充帷幕灌浆效果。

五、帷幕灌浆试验成果分析

5.1钻孔孔斜

帷幕试验区所有钻孔施工过程中，严格控制钻孔孔斜，采用上海昌吉地质仪器有限公司生产的KXP-2B型测斜仪,钻孔30.0m以内每钻5.0m进行一次测斜，30.0m以后每10.0m进行一次测斜。

帷幕试验区钻孔孔斜数据统计见表5-1，本次帷幕试验孔斜检测结果最大孔底偏斜0.87m（smx-J-3,设计孔深58.0m），帷幕试验钻孔孔斜控制全部符合设计要求。

表5-1:

帷幕灌浆钻孔测斜综合成果表

工程名称:

XH水力发电厂大坝扬压力超标处理工程

工程部位:

12坝段（帷幕试验区）

测斜仪型号:

KXP-2B

孔号

孔序

孔深（m）

东西

累计偏距

（m）

南北

累计偏距

（m）

垂直

投影孔深

（m）

孔底

偏距

（m）

偏斜率

（%）

偏斜角

方位角

备注

设计

实测

smx15

Ⅰ

53.0

63.0

-0.420

0.412

62.996

0.589

0.93

0°

32′

314°

先导孔，加深10.0m。

smx16

Ⅲ

53.0

53.0

0.047

-0.330

52.998

0.333

0.63

0°

22′

172°

smx17

Ⅱ

53.0

53.0

0.176

-0.309

52.998

0.355

0.67

0°

23′

150°

smx18

Ⅲ

53.0

53.0

-0.260

-0.346

52.997

0.433

0.82

0°

28′

217°

smx19

Ⅰ

53.0

53.0

0.207

-0.479

52.996

0.521

0.98

0°

34′

157°

xmx5

Ⅲ

27.0

27.0

0.051

0.017

27.000

0.054

0.20

0°

7′

71°

xmx6

Ⅱ

29.0

29.0

-0.041

-0.023

29.000

0.047

0.16

0°

6′

241°

xmx7

Ⅲ

32.0

32.0

-0.024

-0.071

32.000

0.075

0.23

0°

8′

198°

xmx8

Ⅰ

33.0

43.0

-0.237

-0.153

42.998

0.282

0.66

0°

23′

237°

先导孔，加深10.0m。

smx-T-3

23.0

-0.009

-0.006

23.000

0.010

0.05

0°

2′

236°

上游（A线）抬动观测孔

xmx-T-2

23.5

-0.002

-0.027

23.500

0.027

0.12

0°

4′

185°

下游（B线）抬动观测孔

smx-J-3

58.0

58.3

0.337

-0.802

58.288

0.870

1.49

0°

51′

157°

下游（A线）质量检查孔

xmx-J-2

38.0

38.1

0.221

-0.509

38.092

0.555

1.46

0°

50′

157°

上游（B线）质量检查孔

5.2施工抬动观测成果分析

按设计要，本次灌浆试验共布置2个抬动观测孔，对帷幕灌浆试验区施工孔段进行抬动观测。

孔深深入基岩20.0m，重点观测灌浆试验5段次施工过程中随压力变化地基抬动变形情况。

（第五段次达到该孔段的最大灌浆压力）

本次帷幕灌浆试验施工，裂隙冲洗、压水试验、灌浆等施工作业过程中，安排专人连续地进行观测。

监测结果表明，施工中未发现有抬动现象，未有出现因灌浆产生抬动破坏的情况。

5.3特殊情况处理

5.3.1涌水

帷幕灌浆试验施工实在坝前高水头的情况下进行，钻孔施工部分孔段出现孔内涌水情况，灌浆施工时针对出现涌水孔段适当增加灌浆压力的方式进行灌注，灌后涌水情况消失，取得较好的的效果（涌水流量普遍较小（Q＜1.0L/min），故在灌前未进行流量及涌水压力监测，在灌浆施工时，压力提高0.2MPa）。

5.3.2绕塞返浆

帷幕试验先导孔与声波测试孔同孔，灌浆采用自下而上的方式，在灌浆施工时遇到绕塞返浆的情况，阻塞器按要求安放在灌浆段次，向孔内注满清水，在进行帷幕先导孔施工灌浆过程中，派专人在孔口值守，发现绕塞情况立即停灌，适当提高卡塞位置，重新加压阻塞灌浆施工，施工中有效避免了因绕塞返浆造成的孔内事故。

5.3.3回浆返浓

局部孔段出现回浆返浓的情况，灌浆过程中严格测记进、回浆液比重，发现回浆浓度高于进浆浓度时，立即向搅拌桶加水稀释继续灌注。

试验过程中未有出现因回浆返浓而影响灌浆质量的情况。

5.4帷幕试验灌前压水试验透水率分析

5.4.1本次帷幕试验采用单点法稳定压水试验，共进行灌前压水试验77段次；

5.4.2灌前压水试验平均透水率4.61Lu，大于3.0Lu的孔段45段次，其中Ⅰ序最大透水率22.18Lu（smx15第8段36.1m～41.1m），占总试验段次的59%。

其中Ⅰ序孔平均透水率6.75Lu，Ⅱ序孔平均透水率4.61Lu，Ⅲ序孔平均头透水率2.46Lu；

5.4.3灌前压水试验透水率分序递减分析：

Ⅱ序孔较Ⅰ序孔灌前透水率递减31.7%，Ⅲ序孔较Ⅱ序孔灌前透水率递减46.7%，Ⅲ序孔较Ⅰ序孔灌前透水率递减63.6%，本次帷幕灌浆试验灌前压水试验平均透水率次序之间递减显著，规律清晰。

5.5帷幕试验灌浆单位注灰量分析

5.5.1本次帷幕灌浆试验共9孔，帷幕灌浆77段次，灌注水泥19.5t，总耗灰量23.2t；

5.5.2本次帷幕灌浆试验平均单位注灰量55.93kg/m，Ⅰ序孔平均单位注灰量91.12kg/m，Ⅱ序孔平均单位注灰量48.66kg/m，Ⅲ序孔平均单位注灰量24.07kg/m；

5.5.3帷幕灌浆平均单位注灰量分序递减分析：

Ⅱ序孔较Ⅰ序孔平均单位注灰量递减26.6%，Ⅲ序孔较Ⅱ序孔平均单位注灰量递减50.5%，Ⅲ序孔较Ⅰ序孔平均单位注灰量递减73.6%，灌浆次序之间平均单位注灰量递减明显，规律清晰。

灌浆次序递减情况分析见表5-2。

表5-2:

帷幕试验成果次序递减分析表

部位

灌浆

次序

孔数

钻孔

长度

m

灌浆

长度

m

水泥用量

单位

注入量

kg/m

递减

情况

平均

透水率

Lu

递减

情况

备注

注灰

kg

废弃

kg

总耗量

kg

12

坝

段

Ⅰ

3

159.0

139.0

12664.99

1644.48

14309.47

91.12

6.75

Ⅱ

2

82.0

72.5

3528.10

761.17

4289.27

48.66

46.6%

4.61

31.7%

Ⅲ

4

165.0

137.0

3297.88

1328.54

4626.42

24.07

50.5%

2.46

46.7%

合计

9

406.0

348.5

19490.97

3734.18

23225.15

55.93

73.6%

4.61

63.6%

5.5.4帷幕试验综合成果资料见表5-3《帷幕灌浆试验分序统计表》，表5-4《帷幕灌浆综合成果统计表》，图5-1《上游帷幕试验频率曲线图》，图5-2《下游帷幕试验频率曲线图》，图5-3《帷幕试验综合频率曲线图》。

表5.3:

帷幕灌浆分序统计表

工程名称:

XH水力发电厂大坝扬压力超标处理工程

工程部位:

12坝段

单元工程:

12坝段补充帷幕灌浆（帷幕试验区）

开/竣工日期：

2015.02.01～2015.03.11

排

序

孔号

灌浆次序

钻孔深度

水泥用量

单位注入量Kg/m

单位注灰量区间分布（kg/m）

平均

透水率

Lu

透水率区间分布

备注

砼

（m）

基岩

（m）

合计

（m）

注灰

（Kg）

废弃

（Kg）

总耗量

（Kg）

总

段

数

＜10

10

～

50

50

～

100

100

～

500

500

～

1000

＞1000

总

段

数

＜1

1

～

3

3

～

5

5

～

10

10

～

100

＞

100

12

坝

段

汇

总

smx15

Ⅰ

6.0

57.0

63.0

4583.85

579.91

5163.76

80.42

12

1

4

4

3

0

0

7.35

12

0

2

4

4

2

0

smx19

Ⅰ

6.0

47.0

53.0

4536.88

535.43

5072.31

96.53

10

0

5

2

3

0

0

6.96

10

0

2

1

5

2

0

xmx8

Ⅰ

8.0

35.0

43.0

3544.26

529.14

4073.40

101.26

8

2

3

1

2

0

0

5.95

8

0

2

3

1

2

0

Ⅰ序合计

20.0

139.0

159.0

12664.99

1644.48

14309.47

91.12

30

3

12

7

8

0

0

6.75

30

0

6

8

10

6

0

smx17

Ⅱ

6.0

47.0

53.0

2366.65

555.02

2921.67

50.35

10

1

5

3

1

0

0

4.60

10

0

3

2

5

0

0

xmx6

Ⅱ

3.5

25.5

29.0

1161.45

206.15

1367.60

45.55

6

1

3

2

0

0

0

4.63

6

0

1

2

3

0

0

Ⅱ序合计

9.5

72.5

82.0

3528.10

761.17

4289.27

48.66

16

2

8

5

1

0

0

4.61

16

0

4

4

8

0

0

smx16

Ⅲ

6.0

47.0

53.0

908.92

423.57

1332.49

19.34

10

4

6

0

0

0

0

2.11

10

1

6

2

1

0

0

smx18

Ⅲ

6.0

47.0

53.0

1074.47

438.37

1512.84

22.86

10

3

6

1

0

0

0

2.51

10

1

6

2

1

0

0

xmx5

Ⅲ

8.0

19.0

27.0

558.10

249.80

807.90

29.37

5

3

1

1

0

0

0

2.27

5

0

4

1

0

0

0

xmx7

Ⅲ

8.0

24.0

32.0

756.39

216.79

973.18

31.52

6

0

6

0

0

0

0

2.93

6

0

4

2

0

0

0

Ⅲ序合计

28.0

137.0

165.0

3297.88

1328.54

4626.42

24.07

31

10

19

2

0

0

0

2.46

31

2

20

7

2

0

0

合计

57.5

348.5

406.0

19490.97

3734.18