论文大坝帷幕浆质量分析与评价 潘存良汇总.docx
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论文大坝帷幕浆质量分析与评价潘存良汇总
浅谈大坝基础帷幕灌浆质量分析与评价
——以瑞丽江一级水电站项目为例
茶文祥
摘要：
简述大坝基础防渗帷幕布置、施工工艺、灌浆参数选择以及施工质量控制等，灌浆质量检查结果、单元工程质量评定、水库蓄水考验及竣工资料的综合验收均满足设计要求，本工程质量等级经评定为优良。
关键词：
混凝土重力坝；基础帷幕灌浆；施工工艺与方法；质量分析与评价。
1工程简述
1.1工程概况
瑞丽江一级水电站位于缅甸北部掸邦境内的瑞丽江上，至中国瑞丽、昆明公路距离分别为90km、827km。
该电站采用引水式开发，挡水坝坝型为混凝土重力坝，最大坝高47m，坝顶长143m，正常蓄水位高程725m，回水长约17.5km，总库容2683×104m3，装机容量为6×100MW。
1.2基本地质条件
本工程所在的瑞丽江下游河段位于缅甸掸邦高原北部，属伊洛瓦底江左岸一级支流。
河流两岸山岭高程一般在1200m～1500m间，工程区一带河水面高程在380m～700m间，相对高差＞500m。
地貌类型属“强烈切割的构造侵蚀、剥蚀中山峡谷地貌”。
1.3地形地貌
坝址左岸地形均一、完整，坝轴线上、下游200m范围内无冲沟切割。
右岸在上围堰附近发育有3号冲沟，切割深度15m～20m。
坝址下游1km～2km，沿右岸河边堆积了大片由巨石、孤石构成的乱石滩。
2工程地质情况
2.1.地层岩性
工程区主要分布寒武系变质岩，枢纽区包括库区的寒武系变质岩，根据主要岩性及岩性组合划分为六个岩性段，工程区分布第二段（b）、第三段（c）。
2.2地质构造
断层、挤压面、节理裂隙等结构面，按规模大小和对工程的影响程度划分为Ⅴ级。
构造形迹主要表现为断裂构造，区内无区域性断裂通过。
但龙陵—瑞丽大断裂及其分枝构造安德鲁断裂距工程区较近，属Ⅰ级结构面的安德鲁断裂从坝址上游约2km处斜穿近坝库区后沿瑞丽江右岸延伸，并从厂房下游通过，距工程区最近距离不足1km。
龙陵—瑞丽大断裂距工程区最近距离约3km，对工程区的构造起到明显控制作用，并影响到区内变质岩的微观结构。
2.3水文地质
水文地质条件简单，按地下水储藏条件，含水层分为基岩裂隙含水层和松散堆积层中的孔隙潜水含水层，相应的地下水类型主要为基岩裂隙潜水及松散土层中的孔隙潜水。
2.4大坝地质
坝址位于NamMyin沟沟口上游，坝线距沟口约200m。
坝址河道略向北西方向凸出。
上游围堰至坝后消力池河段，河流呈S40°W流向，以下河段转为S19°～25°W流向。
枯水期坝址河水位高程693m，水面较窄，一般宽25m～30m，水深一般2m～3m，正常蓄水位高程（725m）处河谷宽75m。
其上，左岸地形坡度35°～40°，右岸20°～25°；其下，左岸多为陡崖，右岸为40°～60°陡坡。
两岸坡略不对称。
3施工工艺、方法
大坝基础帷幕灌浆采用“小口径钻进、孔口封闭、不待凝、自上而下孔内循环”灌浆工艺，分单排三个次序加密原则进行。
3.1钻孔
帷幕灌浆钻孔质量进行了全过程控制，对钻孔孔位、孔斜、孔深和钻孔冲洗质量验收合格后，签发《准灌证》实施。
（1）、开孔控制：
孔位与设计孔位偏差不大于10cm。
（2）、钻孔孔斜控制：
在孔深20m内每5m测斜一次，20m后每10m测斜一次，采用KXP-1轻便测斜仪进行孔斜测量，控制孔斜满足允许偏差，各孔段检测成果均满足设计要求。
（3）、帷幕灌浆终孔控制：
帷幕钻孔的孔深达到设计孔深时，必须深入相对不透水层段不小于5m，终孔段透水率不大于5Lu和单位注入量小于50kg/m。
3.2钻孔裂隙冲洗及简易压水
钻孔冲洗采用大流量压力水对孔壁和裂隙进行冲洗，孔口回清水并延续10min后方可结束。
冲洗压力为灌浆压力的80%，该值大于1.0MPa时，采用1.0MPa。
帷幕灌浆Ⅰ序孔灌前均进行了简易压水试验，Ⅱ序孔和Ⅲ序孔段灌前简易压水试验，根据前序孔段的压水试验和灌浆情况确定是否进行。
压水试验在裂隙冲洗后进行，压水试验压力值为该孔段最大压力值的80%，该值大于1.0Mpa时，采用1.0Mpa，压水时间为20min，每5min测读一次压入流量，透水率值按规范DL/T5184-2001计算。
3.3孔口管埋设
为加快施工进度，帷幕灌浆孔口管段分序灌浆后，先进行孔口管的预埋。
孔口开孔孔径为φ91mm，钻至基岩面以下1.0m，待灌浆结束后，置入一根一端带丝扣的钢管，并要求高出孔口10cm，再灌入0.5:
1水泥浆直至孔口管外壁与孔壁之间返出同一浓度水泥浆后，导正孔口管，待凝三天后钻灌第二段。
3.4灌浆分段与灌浆压力
大坝帷幕灌浆控制参数见表1。
表1帷幕灌浆分段及压力控制参数表
段次
基岩内孔深
（m）
段长
（m）
最大灌浆压力P（MPa）
左、右岸灌浆洞
河床坝段
1
2.0
2.0
0.5
0.8
2
2.0～5.0
3.0
0.8
1.2
3
5.0～10.0
5.0
1.2
2.0
4
10.0～15.0
5.0
1.2
2.0
以下各段
＞15.0
5.0
1.2
2.0
3.5浆液质量
灌浆采用集中制浆、输送系统，制浆采用ZJ-400A高速制浆机拌制，高速制浆机转速大于1200r/min。
高速制浆机拌和时间不小于30s，浆液用比重计校准其浓度是否与应配浓度相同。
浆液从制备至用完的时间不超过4h。
灌浆采用纯水泥浆液。
灌浆水泥采用云南省德宏州三象水泥有限责任公司生产的“三象达”牌P.O32.5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比采用四个比级，3:
1、1：
1、0.8：
1、0.5:
1，开灌水灰比为3:
1。
当孔段某一级浆液注入量已达于300L以上或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率无明显改变时，应加浓一级。
当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。
3.6灌浆结束标准及封孔
灌浆结束标准为在规定压力下注入率不大于1.0L/min，延续灌注60min即可结束该孔段灌浆；灌浆结束后，采用“置换和压力灌浆法”进行封孔，封孔灌浆水灰比为0.5:
1，灌浆压力为该孔最大灌浆压力，机械封孔结束待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余部分采用导管注浆法或干硬性C20砂浆人工封填捣实。
3.7灌浆记录
灌浆过程采用长江水利委员会科学研究院仪器研究所生产的GJY-Ⅲ型自动记录仪对灌浆压力、水灰比、注入率等参数进行自动记录。
自动记录仪统一由生产厂家检测、率定和定期检查。
3.8抬动观测
为了防止大坝混凝土在灌浆时被抬裂，在地质条件相对较差或混凝土相对较薄的部位，在帷幕中心线左右两侧1米范围内，每个灌浆单元布设了抬动观测孔，采用千分表进行观测。
各孔段在进行裂隙冲洗和灌浆时均由专人进行抬动观测并做好抬动观测记录，帷幕灌浆设计允许最大抬动值为200μm。
帷幕灌浆过程中，观测抬动最大值为0.003mm，灌浆过程未发现大坝混凝土面产生裂缝,满足了设计要求。
3.9灌后质量检查
每个单元灌浆结束后，及时对灌浆成果资料进行整理、统计，并结合地质平、剖面图，分层、分段深入研究帷幕灌浆质量，对灌浆效果不理想的地段和薄弱环节及时提出处理建议（如布设适当数量的质量检查孔），以消除隐患。
帷幕灌浆检查孔的数量不少于灌浆孔总数的10%，一个单元至少布置了一个检查孔，各单元帷幕灌浆结束14天后进行取芯压水试验质量检查。
为确保质量检查孔压水试验的准确性和真实性，质量检查孔压水试验时，设计、业主、监理、施工四方现场旁站监督，质量检查孔主要工序控制如下：
（1）、质量检查孔均采用地质回转钻机配φ75mm的金刚石钻头进行自上而下分段钻孔取芯和压水试验检查，岩芯采取率不低于85%,质量检查孔的孔斜控制标准与帷幕灌浆孔相同,帷幕检查孔的压水试验分段及段长与相应的帷幕孔相同。
（2）、检查孔各孔段压水压力为：
采用灌浆压力的80%，最大为1.0MPa，终孔段压水检查结束后，采用压力灌浆进行封孔，其封孔方法与相应的帷幕孔相同。
4灌浆特殊情况分析及处理措施
4.1串浆、漏浆时采用下述方法处理：
（1）、对被串孔同时灌注，但注意控制灌浆压力，防止岩体及混凝土抬动；
（2）、无法同时灌注时，封堵被串孔，对灌浆孔继续灌注；
（3）、灌浆结束后，立即扫开被串孔，洗净后再行灌注；
（4）、对漏浆孔，先把漏浆部位进行表面封堵，再继续灌浆。
采用浓浆、加水波漓、限流、限压、待凝等措施。
4.2灌浆中断时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；若中断时间超过30分钟时，无法冲洗钻孔，冲洗无效，则扫孔重灌；
（2）、恢复灌浆后，起灌水灰比采用中断前的水灰比，如注入率相似或略有减少，再逐渐加浓浆液，直至灌浆结束。
4.4大耗灰浆孔段分析及处理:
灌浆成果上看，大耗浆孔段主要集中在右岸7坝段第4单元（桩号坝纵0+133.00~坝纵0+145.00），以及左岸灌浆洞内第13单元（桩号坝纵0+000.0~坝纵0-40.00）。
左岸第13单元：
从地质构造上看，坝址两岸岩体全风化带主要分布在730m高程以上的山体上部。
左岸全风化带岩体厚10m～15m，存在不均一风化、槽状风化现象。
右岸全风化带下限在钻孔ZK102与ZK103之间近水平状展布，全风化岩体最厚达25m左右。
岩体风化呈土状。
根据钻孔取芯情况确认，在钻孔过程中大部分钻孔遇到了强风化岩层，岩芯呈粉状，裂隙中有黄泥充填。
出现了钻孔无返水或极少数孔段还有掉钻、灌浆无回浆的现象。
因此该部位的地质条件较差，地质情况复杂，裂隙发育且分布不均，导致部分孔段吸浆量较大。
灌前压水无压力、无回水，灌前透水率以自然水头压力进行计算。
说明本部位岩体透水性强，灌浆时吸浆量大的孔段采取低压、限流、限量、浓浆、多次间歇、待凝等方法灌注。
在遇多次灌浆未结束，灌浆过程无回浆，无压力现象的孔段，采取掺加水玻璃等方法进行灌注。
现场灌浆情况及资料反映确认，大耗浆孔段的灌浆主要采取“低压、浓浆、限流、间歇灌注、待凝”等措施。
对左岸13单元特大耗灰段，除采取上述措施外，复灌两次后仍无效果的，则采取增大每次灌入量，仍无效果时，进行待凝12h，如此反复进行处理，直至灌浆起到一定效果（有回浆、灌浆压力在逐步上升或注入率在逐渐减小的趋势），然后再按原设计要求浆液和灌浆方式灌注至结束。
5灌浆成果分析与评价
5.1灌前简易压水试验成果分析与评价
帷幕灌浆Ⅰ序孔灌前均进行简易压水试验，Ⅱ、Ⅲ序孔根据灌浆情况进行灌前简易压水试验，各区域帷幕简易压水试验成果见表2。
表2大坝帷幕灌浆灌前透水率成果表
部位
排序
孔数
压水
段数
透水率Lu区间
平均
Lu值
<5.0
5~10
10~50
50~100
＞100
段数/频率（%）
段数/频率（%）
左岸灌浆洞及1#坝段
单排
8
48
7/14.6
11/22.9
16/33.3
4/8.3
8/16.7
68.9
2~6#坝段
单排
21
106
76/71.7
27/25.4
3/2.8
4.38
7#坝段
单排
11
79
33/41
16/20
25/32
5/7
16.4
（1）、从表2灌前透水率分布频率看：
透水率＞5Lu占总孔段频率，分别为左岸灌浆洞及1#坝段占85.4%，2～6#坝段占29.3%，右岸7#坝段占59.0%，说明大坝灌浆部位岩体透水性较强，大部分孔段不满足设计防渗要求，进行帷幕灌浆处理是十分必要的。
（2）、各区域透水性看：
左岸灌浆洞及1#坝段灌前平均透水率为68.9Lu,河床坝段为4.38Lu,右岸斜坡段为16.4Lu。
透水率＞100Lu孔段频率，分别为左岸灌浆洞16.7%,右岸斜坡段7.0%,2～6#坝段为0。
由此表明左岸灌浆洞及1#坝段和右岸地表7#坝段等区域透水性相对较强，地层结构复杂，灌浆过程应加强控制措施。
2～6#坝段灌前平均透水率为4.38Lu，透水率≤5Lu孔段频率，占71.7%，表明地质结构相对较好，可灌性较差。
5.2灌浆单位注入量成果分析与评价
根据灌浆资料成果的统计分析，其帷幕灌浆成果见表3及图1（单位注入量单位为kg/m）。
表3帷幕灌浆单位注入量成果表
部位
排序
孔序
基岩钻孔
（m）
水泥
注入量
（Kg）
单位
注入量
（Kg/m）
总段数
单位注入量（Kg/m）区间
[累计段数/累计频率（%）]
≤50
50～100
100～500
＞500
左岸灌浆洞及1#坝段
单排
Ⅰ
221.4
164623.8
743.6
50
15/30
4/8
13/26
18/36
Ⅱ
167.9
84801.3
505.1
38
12/31.6
2/5.2
13/34.2
11/28.9
Ⅲ
332.1
83156.9
250.4
78
29/37.2
10/12.8
25/32.1
14/17.9
总计
721.4
332582
461.02
166
56/33.7
16/9.6
51/30.7
43/25.9
2～6#坝段
单排
Ⅰ
504.1
34394
68.2
118
34/28.8
40/33.9
20/16.9
24/20.3
Ⅱ
441.1
13190.4
29.9
104
30/28.9
28/26.9
30/28.9
16/15.4
Ⅲ
836.8
14524.7
17.35
206
128/62.1
35/17
26/12.6
17/8.3
总计
1782
62109.1
34.85
428
192/44.9
103/24.1
76/17.8
57/13.3
7#坝段
单排
Ⅰ
119.1
91708.0
770
27
7/25.9
1/3.7
7/25.9
12/44.4
Ⅱ
103.4
28201.5
272.7
22
7/31.8
3/13.6
10/45.5
2/9.1
Ⅲ
162.6
12307.4
75.7
34
21/61.8
3/8.8
10/29.4
总计
385.1
132216.9
343.3
83
35/42.2
7/8.4
27/32.5
14/16.7
由帷幕灌浆成果表以及单位注入量曲线图可看出:
从灌浆分序上看：
左岸灌浆洞及1#坝段帷幕灌浆Ｉ序、II序、III序孔的单位注入量分别为743.6kg/m、505.1kg/m、250.4kg/m，各序孔递减分别为I序孔的32.1%、50.4%。
河床2～6#坝段Ｉ序、II序、III序孔的单位注入量分别为68.2kg/m、29.9kg/m、17.35kg/m，各序孔递减分别为I序孔的56.1%、44.8%；右岸7#坝段帷幕灌浆Ｉ序、II序、III序孔的单位注入量分别为770.0kg/m、272.7kg/m、75.7kg/m，各序孔递减分别为I序孔的64.6%、71.9%。
灌浆区域均表明同排各序孔之间，灌浆单位注入量随着灌浆孔序的加密呈现出依序递减的变化趋势，且递减明显，符合一般灌浆规律。
综上所述，大坝基础帷幕灌浆随着孔序的加密，单位注入量呈明显递减趋势的一般灌浆规律，地层中的裂隙大多数为Ⅰ、Ⅱ序孔所充填，Ⅲ序孔进一步补充填实，满足防渗处理要求。
5.3检查孔压水试验成果分析与评价
根据设计要求帷幕灌浆结束14天后，进行质量检查孔施工，帷幕孔与质量检查孔压水试验透水率成果见表4。
表4帷幕灌浆质量检查孔压水试验成果表
部位
孔数
总段数
透水率Lu区间[段数/频率（%）]
平均
透水率（Lu）
最大
透水率（Lu）
最小
透水率（Lu）
防渗标准
＜1
1～3
3～5
左岸灌浆洞及1#坝段
3
16
2/12.5
9/56.3
5/31.25
2.365
3.7
0.8
q≤5.0Lu
2～6#坝段
8
42
5/11.9
29/69
8/19
2.06
4.13
0.3
7#坝段
1
7
6/85.7
1/14.3
2.15
3.37
1.43
从表4看出，大坝基础帷幕灌浆质量检查分别为，左岸灌浆洞及1#坝段布设3个孔，压水试验为16段，平均透水率值为2.365Lu，最大透水率值为3.7Lu，最小透水率值为0.8Lu；2～6#坝段布设8个孔，压水试验为42段，平均透水率值为2.06Lu，最大透水率值为4.13Lu，最小透水率值为0.3Lu；7#坝段布设1个孔，压水试验为7段，平均透水率值为2.15Lu，最大透水率值为3.37Lu，最小透水率值为1.43Lu。
检查孔段合格频率均为100%，全部满足设计防渗标准要求（q≤5.0Lu）。
通过防渗帷幕灌浆处理后，各区域岩体透水率分别由灌前的68.9Lu、4.38Lu、16.4Lu，降低为灌后的2.365Lu、2.06Lu、2.15Lu，灌后较灌前分别递减96.6%、52.9%，86.9%，岩体透水性已大大降低，说明坝基防渗性能有显著改善，具有较好的防渗效果。
5.4坝后渗水观测效果分析与评价
在坝后共设置了两个量水堰，布置在坝基灌浆廊道内，并不定期对渗流量情况进行观测。
从近期观测成果看，大坝渗流量均远远低于设计允许的渗漏量，充分说明帷幕灌浆效果显著，达到预期目的。
5.5灌浆质量评定成果分析及评价
大坝基础帷幕灌浆工程在施工过程中均严格按照技术要求及有关规程、规范的要求施工，各项指标性能均达到设计要求，评定情况详见表5。
表5帷幕灌浆单元工程质量评定成果表
工程项目
单元工程质量评定
单元工程
优良率
（%）
单元个数
优良（个）
合格率（%）
优良率（%）
大坝基础帷幕灌浆
9
9
100
100
100
从表5看出，大坝基础帷幕灌浆共计9个单元工程，优良率100%。
单元工程优良率平均100%。
通过以上对灌浆质量检查结果分析、单元工程质量评定、水库蓄水考验及竣工资料的综合验收，本分部工程满足设计要求，质量等级拟评定为优良。
已经得到大坝蓄水专家小组、国家质量巡视小组及安全鉴定专家小组的一致好评。
6结语
（1）大坝基础帷幕线穿过裂隙、溶蚀裂隙发育的复杂地层，其采用“自上而下、小口径钻孔、孔口封闭、孔内循环”灌浆方法，工艺参数、施工质量控制以及特殊情况处理措施等均符合工程地质条件和布置特点，满足设计要求。
（2）帷幕灌浆单位注入量和透水率逐排逐序呈明显的递减趋势的一般灌浆规律，也真实地反映了坝基的地层特性，检查孔压水检查透水率均满足设计要求（q≤5.0Lu）。
水库运行的坝后渗流量检测成果远远低于设计允许的渗漏量，总的说明了防渗帷幕效果是明显的，帷幕灌浆质量良好。
总之，大坝基础帷幕布置、施工工艺、帷幕参数选择以及施工质量控制符合工程实际要求。
灌浆质量检查结果、单元工程质量评定、水库蓄水考验及竣工资料的综合验收均满足设计要求，本灌浆工程质量等级优良，得到了电站质量及安全鉴定专家小组的好评。
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