天花板大坝固结灌浆施工方案.docx
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天花板大坝固结灌浆施工方案
首部枢纽坝基固结灌浆
施工技术措施
一、工程概况
1.1工程概况
天花板水电站大坝为碾压混凝土拱坝、拱坝坝顶高程1076.80m，最大坝高113.0m，拱端最大厚度24.247m。
坝顶轴线展开长度159.87m。
坝址区出露地层以震旦系地层和第四松散堆积物为主。
河道近岸或崖脚见有三处崩坡积（Q4col+d1）碎块石土，厚度约5～10m。
坝址位于谓姑背斜中段东翼，与大脑包向斜南段之间，白云岩岩层倾斜平缓，倾向上游，为一倾向SE的单斜构造。
左岸岩层产状NE55～60°SE∠16°，右岸岩层产状为NE25～30°SE∠11～15°，岩相较稳定，顺江无区域性断裂。
河流流向为NW300°，同岩层走向正交，属横向谷。
坝址出露的断层有f8、f11、f14、f15以及L10等长大裂隙，平洞揭露的断层主要有f26～f44。
坝基岩体分布的f11、f14、f15等断层，沿结构面有溶隙或溶孔发育，结构面在坝基处形成以水平方向为主的裂隙网络状渗漏的通道。
断层内的泥质充填物在水库蓄水后，在水压力作用下细颗粒易被冲蚀产生渗透稳定问题。
因此需要对坝基作加固防渗处理。
1.2施工工程量
坝基固结灌浆工程量如表1所示。
1.3单元划分
坝基A区～D区每个区划分为1个单元，F区划分为2个单元；护坦E区划分为5个单元，F区划分为1个单元；左、右岸坝肩根据大坝碾压砼厚度各划分为12个单元，共计36个单元。
1.4施工进度
A区G1～G37号孔无盖重混凝土灌浆在进行坝基垫层砼浇筑时可先进行灌浆，集水井部位灌浆在大坝层砼浇筑前也应完成。
A区其它孔、B区、C区、D区、E区于2009年4月10日开始施工，5月10日前结束，F区5月20日前结束，计划工期为40天；下游护坦计划工期为30天；左、右岸坝肩各单元根据大坝施工进度确定，每个单元计划工期为6~8天。
坝基固结灌浆工程量表1
分项工程
施工部位
孔号
孔数（个）
单孔入岩深度（m）
工程量（m）
备注
固结灌浆
坝基
A区
G1~G57
57
10.0
570.0
G1～G37为无盖重灌浆
B区
G58~G95
38
15.0
570.0
C区
G96~G127
32
8.0
256.0
D区
G128~G193
66
12.0
792.0
F区（断层带）
D1~D57、D70~D74
D87~D92
68
20.0
1360.0
护坦
E区
G194~G364
171
5.0
855.0
F区（断层带）
D58~D69、D75~D86
D93~D103
35
20.0
700.0
右岸坝肩
G365~G675
388
10.0~20.0
3088.0
970.00以下高程固结灌浆孔取消
左岸坝肩
G676~G1075
352
10.0~15.0
4256.0
合计
1197
12447
未含右岸断层带工程量
二、施工依据
1）《首部枢纽坝基固结灌浆施工技术要求》；
2）《首部枢纽坝基帷幕灌浆及断层软弱带高压水泥固结灌浆施工技术要求》；
3）《首部枢纽坝基固结灌浆图》BJ137S-H2-5-5-1~3号；
4）天监纪〔2009〕第007号会议纪要；
5）天花板水电站首部枢纽工程招投标文件；
6）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001；
7）《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL251；
8）《水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准第Ⅰ部分：
土建工程》DL/T5113.1-2005；
9）《水电水利工程施工安全防护设施技术规范》DL5162-2002；
三、施工布置
3.1水电布置
3.1.1施工供水布置
钻孔、灌浆用水通过坝基上游河床抽水提供，另从右岸供水系统接一2〞管到工作面作为备用水管。
3.1.2施工排水布置
施工时，设置积水坎、排水沟等，将污水集中后，按照业主、监理工程师要求进行处理，排放时认真填写《废水排放记录》，不得随意排放。
3.1.3供电布置
下游围堰左岸上游侧一台800KVA变压器，引接三相电源至工作面，作为动力主电源，为确保施工用电安全，可准备一个配电柜进行供电。
同时，所有用电设备安装漏电保护器。
用电线路、设施、设备使用应符合规范要求，线路搭设整齐，柜箱牢固并排列整齐，夜间施工应有足够照明。
3.1.4施工通讯
对外通讯联系采用手机进行，工作面之间、制浆等使用电铃进行联系，使用电铃联系必须定好相关使用要求。
3.2制浆站布置
固结灌浆采用集中制浆，分散输浆的方式供浆。
集中制浆站布置在大坝下游左岸平台上（主要供给坝基、护坦、坝肩下部灌浆）和右岸坝顶1076.6平台上（主要供给坝肩上部灌浆），以不影响交通为原则，用φ50mm钢管搭设4m×6m水泥平台，用来存放灌浆用水泥，采用高速搅拌机制浆，制备浆液过筛后由灌浆泵通过φ50mm胶管送至灌浆站供给灌浆用浆液，制浆站的设计见“制浆站结构图”。
输浆泵布置在配料台附近，尽量降低堵管频率和浆液废弃量。
工作面设置与灌浆泵配套的双层搅拌机，采用SGB6-10灌浆泵直接对灌浆孔施灌，灌浆管线上接自动记录仪进行灌浆记录。
制浆站统一配制0.5：
1水泥浆液,输送到各机组后根据需要进行浆液浓度的调配使用。
灌浆浆液严格按配合比进行拌制。
四、灌浆材料及制浆
4.1灌浆材料
对钻孔和灌浆所需的全部材料，每批运到现场的水泥及其他外加剂等均符合有关的材料质量标准，并附有生产厂家的质量证明书；每批材料入库前均按规定进行检验验收，并及时将检验成果报送监理工程师。
4.1.1灌浆水泥
1、固结灌浆水泥采用华新P.O42.5级普通硅酸盐袋装水泥,水泥细度通过80µm方孔筛筛余量不大于5％。
水泥的品质应符合GB175-1999标准。
2、灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。
对水泥应严格防潮并尽量缩短存放时间，出厂超过三个月的水泥必须检验合格后才能使用。
4.1.2灌浆用水
灌浆用水采用江水或供水系统提供的水，水质要求应符合拌制混凝土用水的标准。
4.1.3水灰比
采用3:
1、2:
1、1:
1、0.6:
1四级水灰比的普通浆液，开灌水灰比为3：
1，各级水灰比浆液密度、流动性、沉降稳定性、析水率、黏结强度通过室内试验均满足施工要求。
4.2制浆
1、制浆材料必须按规定的浆液配比计量，计量误差应小于5%，水泥等固相材料采用重量称量法计量；
2、各类浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度，并作记录；
3、纯水泥浆液搅拌时间：
使用普通搅拌机时，应大于3min，使用高速搅拌机（转速大于1200r/min）不小于30S。
浆液在使用前用筛过滤。
从制备至用完的时间应小于4h。
输送浆液的管道流速控制在1.4～2.0m/s；
4、必须做好浆液的防晒和降温措施，浆液的温度保持在5℃～40℃之间，低于或超过此标准的浆液作废。
五、资源配置
5.1设备选择
根据现场施工情况及进度要求，实行资源优化合理配置。
各施工部位投入的主要设备如表2所示：
资源配置情况表表2
施工部位
投入资源情况
备注
坝基A区（无盖重灌浆）、C区、D区
名称
数量
型号
压风机
2台
24m3
孔深：
A区:
10.0m
C区:
8.0m
地质钻机
6台
XY-2PC型
灌浆机
3台
SGB6-10型
双层搅拌机
3台
JJS-2B型
砂浆泵
1台
CSC100/15型
高速搅拌机
1台
1440r/min
自动记录仪
2套
GJY-Ⅳ型
坝基F区
地质钻机
5台
XY-2PC型
孔深：
F区:
20.0m
灌浆机
2台
SGB6-10型
双层搅拌机
2台
JJS-2B型
自动记录仪
2套
GJY-Ⅳ型
高速搅拌机
1台
1440r/min
砂浆泵
1台
CSC100/15型
坝基B区（帷幕灌浆加强带）
地质钻机
4台
XY-2PC型
孔深：
15.0m
灌浆机
2台
SGB6-10型
双层搅拌机
2台
JJS-2B型
自动记录仪
2套
GJY-Ⅳ型
高速搅拌机
1台
1440r/min
砂浆泵
1台
CSC100/15型
护坦
压风机
2台
24m3
孔深：
E区:
5.0m
F区:
20.0m
地质钻机
3台
XY-2PC型
灌浆机
3台
SGB6-10型
双层搅拌机
3台
JJS-2B型
自动记录仪
3套
GJY-Ⅳ型
高速搅拌机
1台
1440r/min
砂浆泵
1台
CSC100/15型
左、右坝肩
地质钻机
4台
XY-2PC型
孔深：
10.0m、12.0m、15.0m、20.0m
电钻
3台
KHYD75A型
压风机
2台
24m3
灌浆机
2台
SGB6-10型
双层搅拌机
2台
JJS-2B型
砂浆泵
1台
CSC100/15型
高速搅拌机
1台
1440r/min
自动记录仪
2套
GJY-Ⅳ型
5.2施工人员配备
根据灌浆施工的特殊性和技术要求的严格性，选择具有丰富施工经验的管理人员和施工人员，实行动态管理，优化配置，施工高峰期劳动力配备计划如表3所示：
施工人员配置表表3
职务
人数
职责
经理助理
1
现场生产调度，安全管理
总工程师
1
质量控制，技术指导
队长
2
负责各队钻探、灌浆，质量控制，安全文明施工
现场管理员
4
工作协调，质量、安全、文明施工管理
安全员
1
安全检查及文明施工监督
技术员
2
资料整理，技术质量管理与协调
记录员
16
以自动记录仪为主,人工记录为辅
钻工
30
钻孔
灌浆工
16
灌浆
检修人员
3
钻孔、灌浆设备修理及材料加工
资料员
2
负责资料的统计和数据分析整理
辅助用工
16
配浆、材料搬运，文明施工
合计
94
六.固结灌浆施工
6.1固结灌浆施工方法
断层软弱带高压水泥灌浆均采用孔口封闭、自上而下分段法灌浆，其他部位采取自下而上分段灌浆法，如遇到溶洞、裂隙带不能钻孔至设计孔深时采用自上而下分段灌浆法。
灌浆方式为循环式。
6.2固结灌浆施工顺序
固结灌浆按分序加密的原则，分两序进行。
对于断层软弱带固结灌浆分三个次序进行施工。
6.3固结灌浆施工方法
6.3.1钻孔
1）抬动观测孔钻孔：
由于坝基固结灌浆盖重砼增加为8.7m，砼较厚，在设计压力不会发生变形，而坝肩灌浆也为无盖重砼，因此不在进行砼变形观测。
2）固结灌浆孔钻孔：
a）入岩深度不大于12.0m的孔采用地质钻机带风动冲击器钻孔，孔径为Φ75mm；入岩深度大于12.0m的孔采用地质钻机钻孔，孔径为Φ75mm。
b）坝肩断层软弱带高压固结灌浆开孔孔径采用Φ91mm，第一段灌浆结束后，下Φ89mm无缝钢管，孔口带丝牙，以便与孔口封闭器连接，坝基断层带采用地质钻机钻孔，由于砼层较厚，所以不再埋设孔口管。
c）坝基集水井部位孔在浇筑以前应先进行钻孔灌浆。
d）坝肩边坡灌浆时应根据大坝碾压砼分层情况每9.0m左右分一个区域进行施工，施工时应顺边坡搭设排架，并在平台上铺设5cm厚木板进行钻灌，排架搭设时应确保稳固，每个区域施工结束后应尽快拆除排架，以便于大坝施工，钻孔采用电钻和地质钻机带风动冲击进行，孔径不小于46㎜。
e）断层带固结灌浆孔可根据实际揭露情况经设计、监理等同意后做适当调整。
坝肩断层带固结灌浆由于孔深较深，钻孔时只能采用地质钻机，而且采用高压灌浆，下塞困难，灌浆时需埋设孔口管，高压灌浆时表层漏浆也较为严重，为了保证施工质量，且不影响大坝砼碾压进度，建议选择从979.0高程和1027.0高程灌浆平洞或1057.0置换洞进行钻孔灌浆，孔深、孔向根据断层揭露位置和走向确定，每层灌浆平洞布置6~7排孔，排距为3.0m，断面布置示意图如附图《右岸坝肩断层带固结灌浆示意图》，详细布置方案由设计制定。
f）各孔间排距3.0×3.0m，钻孔严格按照设计图纸和灌浆顺序分序、分段进行，坝肩如遇到在灌浆平洞、探洞等部位布置有灌浆孔而不能施钻时，可视情况调整孔位或者打斜孔的方式施钻。
g）钻孔时应严格按照图纸孔深要求进行，对盖重砼增加的部位，应确保入岩深度达到设计要求。
3）检查孔钻孔：
采用地质钻机钻孔，孔径为76㎜，孔深根据具体部位由设计、监理等共同确定，坝肩可选用部分Ⅱ序孔作为检查孔，检查孔不保留岩芯。
6.3.2钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水
1）钻孔结束后应进行孔壁冲洗，孔壁冲洗采用高压水冲洗直至回清水为止，每段钻完后均进行孔壁冲洗。
冲洗方法是用钻具下到孔底通入大流量水流，从孔底向孔外反水直至回清水为止。
2）每段钻完后均进行裂隙冲洗，高压水冲洗，冲洗压力不大于80%灌浆压力。
3）灌浆孔冲洗完后立即进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h者，在灌浆前重新进行冲洗。
4）固结灌浆灌前压水
为便于分析判断灌浆效果，在固结灌浆孔岩石裂隙冲洗结束后，进行灌前简易压水试验，固结灌浆灌前简易压水试验孔在Ⅰ序孔中选总孔数的5%。
压水试验压力采用80%灌浆压力。
该值若大于1Mpa，采用1Mpa；压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量作为计算流量。
压水试验的成果用透水率q表示，单位为吕容（Lu）。
6.4固结灌浆方法
6.4.1固结灌浆段长划分
固结灌浆孔按灌浆程序，分序分段进行，分段长度按表4进行控制：
6.4.2固结灌浆压力确定
灌浆压力的控制应根据灌浆区域和段长划分不同，按照表4中的压力进行控制，断层加密带三个次序灌浆压力相同，如表所示。
施工时应时时进行变形观测以防止混凝土变形过大造成破坏。
6.4.3固结灌浆浆液浓度
固结灌浆浆液浓度采用3：
1、2：
1、1：
1、0.6：
1（均为重量比）四个比级。
开灌水灰比为3：
1，浆液配比表如表5所示。
浆液配比表表5
配比
每缸制浆量（L）
每缸配合比（kg/缸）
理论比重g/cm3
水（kg）
水泥（kg）
3：
1
166.7
150
50
1.20
2：
1
116.6
100
50
1.29
1：
1
200.0
150
150
1.52
0.6：
1
186.7
120
200
1.71
0.5：
1
166.7
100
200
1.80
6.4.4变浆原则的确定
1）固结灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时，或当吸浆量不变，压
力均匀升高时，灌浆工作持续下去，不得改变水灰比。
2）固结灌浆中，当某一级水灰比浆液的灌入量已达到300L以上，或灌注时间已达
30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，改浓一级灌注。
3）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况适当越级变浓。
4）浆液水灰比改变后，如灌浆压力突增或灌浆注入率突减到原注率的1/2以下时，则立即回稀到原级水灰比进行灌注，并查明原因。
固结灌浆段长划分和压力控制表表4
施工部位
分区
入岩深度（m）
孔号
段长划分（m）
Ⅰ序孔灌浆压力（Ⅱ序孔灌浆压力）（MPa）
1
2
3
4
1
2
3
4
坝基
A区
10
G1~G57
4.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
B区
15
G58~G95
3.0
6.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
C区
8
G96~G127
2.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
D区
12
G128~G193
2.0
5.0
5.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
F区
20
D1~D57、D70~D74、D87~D92
2.0
6.0
6.0
6.0
0.5
1.5
2.5
3.0
护坦
E区
5
G194~G364
2.0
3.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
F区
20
D58~D69、D75~D86、D93~D103
2.0
6.0
6.0
6.0
0.5
1.5
2.5
3.0
右岸坝肩
A区
10
G365~G499
4.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
B区
15
G500~G567
3.0
6.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
D区
12
G568~G675
2.0
5.0
5.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
F区
具体由设计确定
左岸坝肩
A区
10
G676~G863
4.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
B区
15
G864~G954
3.0
6.0
6.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
D区
12
G955~G1086
2.0
5.0
5.0
0.3（0.5）
0.6（0.8）
1.2（1.2）
6.4.5固结灌浆结束标准
在设计规定压力下，灌浆孔段的注入率小于1.0L/min，持续灌浆30min，可结束灌浆。
6.4.6灌浆孔封孔
封孔方法采用全孔灌浆封孔法，封孔浆液采用0.5：
1单一水灰比，压力为最大灌浆压力，封孔灌浆持续时间不得小于30min，封孔结束后孔口用干硬砂浆封堵密实。
6.4.7灌浆质量与效果检查
1、检查孔压水
1）固结灌浆压水试验检查在该部位灌浆结束3天后进行。
灌浆结束后，将灌浆记录和有关资料提交给监理人，以便拟定检查孔的孔位。
检查孔的数量为灌浆孔总数的5%，固结灌浆质量检查采用单点法压水试验进行，合格标准为：
透水率小于3Lu。
2）压水稳定标准：
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1L/min时，本段试验即可结束，取最终值作为计算值，计算公式如下：
q=Q/PL
式中：
q——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；
3）检查孔压水压力为0.3Mpa。
4）固结灌浆质量检查合格标准：
85%以上试段的透水率不大于设计规定值（断层软弱带合格率为90%），其余试段的透水率不超过设计规定值的150%，且不集中。
5）考虑到灌浆压力和浆液扩散范围的影响，由于孔距较大，若个别孔透水率较大,不满足合格标准，按要求进行补灌处理。
6）质量检查孔按灌浆孔要求进行灌浆封孔处理。
6.4.8特殊情况处理
1、钻孔穿过段若遇到裂隙密集带，发生塌孔、掉块或是渗漏、涌水时，应立即停钻，查明原因，并采用压缩段长进行灌浆处理后进行下一段钻灌。
对于因塌孔孔内沉积物厚度较大，难以用大流量冲出，影响灌浆质量时，可直接钻至孔底进行扰动灌浆处理，并待凝24个小时。
并及时向监理、设计上报。
2、灌浆工作必须连续进行，若因故中断应按下列原则进行处理：
1）尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆。
2）中断时间超过30min，应立即设法冲洗，若冲洗无效则应扫孔复灌。
3）恢复灌浆时，开始应使用开灌比级的浆液灌注，如吸浆量与中断前相近，可采用中断前比级浆液继续灌注，如吸浆量较中断前减少较多，则浆液应变回起灌水灰比进行灌注。
3、进行无盖重灌浆，在进行第一段灌浆时，表层可能冒浆，施工时，应随时观察，出现冒浆、漏浆现象，可及时进行封堵，漏浆严重时，应进行待凝或低压慢灌，待凝时间为2~4小时，待凝后继续灌注，直至结束。
4、灌浆过程中如发现灌浆孔互相串通时，应查明串浆孔数和范围。
如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时进行灌浆，否则，塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，及时对串浆孔进行扫孔、冲洗，并继续钻进和灌浆。
同时串浆范围内同时灌浆孔孔数不应超过2个，以防止砼抬动。
5、当耗灰量大于3000kg无法正常结束或断层软弱带水泥单耗大于2000kg/m时,采取待凝、低压慢灌等措施。
当灌浆段正常结束后,可不待凝,直接钻灌下一段。
6、灌浆过程中如遇到溶洞，应先查明溶洞的充填类型和规模，而后采取相应的措施处理：
1）溶洞内无充填物时，根据溶洞大小，采用泵入高流态混凝土、投入碎石再灌注水泥砂浆等措施，待凝后，扫孔，再灌注水泥浆。
2）溶洞内有充填物时，根据充填物类型、性能以及充填程度，采用高压灌浆进行灌注，如下浆量较大，仍采用低压、浓浆、限流、间歇灌浆或浆液中掺加速凝剂、砂子等进行灌注。
6.4.8过程控制
1、灌浆所用的各类材料要满足相关规范要求，并及时进行抽检。
2、钻孔、灌浆过程中所用的各类仪器、材料，如：
钻头、钻杆、压力表、控制阀等要有足量的储备，记录仪应按要求每年进行一次率定。
3、灌浆过程中记录员应随时测定浆液比重。
4、当班技术员应在下班时及时检查、收集资料，并进行签证，资料要确保齐全、清晰、准确。
6.4.9存在问题说明及建议
1、采用风动设备钻孔时孔壁不完整，孔向歪曲，分段灌浆时灌浆塞不能下到段位，且对有角度的孔孔向不便于控制，故选用地质钻机或地质钻机带风动冲击器钻孔，孔深较浅时选择采用电钻。
2、进行坝肩灌浆时，由于施工时需搭设排架，同时接触灌浆也按照每个灌区封闭灌浆，每个灌区均需埋管、钻孔，灌浆施工与大坝碾压砼存在严重的施工干扰，预计坝肩灌浆每个单元工期需要6~8天，请考虑施工工序安排。
3、根据天监纪〔2009〕第007号会议纪要，坝基高程由原来的963.8m调整到970.0m高程，坝基范围增加，固结灌浆孔可能相应增加，请设计、监理工程师确实孔位及增加工程量，以便于施工。
4、两岸坝肩A区、B区、D区固结灌浆由于开挖爆破松动圈在接触段3.0m范围，以下部位可根据声波测试资料分析，若岩层地质条件较好，建议将A区、B区、D区固结灌浆缩短至7.0m施工，可满足要求。
5、由于坝基高程提高，同时断层带与原设计图纸位置不符合，请设计尽快提供更改后图纸。
七、完工资料
1、完工后应提交的验收资料有：
施工记录、灌浆成果、检验测试记录等。
2、施工记录包括如下内容：
1）钻孔记录；
2）钻孔冲洗及裂隙冲洗记录；
3）简易压水记录；
4）灌浆记录、自动记录仪打印记录；
3、灌浆成果资料包括如下内容：
1）灌浆孔成果一览表；
2）灌浆分序统计表；
3）灌浆综合统计表；
4）灌浆工程完成情况表；
5）灌浆孔平面成果图：
6）各次序孔透水率频率曲线和频率累积曲线图；
7）各次序孔单位耗灰量频率曲线和频率累积曲线图；
4、检查测试资料包括如下内容：
1）固结灌浆检查孔压水试验成果表；
2）灌浆材料检验报告；
3）施工前后或施工过程中其它检验、试验和测试资料；
5、灌浆施工报告。
八、质量管理措
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