江坪河水电站基础灌浆试验

江坪河水电站基础灌浆试验
石涛;杜念文;郑煌
【摘要】江坪河水电站面板堆石坝基础进行灌浆试验中,对灌浆压力、浆液配比、注入率使用自动记录仪记录,自动抬动观测记录仪观测趾板抬动变形,并配置自动报
警装置进行升压试验.探索在保证趾板不产生抬动破坏的前提下,尽可能地提高帷幕
和固结灌浆压力的途径,灌后透水率控制在0.16～1.1 Lu之间.
【期刊名称】《水电与新能源》
【年(卷),期】2010(000)004
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】灌浆试验;面板堆石坝;趾板;江坪河水电站
【作者】石涛;杜念文;郑煌
【作者单位】湖北清江水电开发有限责任公司,湖北,宜昌,443002;葛洲坝建设工程
有限公司,湖北,宜昌,443002;葛洲坝建设工程有限公司,湖北,宜昌,443002
【正文语种】中文
【中图分类】TV543.15
1 工程概况
江坪河水电站大坝为混凝土面板堆石坝，位于溇水上游河段，最大坝高219.00 m，最大坝前水头213 m。

工程以发电为主，兼顾防洪等任务。

趾板基岩为弱风化的
瘤状灰岩和薄层钙质粉砂岩、板岩，岩层层间错动含泥化夹层，顺层岩溶发育，存
在溶蚀、溶滤、垮塌堆积层和垮塌拉裂岩体，岩溶主要有管道渗流和裂隙性渗流，岩溶发育具有不均一性，在N30°～60°W、N40°～75°E方向上较其他方向发育。

在趾板上进行帷幕和固结灌浆，由于趾板厚度仅0.8～1.0 m，基本属于无盖重范畴，灌浆压力受到严重限制。

由于运行水头高，后期不具备检修和补灌条件，所以对防渗系统的可靠性和耐久性要求极高。

针对上述不利的地质条件、施工条件和苛刻的运行条件，选择代表性地段来模拟趾板条件进行现场灌浆试验十分必要。

2 灌浆试验方案设计
2.1 试验目的
①通过灌浆试验结合实际，探索安全、经济的施工工艺;②研究固结灌浆Ⅱ序孔在
不发生抬动破坏的前提下，尽可能地提高灌浆压力;③研究探索帷幕灌浆接触段在
不发生抬动破坏的前提下，尽可能地提高灌浆压力;④定量研究锚杆抬动变形和锚
杆应力之间的对应关系，为锚杆设计参数选择提供依据。

2.2 试验分区与灌浆孔位布置
试验场地开挖水平投影总长约26.0 m，宽度9.5 m。

沿长度方向开挖成1∶1.5左右的斜坡，与大坝两岸趾板开挖的最陡坡度基本一致，分成A、B两组试块进行灌浆试验。

文中仅对A块试验情况进行论述。

灌浆试验布孔采用“均匀固结+帷幕”的形式，利用固结灌浆增加浅层帷幕的厚度，并增强基岩的整体性，以达到提高浅层帷幕的灌浆压力［1］。

A试块灌浆孔布置:固结灌浆均匀设4排孔，孔距3 m，排距2 m，梅花形布置;第1、3、4排固结深度8 m，第2排固结深度12 m;固灌施工排序依次为1、4、3、2，每排分二序施工。

帷幕灌浆孔2排，分别在第3排固结孔的上、下游各设1排，孔距2.5 m，排距1.5 m;深度均为38 m，每排分三序施工。

2.3 趾板结构及锚杆应力应变
A试块趾板厚度1.0 m，宽度为8.5 m，止水带部位宽 0.788 m，可布置灌浆孔的
趾板宽度只有7.712 m。

为定量研究锚杆对趾板抬动控制及灌浆压力、抬动变形
和锚杆应力之间的对应关系和作用机理，确定锚杆设计参数［1－2］，试验中选
取2根锚杆进行应力监测，每根锚杆根据受力特点分别在不同深度布置2～3支锚杆应力计，共计10支，各应力计测点布置和埋设情况见图1。

锚杆孔排距1.2 m，锚筋长度6 m，入岩深度5 m。

配单层钢筋，水平和纵向筋均采用Ⅱ级普通螺纹
钢筋，水平筋在上，纵筋在下，锚筋顶端与趾板钢筋相连，趾板结构和锚杆布置见图2。

图1 锚杆应力计埋设示意图(单位:cm)
图2 趾板结构及锚杆布置示意图(单位:mm)
2.4 升压试验与抬动监测
(1)灌浆参数采集与记录。

为了保证灌浆施工在允许的抬动变形范围内顺利进行，
准确反映灌浆压力、注入率、浆液比重、抬动变形与锚杆应力之间的关系，采用灌浆三参数自动记录仪和抬动观测自动报警装置。

试验中，抬动变形上限值按0.1 mm控制，采用位移传感器进行抬动数值测量与记录。

(2)灌浆压力提升试验。

由于接触段和浅部孔段的岩体完整性远不如深部岩体，而
受盖重条件的限制，灌浆压力偏小，第一段(接触段)的最大灌浆压力仅有0.5 MPa 左右，是防渗系统的薄弱环节。

为适应高水头运行条件，适当提高浅部孔段的灌浆压力是一种有效的措施。

压力提升试验内容包括:①在严格控制趾板累计抬动量在0.1 mm以下，进行压力提升试验;②分析灌浆过程中的抬动发生和演变现象，结
合锚杆应力计和钢筋计及其他监测手段，研究将趾板抬动上限值放宽至0.15～0.2 mm的可行性及相应的灌浆压力值;③探索合适的灌浆工艺，如灌前压水压力、注
入率、灌浆压力提升步长及稳压时间等。

固结灌浆升压试验。

重点针对固结灌浆的Ⅱ序孔和帷幕灌浆的上部孔段进行。

要求在无抬动情况下进行，趾板累计抬动量不大于0.1 mm，并要求灌浆压力与注入率
相适应。

固结灌浆Ⅰ序孔灌浆压力采用0.2～0.3 MPa，不进行压力提升试验。

Ⅱ
序孔进行升压试验，起灌压力 0.3 ～ 0.4 MPa，目标最大压力0.5 ～ 0.6 MPa，
共分 4 级升压，每级增加 0.05 MPa，每级稳压时间10 min。

当确认没有抬动时，则可以提升压力或变浆。

水泥浆开灌水灰比2∶1［1］。

帷幕灌浆升压试验。

帷幕灌浆升压试验分块、分排、分序进行。

各排、序、孔段的起始压力和目标最大压力值详见表1。

提升压力时每级增加0.05 MPa，每级稳压时间10 min，并控制注入率，当确认抬动值在允许范围内时，则可以提升压力或变浆。

帷幕灌浆试验压力值见表1。

2.5 钻灌施工工艺
灌浆试验场地上游侧及临河面均为临空面，且临空面距离试验趾板位置都较近。

为减少灌浆试验过程中浆液外漏，真实反映试验地层的岩石透水率和单位耗灰量，并为灌浆升压试验顺利进行，A、B两区趾板外侧均布置了封闭固结灌浆孔，以改善试验场地周围岩石的物理力学性能和渗透系数。

固结灌浆采用自上而下孔内阻塞分段灌浆法，灌浆方式为孔内循环式。

钻灌施工按先固结后帷幕、先边后中间、先下游后上游的顺序，采用帷幕灌浆孔口封闭法进行施工。

表1 帷幕灌浆试验压力值表 MPa段长/mⅠ序孔初始压力目标目标目标压力Ⅱ序孔初始压力压力Ⅲ序孔初始压力压力前灌排2 0.3 0.5 0.5 0.7 0.7 1.0 3 0.4 0.7 0.7 1.0 1.0 1.2 3 0.5 1.0 1.0 1.2 1.2 1.5 5 0.7 1.2 1.2 1.5 1.5 1.7 5 1.0 1.5 1.7
2.0 2.0 2.5 5 1.5 2.0 2.0 2.5 －
3.0 5 2.0 2.5 － 3.0 － 3.0 5 2.0 3.0 － 3.0 －
3.0 5 －
4.0 －－－ 4.0后灌排2 0.5 1.0 0.6 1.0 0.7 1.0 3 0.7 1.5 0.8 1.5 1.0 1.5 3 1.0 2.0 1.2 2.0 1.5 2.0 5 1.5 3.0 1.7 3.0 2.0 3.0 5 2.0 4.0 2.0 4.0 － 4.0 5 － 4.0 － 4.0 － 4.0 5 －
5.0 － 5.0 － 5.0 5 － 5.0 － 5.0 － 5.0 5 － 5.0 － 5.0 － 5.0
3 灌浆试验分析
根据A块固结灌浆各序孔灌前压水试验透水率频率分布统计，试验区透水率最大
值为200 Lu，A区Ⅰ序孔透水率小于10 Lu的累积频率为0;Ⅱ序孔透水率小于10 Lu的累积频率为10%。

灌浆过程中，A区Ⅱ序孔单位耗灰量较Ⅰ序孔递减41.8%，呈明显递减态势。

由此表明，采用“自上而下、均匀固结、先孔序后排序”的思路对本工程是适用的。

封闭灌浆后的检查结果表明，连续灌浆的施工方法不能达到封堵要求，而采取间歇性灌浆结合扫孔复灌，单位耗灰量和灌后透水率都明显减小。

在工程实施时采用先下游排再中间排固灌的施工顺序，可以提高防渗质量降低成本。

固结和帷幕灌浆升压试验抬动观测数据显示:两试验块在固结灌浆过程中均出现了
抬动变形超过0.1 mm标准，但未造成趾板混凝土的抬动破坏。

通过数据分析发
现抬动变形量大、超标的孔段主要产生在边排孔(含趾板两头边孔)的接触段和终孔段，中间排各孔段的抬动变形量小、无超标。

超限抬动均为瞬间产生，这说明灌浆势能蓄积到一定程度时，会对部分岩层产生瞬间破坏力，并将该作用力传递至混凝土趾板，必须慎重控制灌浆压力。

帷幕灌浆时抬动量普遍很小。

根据水泥注入量统计，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔递减39%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔递减57%以上，孔序之间单位水泥注入量呈递减趋势。

帷幕完成后，通过单点压水透水率在0.16～1Lu之间，平
均透水等级皆为极微透水。

通过跨孔声波检测，最小值达5 000 m/s以上。

帷幕
灌浆后比固结灌浆后波速值提高百分比平均值为27.5%，由此可见经灌浆后地层
状况较为理想。

经固结灌浆抬动变形观测分析，可以看出抬动与压力、流量的关系:超限抬动均发
生在孔口失水孔段，大吸浆量孔段灌注或复灌纯水泥浆液时，超限抬动多发生在灌浆压力0.6 MPa附近，流量在8 L/min以下，超限抬动主要为岩石裂隙中灌浆压
力产生的势能蓄积到一定量时的瞬间释放，一旦出现大的抬动，即使立即采取了降压和限流措施，抬动变化也不能完全回落。

因此，对于不良地质段的升压过程更应
循序渐进。

同样，在帷幕灌浆过程中经过抬动监测与灌浆压力、流量的数据分析发现:抬动变形产生时，一般情况下注入率或灌浆压力均较大，说明抬动变形不仅与
压力有关，与注入率的关系也非常密切。

为此，施工中应特别关注和控制抬动变形的过程:当压力逐渐上升至某一值，注入率突然增大，抬动陡然上升超过警戒值时，应立即暂停灌浆，采取间歇灌浆的方式处理;当压力达到某一值，注入率正常，抬
动量接近允许值时，应降低灌浆压力，待抬动值慢慢回落后再行升压，如此重复直至灌浆正常结束;当注入率明显偏大，抬动值接近允许值时，则采取限流措施，维
持抬动值不变或回落，注入率减少到一定程度，再缓慢升压直至灌浆结束。

本次灌浆试验还显示，在趾板基础中布置φ 28@1 200，L=6 m(入岩5 m)的锚杆，使
得灌浆时盖重作用大大增强，灌浆时作用于趾板的抬动力分布均匀，可有效地缓减趾板结构的不均匀受力变形，对抬动量的限制，为浅层灌浆压力的提升并达到设计预期的灌浆压力发挥了重要的作用。

建议在本次试验成果的基础上，进一步定量分析不同分布和类型锚杆锚固力与趾板混凝土盖重的等量替代关系，论证在设计压力下趾板的安全裕度并发掘升压潜力，构筑安全、可靠的基础防渗体系。

参考文献:
【相关文献】
［1］曹志宇，吕仕龙，廖洋波.水布垭水电站高面板堆石坝趾板灌浆试验研究［J］.水力发电，2002(10):35－37.
［2］廖仁强，程少荣，郭晓刚.水布垭高面板坝趾板基础灌浆升压试验研究［J］.人民长江，
2003(6):15－16.。