四川华能硗碛水电站首部枢纽帷幕灌浆试验施工组织设计调整3排孔文档格式.docx
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2.2.2大量的钻孔压水试验成果表明，坝址区岸坡及谷底浅表部位岩体具强~弱透水性；
坝址区岩体透水性总体具有随深度增加而逐渐减弱的趋势。
1）强透水带（q>
100Lu），左岸垂直深度小于40m，右岸小于65m，河床（除覆盖层外）小于10m；
2）中等透水带（q=10~100Lu），左岸垂直深度40~68m，右岸50~80m，河床（除覆盖层外）0~40m；
3）弱透水带（q=5~10Lu），左岸垂直深度大于68m，右岸大于80m，河床（除覆盖层外）大于40m。
2.2.3坝址区河床覆盖层第①、③层为粗粒土~巨粒土，中等透水层；
第②层为卵砾石土，透水性较弱；
第④层颗粒粗大，结构较松散，透水性强。
2.3岩体工程地质特性
坝址岩体由炭质千枚岩与变质砂岩组成。
室内岩块试验成果表明，千枚岩是一种吸水率高、抗压强度偏低的较软岩石；
变质砂岩为低吸水率、高强度、高弹模的坚硬岩石。
坝区岩体工程地质分类为：
1）Ⅱ类岩体：
微风化~新鲜变质砂岩，岩质坚硬，厚层块状结构，裂隙间距0.5~1m，岩体较完整，岩体纵波波速Vp≥5120m/s，完整性系数Kv≥0.69，埋深达65m以上。
2）Ⅲ类岩体：
弱风化、弱卸荷变质砂岩，岩质坚硬，中厚层块状结构，裂隙间距0.3~0.5m，多闭合，岩体纵波波速Vp=3730~4230m/s，完整性系数Kv=0.367~0.471，埋深达22~65m。
3）Ⅳ1类岩体：
微~新鲜千枚岩，岩质较软，薄层状结构，顺层方向层理、片理发育，裂隙短小零星分布、接触紧密，岩体纵波波速Vp=3660~4180m/s，完整性系数Kv=0.43~0.46，埋深在65m以上。
4）Ⅳ2类岩体：
包括弱风化的千枚岩和强卸荷的变质砂岩。
强卸荷变质砂岩，碎裂状结构，岩体纵波波速Vp=2190~3240m/s，完整性系数Kv=0.16~0.3，埋深浅；
弱风化千枚岩为薄层状结构，裂隙间距0.3~0.5m，岩体纵波波速Vp=2490~3730m/s，完整性系数Kv=0.16~0.29，埋深35~65m。
5）Ⅴ类岩体：
包括强卸荷、强风化的千枚岩、变质砂岩，裂隙密集带、断层带，岩体十分破碎，完整性差，埋深小于35。
2.4坝基及坝肩渗漏问题
2.4.1坝基河床覆盖层一般厚57~65m，深切河槽部位最大厚度达72.4m，整体透水性较强，建坝蓄水后河床覆盖层将构成坝基渗漏的主要途径。
为此，坝基垂直防渗墙应封闭覆盖层插入到基岩一定深度内，其下帷幕灌浆深度应结合水头和岩体透水率确定。
2.4.2两岸坝肩由炭质千枚岩、变质砂岩组成的谷坡下陡上缓，岩体卸荷强烈，深度较大，透水性较强，在勘探深度范围内为揭示相对抗水层；
坝肩上部分布有较厚的古河道堆积层，由碎石土和粉细砂组成。
因此，坝肩存在沿古河道堆积层和基岩的渗漏问题。
为此，覆盖层采用防渗墙封闭；
基岩帷幕灌浆深度和向两岸延伸长度，根据计算和经验确定，至少截断强卸荷岩体。
3试验指导思想
1）根据设计、规范相关要求，结合灌浆地质体条件，研究分析灌浆机理，指导确定灌浆施工工艺、方法，揭示基本灌浆规律。
2）参照工程先进实践经验，选用适宜的灌注材料，采用先进、可靠的工艺技术与施工方法。
3）选择使用科学的测试方法，评价灌浆效果，提供论证充分的工艺参数供设计参考。
4试验目的
为降低坝区岩石的透水性，减少坝基及坝肩渗漏，降低扬压力，确保坝体安全，设计在坝基及坝肩采用帷幕灌浆进行防渗处理，并为此进行帷幕灌浆试验，主要目的为：
1）确定帷幕灌浆钻孔适宜的工艺、方法，选择灌浆段孔壁与裂隙冲洗方法，测试岩体灌浆前透水率。
2）选择并推荐使用合理的灌浆方法及其施工程序、工艺、灌浆材料和浆液配合比。
3）揭示千枚岩、变质砂岩等岩体的可灌性；
测试灌浆效果。
4）提供有关孔距、排数、排距、深度、灌浆压力等合理的技术经济指标。
5）提出灌浆设备、机具建议意见。
6）基本形成编制灌浆设计和施工技术要求等文件的条件。
5试验技术要求
1）经过帷幕灌浆试验，其帷幕岩体透水率小于3Lu。
2）根据检查孔压水试验成果，结合检查孔所取岩样，综合分析、验证灌浆效果。
6室内浆材试验
适宜的灌浆材料和浆液是取得良好灌浆效果的重要因素。
因此，在试验前，对拟用的各种灌浆浆液进行试验。
6.1灌浆材料试验
6.1.1胶凝材料：
普通水泥的物理性能，如凝结时间、强度、安定性等。
6.1.2外加剂：
速凝剂、减水剂对浆液性能的影响。
6.2浆液配比试验及物理力学性能研究，如流变性、稳定性、凝结时间、结石的力学强度和抗渗性能。
6.3推荐用于现场灌浆试验的浆液配合比。
6.4室内试验测试内容及测试方法见“室内浆液试验大纲”。
7帷幕灌浆试验布置
7.1帷幕灌浆试验孔布置及工作量
7.1.1帷幕灌浆试验孔的布置原则
帷幕灌浆试验孔的布置应基本反映大坝坝基主要的岩层及岩性分布特征，布置原则如下：
1）试验孔应穿越坝基强风化、强卸荷和弱风化、弱卸荷地层，至设计帷幕灌浆线以下，并力求使灌浆孔深度最短，工程量最省。
2）试验孔布置应能反映坝基炭质千枚岩、变质砂岩的可灌性及其效果。
7.1.2本次试验区布置在右岸大坝轴线附近公路边，布置两组试验，一组为双排帷幕试验，另一组为三排帷幕试验（图7.1.2-1、图7.1.2-2）。
图7.1.2-1试验区位置及试验孔平面布置图
图7.1.2-2试验孔剖面图
7.1.3试验工作量（表7.1.3-1）
表7.1.3-1试验工程量
序号
项目
单位
数量
备注
1
基岩钻孔
m
2160
24个
2
盖重砼钻孔
24
3
灌浆
t
190
暂按80kg/m计
4
抬动观测孔
60
2个
5
检查孔
360
4个
6
检查孔压水试验
段
72
7
灌浆孔压水试验
432
8
室内浆液试验
组
21
7.2试验内容
7.2.1双排帷幕试验内容
1）双排帷幕试验孔10个，孔距2m，排距1.5m，每排分三序施工（图7.2.1-1）。
帷幕灌浆试验孔深度宜超过防渗帷幕线，初拟帷幕单孔深90m。
①Ⅰ序孔：
W1-1、W1-5、W1-6、W1-10
②Ⅱ序孔：
W1-3、W1-8
③Ⅲ序孔：
W1-2、W1-4、W1-7、W1-9
2）检查孔2个：
J1-1、J1-2
3）抬动观测孔1个：
T1
图7.2.1-1双排帷幕灌浆试验孔布置图
试验内容及要求为：
1）帷幕孔采用金刚石回转钻进方法及潜孔锤冲击回转钻进方法，其中W1-1孔采用Ф91、Ф75金刚石单动双管钻具回转钻进取芯，其余孔采用CIR90潜孔锤冲击回转钻进。
所有孔分别等段次同孔深平齐对比压水成果、灌浆过程参数及单位注入量。
对于使用潜孔锤钻进孔段：
①当孔深到达60m之后，采用风、水联合排渣效果好，可终孔钻进；
②当孔深到较深处，采用风、水联合排渣效果差，致使孔内负荷较大，应换用Ф75金刚石单管钻具回转钻进。
2）钻孔及裂隙冲洗方法试验。
3）Ⅰ序孔做单点法压水试验，其余孔做简易压水试验。
其中，W1-1孔做临界压力压水试验。
4）钻孔测斜。
5）P.O42.5硅酸盐水泥浆灌浆试验。
①灌浆方式：
循环式。
②灌浆方法：
孔口封闭、自上而下分段灌浆。
6）检查孔：
Ф91金刚石单动双管钻具回转钻进取芯、单点法压水试验。
7.2.2三排帷幕试验内容
1）三排帷幕试验孔14个，孔距2.0m，排距1.25m，两边排分三序施工，中间排分两序施工（图7.2.2-1）。
W2-1、W2-5、W2-6、W2-8、W2-10、W2-14
W2-3、W2-7、W2-9、W2-12
W2-2、W2-4、W2-11、W2-13
2）检查孔3个：
J2-1、J2-2、J2-3
T2
图7.2.2-1三排帷幕灌浆试验孔布置图
其中，W2-1孔做临界压力压水试验。
检查孔J2-1用于检验W2-1、W2-10、W2-6孔构成的孔距2.5m、排距2.0m的双排帷幕的有效性，检查完毕，再钻灌W2-2、W2-11孔。
7.2.3抬动变形观测
双排帷幕、三排帷幕灌浆试验，均需做抬动变形观测。
在灌浆段孔壁裂隙冲洗、压水试验及灌浆过程中均应进行抬动变形观测，掌握压力变化幅度，分析抬动变形因素以及推荐适宜的抬动变形观测孔埋深。
7.2.4混凝土盖重
帷幕灌浆试验在有混凝土盖重的情况下进行，盖重混凝土标号C25，厚度1m。
8帷幕灌浆试验施工工艺
本工程帷幕灌浆试验施工工艺流程见图8-1。
图8-1帷幕灌浆试验施工工艺流程
8.1测放孔位
严格按照孔位布置图布置孔位，孔位偏差不大于10cm，在所测放孔位处设置明显标记。
8.2抬动观测装置安装与基岩抬动变形观测
8.2.1抬动观测装置安装
1）抬动孔钻孔使用CIR90冲击器冲击回转钻进，一径到底。
钻完后即安设抬动观测装置。
2）钻进至终孔深度30m后，在孔内对中下置31m长的6′钢管后用水泥浆回填至孔口固定，待凝24h。
3）在距抬动孔约0.15m处用CIR90冲击器钻孔，孔深2m，对中埋设3.0m长的6′钢管，用水泥浆回填至孔口固定，待凝24h。
4）在6′与6′钢管之间安装千分表。
5）抬动观测装置安装示意图8.2.1-1。
8.2.2抬动变形观测
1）此次试验监测基岩抬动变形的目的是为了确定各灌浆段最大允许灌浆压力（即压重体厚度为1m，抬动变形值=0.1mm时，所需的压力）或临界灌浆压力。
测定抬动临界压力值，以指导灌浆施工。
2）采用千分表观测。
当某段灌浆（压水）压力增大时，百分表指针指示数值将发生变化；
当某一压力基本稳定后，百分表上指示的终值减去初始值即为该压力下基岩的抬动值。
3）在裂隙冲洗、压水试验及在灌浆过程中均应进行抬动变形观测与记录。
图8.2.1-1抬动观测装置安装示意
8.3灌浆孔分序
8.3.1双排帷幕灌浆孔分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序；
三排帷幕灌浆孔两边排分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序，中间排分为Ⅰ、Ⅱ序。
8.3.2三排帷幕灌浆孔，先施工两边排，后施工中间排。
8.3.3同排帷幕灌浆孔按分序加密的原则施灌，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，后灌Ⅲ序孔；
次序孔施工必须在先序孔超前15m之后。
同序孔中，应先灌低高程孔，后灌高高程孔。
8.4灌浆孔段长度划分
8.4.1灌浆段长度分割条件
灌浆段长度根据被灌区岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性结合钻孔过程中岩性变化情况、实际的送浆能力等因素综合确定。
1）地层的透水性和吸浆率愈大，则灌浆段的长度愈短；
反之，则可长些。
2）在保证设备的供浆能力大于全灌浆段的吸浆率，并可使灌浆很快达到要求压力的条件下，灌浆段可以适当加长。
3）灌浆段岩体宜尽量属于同一岩性，以便获得适应性灌浆技术试验参数。
8.4.2根据地质体渗透性，灌浆段长度可按以下原则划分：
1）弱透水性（<
5Lu）的岩层，6m<
段长≤8m；
2）中等透水性（5~10Lu）的岩层，段长5m；
3）透水性较大（>
10Lu）的岩层，灌浆段长≯3m。
8.4.3在钻遇大裂隙及严重不返水地段时，应立即停止钻进，作为一段进行灌浆。
8.4.4灌浆段岩体宜尽量属于同一岩性，不同岩性的地层，宜不作为同一段灌注。
8.4.5灌浆段长度值划分如表8.4.4-1。
表8.4.4-1灌浆段长度值
孔深m
0~2
2~5
5~10
>
10
段长m
2
3
5
具体段长根据实际情况确定
8.4.6以上分段依据及拟定段长应在试验施工中根据被灌岩体条件并分析灌浆资料作适当调整。
8.5灌浆压力
8.5.1灌浆压力是注浆能量的来源，是控制灌浆质量的重要因素。
1）裂隙发育、可灌性较好的岩体配套适宜的灌浆压力，其作用为：
①使浆液压入岩体裂隙，并使其在压力连续作用下，水分尽快、尽量地析出，结石充填饱满、密实。
②浆液获得较大的扩散半径，可使孔距增大、孔数减少，期望达到减少工程量的目的。
2）对于由细小裂隙组成的具有较大透水率的“水径性”岩体或可灌性差的岩体，或使用W/C较小的浆液，使用高的灌浆压力。
高的灌浆压力在硗碛水电站首部枢纽的岩层中期望产生下列效应：
①岩缝在弹性范围内扩宽，从而使细小的岩缝也能灌入颗粒状材料，从而形成有效的帷幕厚度。
②炭质千枚岩等可灌性不好的软弱岩层受辟裂产生一些新的人为裂缝，期望按“辟裂、充填、挤密”机理在岩层中形成网状、脉状、团块状水泥骨架结构，从而达到防渗的目的。
③W/C较小的浆液能在裂隙内扩散，形成强度较高的防渗体。
避免无效使用W/C较大的浆液，可节约浆材，提高工效。
④同时使地层获得一定程度的预加应力，此应力可以抵消一部分荷载，增强岩体的抗剪强度，有助于排水固结和结石密实。
8.5.2灌浆压力过大的危害
1）使浆液扩散半径过大，造成浪费。
2）超过地层的临界灌浆压力，使岩石发生过量抬动，破坏岩石原生结构。
对于可灌性差的“水径性”岩体，高压力的水泥灌浆并不一定形成有效的防渗体系。
8.5.3灌浆压力选择原则
灌浆应选择合适的压力，使之既取得好的灌浆技术效果，又能获得合理的经济指标。
8.5.4灌浆压力计算
1）计算公式
p=p0+mh（式8.5.4-1）
式中：
p—灌浆压力，MPa；
p0—基岩表层段容许灌浆压力，拟取0.15~0.2，MPa；
m—每加深1m可增加的压力，拟取0.05~0.1，MPa；
h—灌浆段深度，m。
2）计算灌浆压力范围值表8.5.4-1。
表8.5.4-1计算灌浆压力范围值表
孔深
（m）
10~15
15~20
20~25
25~35
35~45
45
灌浆压力（MPa）
0.2~0.4
0.4~0.7
0.7~1.2
1.2~1.7
1.7~2.2
2.2~2.7
2.7~3.7
3.7~4.7
4.7
8.5.5初拟试验灌浆压力
初拟Ⅰ序孔的灌浆压力（表8.5.5-1）。
表8.5.5-1初拟Ⅰ序孔的灌浆压力
25
0.3
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0~4.0
8.5.6其它
1）对于浆柱压力在试验时应考虑在灌浆压力之内。
2）后次序孔的灌浆压力较前序孔依次提高15%左右。
3）灌浆试验尽量尽快采用大的灌浆压力；
在试验过程，灌浆压力应结合被灌地质体结构、埋深、透水性、水灰比、临界压力和基岩抬动情况作匹配试验调整。
8.5.7灌浆压力控制
1）试验前对被灌浆地质体应作充分的压力控制分析，地层容许灌浆压力一般与地层的物理力学指标有关，与灌浆孔段位置、埋深、灌浆材料、工艺等因素也有一定相关性。
2）灌浆过程中，根据灌段岩体的情况确定灌浆压力的升压方式
①一次升压法
灌浆开始时，将压力尽快地升到规定压力，单位吸浆量不限，在规定的压力下按规范要求变换浆液配合比，逐级加浓，直至达到结束标准。
此法拟用于透水性不大、裂隙不甚发育的坚硬、弱风化变质砂岩及新鲜、完整的炭质千枚岩等。
但对于“水径性”地层（如由多组细小裂隙组成的千枚岩，透水率较大），在试验过程中宜采用该法。
②分级升压法
在灌浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力值P，严格控制升压速度，升压速度要与吸浆率协调。
灌浆开始，如果吸浆量很大时，使用最低一级压力灌注；
当吸浆量减少到另一限度时，则将压力升高一级，直到在规定压力下结束灌浆（表8.5.7-1）。
此法拟用于裂隙发育岩体及断层、破碎带等透水率较大地层。
在使用此法过程中，应避免过快变换浆液水灰比，以此增强灌浆效果的可靠性。
表8.5.7-1灌浆压力与吸浆率关系（初拟）
灌浆吸浆率（L/min）
30
20
<
灌浆使用压力（MPa）
0.4P
0.7P
P
根据具体情况调整
8.6临界压力压水试验
灌浆孔W1-1、W2-1，在灌前正常压水试验结束后，逐步提高压水压力，求
得注入压力与注入水量关系曲线（图8.5-1）。
图8.5-1注入压力与注入水量关系曲线图
一般情况下，该曲线在初期略呈直线上升，斜率较大。
当压力升到某一数值时，压入水量突然增大，说明岩石中的裂隙被拓宽或遭破坏（即劈裂），此时的压力值，即为灌浆的临界压力Pc，它可供选用灌浆压力时作主要参数参考。
8.7钻孔
8.7.1灌浆孔是通向地层空隙并从中进行灌浆的人为通道，其质量要求如下：
1）钻孔的位置、方向和深度符合设计要求，误差不大于允许值。
2）不允许由于施工的原因将缝隙或空洞的入口堵死。
3）因需要埋设的孔口管，必须铸牢，防止沿管壁冒浆。
4）本试验帷幕灌浆孔孔底偏差不得大于规定的钻孔孔底最大允许偏差值（表8.7.1-1）。
对于孔深大于60m时，孔底最大允许偏差值在试验过程中具体确定。
表8.7.1-1钻孔孔底最大允许偏差值
孔深（m）
40
50
最大允许偏差值（m）
0.25
0.8
1.15
8.7.2灌浆试验钻孔可采用各种钻孔机具及方法钻进，以通过试验获得高效、经济的钻孔机具及方法。
钻孔按钻进时钻具的运动及对岩石的刻取方式不同，灌浆试验钻孔方法拟采用：
回转钻进、冲击回转钻进。
1）回转钻进
利用机械回转钻机带动钻具作回转运动，其对岩石的破碎主要靠切削和微压裂，克取岩石的部件是硬质合金或金刚石颗粒。
2）冲击回转钻进
利用机械回转钻机配以冲击器、以风为冲洗介质进行碎岩，其碎岩以压裂为主、切削为辅。
8.7.3钻进对比试验
1）冲击回转钻进与回转钻进相比具有钻进速度快、防斜性能好的优点。
因此，为提高施工效率，分别对采用冲击回转钻进和回转钻进的压水成果、灌浆效果及施工效率进行综合对比分析，用以选择合适的钻进方法。
2）钻进对比试验方案
①先导孔W1-1、W2-1采用先Ф91、后Ф75金刚石单动双管钻具回转钻进取芯。
②其余孔采用CIR90潜孔锤冲击回转钻进，并根据钻进情况决定是否采用Ф75金刚石单管钻具回转钻进。
8.7.4回转钻进
1）设备、机具
①钻机：
XY-2液压回转钻机
②水泵：
3SNS灌浆泵
③机具：
91、75金刚石单动双管钻具，Ф75金刚石单管钻具，并配备Ф56金刚石单管钻具
2）冲洗介质
①一般采用清水冲洗。
②出现钻孔跨塌，孔内岩粉过多等情况，拟采用稀浆冲洗。
3）钻进工艺参数表8.7.4-1
表8.7.4-1钻进工艺参数
压力（KN）
转速（r.p.m）
泵量（L/min）
4.5~8
450~800
32~45
4）金刚石钻头选择
①型式：
电镀金刚石钻头。
对较软的地层可选择硬质合金钻头和PDC复合片钻头。
②电镀金刚石钻头基本参数：
HRC=35，金刚石粒度80目，金刚石浓度100%，聚晶保径。
5）钻孔质量保证措施
①钻机固定牢固，严禁钻机机台木底面与地面呈“点”接触状态。
②校正立轴方向，按要求的孔向对准孔位开孔。
③严格执行金刚石钻进操作规程。
④严格控制回次进尺，在规定的灌段长范围内。
⑤加强对地层的预测和判断，为及时变更钻进工艺参数提供依据。
a熟悉试区内地质资料和有关钻探资料，作好地质预报。
b工程地质人员跟班，根据钻进过程中采取的岩芯、孔内返出岩粉颗粒及返水颜色对地层进行判断。
⑥使用长钻具。
⑦硬岩体换层进入软岩体时，适当降低泵量，增加转速高速钻进，如果钻速持续不降，应适当增加压力，使岩心堵塞后，提取岩芯。
⑧下入钻具距孔底0.5m左右，应开泵冲孔，这样既保证孔底清洁，同时还可避免因岩粉进入内外管环状
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