aau阿海电站导流洞进口边坡固结灌浆锚筋桩施工fjc

aau阿海电站导流洞进口边坡固结灌浆锚筋桩施工fjc
阿海电站导流洞进口边坡预固结灌浆锚筋桩施工
作者:水电十四局勘察设计研究院刘勇斌
【摘要】阿海电站导流洞进口边坡地质条件复杂，为提高围岩的整体稳定性，为确保导洞洞进口开挖安全施工，对进口段边坡采取了预固结灌浆、悬吊锚筋桩、锚索、长锚杆锁口等加固措施，文中对预固结灌浆和锚筋桩施工工艺进行了介绍。

【关键词】阿海电站导流洞进口边坡预固结灌浆悬吊锚筋桩施工工艺
1、工程地质概况
1.1 工程概况
阿海水电站坝址位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与宁蒗县（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段规划的第四个梯级电站，总装机容量200万千瓦。

导流系统布置在枢纽左岸，及1＃、2＃导流洞，洞身混凝土衬砌后断面为16m×19m（宽×高），进口高程分别为1406m和1408m。

工程施工导流采用围堰一次断流，1#、2#导流隧洞泄流的全年导流方式。

截流后第一个枯水期由1#导流隧
洞泄流。

1.2 工程地质条件
1#导流洞进口部位地形坡度在高程1460m以下为40°～50°，高程1460m～1580m为25°～30°，高程1580m以上为35°～40°，隧洞轴线方向S67°E，岸坡走向S15°E，两者夹角为52°。

高程1460m～1475m为左岸坝前堆积体的下游边缘部位，厚约3m～15m，靠上游侧稍厚，组成物质下部为冲积成因的卵砾石夹漂石、孤石和砂，上部为冰碛成因的碎块石夹砂土，密实，表部具半胶结。

其余地段基岩裸露，岩性为泥盆系班满到地组下段（D1b1）灰、深灰色中至厚层状砂岩夹薄至中厚层状粉砂质板岩、粉砂岩，板岩类普遍含碳质，夹层厚度一般小于0.3m，底部有两层厚1.5m～2m 的复成分砾岩。

其中砂岩为中厚层状，部分为薄层状，板岩多为薄层状或与泥质粉砂岩呈互层状。

岩石经区域变质作用和受多期构造影响页岩已板岩化。

受挤压及层间错动影响多以片理化，面光滑具擦痕，部分为“磨光镜面”、夹石英条带、构造透镜体、和构造片状片岩。

围岩结构为单斜层状，层面节理发育，部分沿层面多次错动，为主要软弱结构面，与层面近正交的层间节理受限制，多错列相接。

倾向节理间距为1～3m左右，节理多面为锈面或附应力矿物，黄铁矿等。

2#导流洞进口位于1#导流洞上游侧。

进口部位地形坡度在高程
1470m以下约40°，高程1470m～1650m为28°左右，高程1650m以上为35°～40°。

隧洞轴线方向S67°E，岸坡走向S15°E。

地段内在高程1481m以下基岩裸露，地质条件与1#导流洞进口类似，高程1481m以上为堆积体分布，厚0m～45m不等。

2 、预固结灌浆施工
2.1 物探测试
（1）固结灌浆施工前抽取一定数量固结孔作为物探测试孔，孔深与固结灌浆孔相同，通过灌浆前后岩石波速的对比检测灌浆效果。

（2）所有物探测试孔均应分别进行灌前、灌后的物探测试工作，包括固结灌浆检查孔的声波测试。

（3）灌浆前应对物探测试孔加以保护，以防杂物堵塞测试孔。

（4）物探测试孔，在灌后物探测试工作完成后，应按固结灌浆检查孔的要求进行封孔。

2.2 导流洞进口边坡预固结灌浆锚筋桩施工程序
施工排架搭设固结孔钻孔钻孔冲洗及裂隙冲洗预固结灌浆Ⅰ、Ⅱ序钻孔、灌浆固结灌浆质量检查灌后物探测试Ⅰ序固结孔扫孔下放锚筋桩注浆锚筋桩无损检测。

2.3 固结灌浆工艺流程
固结灌浆施工工艺流程图如下。

固结灌浆工艺流程图
2.4 固结灌浆施工工艺措施
2.4.1 钻孔
采用YG-40、70锚固钻机或地质钻机钻孔，开孔孔径φ110或φ91，根据开孔成孔条件，便于灌浆可埋设φ108或φ89无缝管作孔口管，孔口管埋设深度为入岩不少于1.0m，预固结灌浆孔间排距2m×1.5m，锚筋桩孔间排距4m×1.5m。

钻孔先施工Ⅰ序孔，待Ⅰ序孔灌浆结束后方能进行Ⅱ序孔的钻孔施工。

钻孔过程中对各种情况进行记录，如塌孔、卡钻、掉钻、不返水等。

钻孔遇有塌孔、掉块难以钻进时，可先进行灌浆处理，而后继续钻进。

如发现集中漏水，应查明漏水部位、漏水量和漏水原因，经处理后再钻进。

2.4.2 钻孔裂隙冲洗及压水
钻孔后根据成孔条件进行钻孔冲洗，若成孔好，采取风动钻机造孔的，达到钻进深度后，先用风吹净孔内的粉渣后，采取压力水进行敞开式钻孔裂隙冲洗，冲洗至回水清净；采取地质钻机的直接利用钻杆进行冲洗至回水清净即可。

钻孔塌孔、掉块等成孔较难或钻孔不返水的孔段不冲洗直接进行灌浆施工。

鉴于地质为泥质岩类板岩化，在辉绿岩两侧变质作用较强烈，紧靠辉绿岩部分砂岩角岩化。

岩体破碎、节理、裂隙结构面发育，且与水易软化，压水的意义不大，不进行灌前压水。

2.4.3 灌浆
（1）灌浆方式
灌浆拟采取孔口封闭、纯压式灌浆，最终根据现场施工过程中岩层的不同的地质条件选择适宜的灌浆方式进行灌浆施工。

一序孔采取自上而下分段灌浆；二序孔采取自下而上、自上而下或综合法进行灌浆。

强风化堆积体部位的灌浆无法成孔采取花管或套管跟进灌浆。

（2）灌浆分段
根据钻孔成孔条件进行分段，孔口段段长易短，初顶段定为3.0～5.0m，灌浆段最大段长不宜超过10m。

（3）灌浆压力
初步拟定灌浆压力：一序孔0.5～0.8 Mpa；二序孔0.8～1.0 Mpa。

最终压力根据现场施工确定。

（4）浆液配比及变换原则
灌浆浆液水灰比采用1:1、0.8:1、0.6:1（或0.5）三个比级，灌浆起始水灰比为1:1。

固结灌浆液浓度应由稀变浓，逐级变换，浆液变换按以下执行：
当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；
当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。

当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

已使用最大浓度的浆液灌注时，灌浆段灌灰量已达10T，吸浆量还很大，采用加砂、速凝剂、低压慢灌、间歇灌浆等方法处理，仍达不到结束标准的报告工程师，按其要求处理。

（5）灌浆结束标准
固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于1L／min继续灌注
30min，灌浆即可结束。

（6）封孔
灌浆孔采用“置换和压力灌浆封孔法”进行封孔，每一个孔灌浆结束后，均采用0.6:1的浓浆置换孔内清浆,全孔复灌一次，封孔压力与孔口段灌浆压力相同, 当注入率为0时，延续灌注10min即可结束，孔口空余部分用人工拌制水泥砂浆封满。

（7）质量检查
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。

检查孔的数量不少于灌浆孔总数的5％，孔段合格率应在80％以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的150％，且不集中，灌浆
质量可认为合格。

否则，按监理人批准的措施进行处理。

检查孔施工要求：压水压力为0.3Mpa，合格段透水率值不应大于5.0lu。

检查孔压水采用单点法压水，检查孔压水合格后按要求进行封孔。

（8）特殊情况处理
被串孔正在钻进时，应立即停止钻进，条件可能下，被串孔与施灌孔同时灌注，否则用灌浆塞塞紧。

灌浆结束后应立即将被串孔扫孔洗净，待后再灌。

灌浆过程中，若因故中断，应尽早恢复灌浆，中断超过30min 时，应进行钻孔冲洗，若冲洗无效，应扫孔复灌，复灌时浆液浓度从起灌水灰比开始灌浆。

若灌浆时周围出现漏浆情况，采用低压慢灌、间歇灌浆、封堵冒浆处等方法。

灌浆时已使用最大浓度浆液灌注，吸浆量仍然很大，若每段耗灰量达到10T时，可采用低压慢灌、间歇灌浆或加砂等方法。

水灰砂比一般为0.6：1：0.4～0.6。

耗灰量较大的灌段，灌后必须进行待凝，以免造成待凝过短，水泥结石强度过低，无法承受较大的灌浆压力而被冲开，耗灰量又猛增的现象，若待凝时间8h仍出现上述现象，待凝时间可增至12h。

灌浆出现耗浆量较大的孔段，及时向监理工程师反映，研究处理方案，处理结果及时报监理工程师确认。

3 、灌浆成果分析
灌浆成果的分析和评价主要包括灌浆成果、检查孔压水、物探检测等三个方面的分析及评价。

3.1 灌浆成果分析
固结累计完成20412.78m，水泥耗量2922.42t，最大单耗484.0kg/m，最小单耗17.7kg/m，平均单耗143.16kg/m，Ⅰ序孔灌浆进尺12596.88m，灌灰量2228.55t，单位耗灰量为176.91Kg/m，Ⅱ序孔灌浆进尺7851.9m，灌灰量693.86t，单位耗灰量88.78Kg/m。

预固结灌浆成果统计表
工程部位工程量
（m）
耗灰量
（t）
单耗
（Kg/m）
分
序
工程量
（m）
耗灰
量（t）
单耗
（Kg/
m）
1＃导
流洞进口边坡9097.3
1040.5
3
114.37
Ⅰ
5990.
5
802.
40
133.9
5
Ⅱ
3106.
8
238.
13
76.65
2＃导流洞进口边坡11315.
48
1881.8
8
166.31
Ⅰ
6606.
38
142
6.15
215.8
7
Ⅱ
4709.
1
455.
73
96.78
合计20412.
78
2922.4
2
143.16
Ⅰ
12596
.88
222
8.55
176.9
1
Ⅱ
7815.
9
693.
86
88.78
根据灌浆综合统计表累计分析Ⅰ序孔和Ⅱ序孔单耗灰区间分部情况，绘制单耗灰累计曲线图，固结灌浆单耗灰频率曲线见下图：1＃、2＃导流洞进口边坡预固结灌浆单耗灰频率曲线
频
率
（
%
）
x
..
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
通过单位耗灰量频率曲线图，综合分析预固结灌浆单位注入量区间分部情况，可以看出预固结灌浆单位注入量区间分部符合灌浆的一般规律。

在频率曲线相对较小的0～100 Kg/m区间中，Ⅰ序孔累计
频率为18.5％，Ⅱ序孔累计频率为70.4％，Ⅱ序孔较Ⅰ序孔累计频率增加了51.9％；在吸浆量相对较大的100Kg/m～500Kg/m区间中，Ⅰ序孔累计频率为81.4％，Ⅱ序孔累计频率为29.6％，Ⅱ序孔较Ⅰ序孔累计频率减少了51.8％。

Ⅱ序孔平均单耗为I序孔平均单耗的51.8%，Ⅰ、Ⅱ次序孔的平均单耗呈递减趋势，且减幅较大，说明灌浆分序的合理性，且灌浆效果显著。

3.2 检查孔压水情况
检查孔压水成果表
工程部位段数最大值最小值平均值
1＃导流洞进口
28 3.584 0.19 1.67
边坡
2＃导流洞进口
76 3.072 0.19 1.62
边坡
灌浆后对预固结灌浆进行了质量检查，检查孔采用单点压水试验进行，共进行了段压水试验，最大值3.584Lu，最小值0.19Lu，全部符合设计要求q＜5.0Lu的防渗标准，
3.3 物探测试分析
物探测试采用单孔声波测试，测量方式为点测，点距0.2m，井下装置采用一发双收系，间距0.2m。

主要检测设备：武汉岩海公司
生产的RS-STOIC声波检测仪，声波换能器主频30HZ左右。

1#导流洞进口边坡物探检测结果显示，灌前波速主要集中在1.8～5.0km/s,平均波速为3.57 km/s；灌后波速主要集中在3.0～5.0km/s,平均波速为3.78 km/s。

说明在Vp低值部位灌浆效果较好。

2#导流洞进口边坡布置物探检测检测孔14个，其中灌前孔10个，灌后孔4个，从检测结果可以看出，灌前物探孔波速主要集中在1.8～5.0km/s，灌后检查孔波速主要集中在3.0～5.0km/s，说明在Vp低值部位灌浆效果较好。

4、悬吊锚筋桩施工
根据1＃、2＃导流洞进口边坡地质情况，层状结构比较明显，为保证围岩的整体稳定性，确保导流洞进口开挖安全施工，采用悬吊锚筋桩（3φ28）进行处理，孔深18m～42m，孔深应控制在超过洞内开挖线50cm左右，其下端部应与洞内钢支撑进行焊接，工程量为16350.1m。

4.1 锚筋桩施工技术要求
（1）下放锚筋桩之前应进行孔深测量，孔深不足的应进行扫孔，超深部分用小石块填至设计孔深，孔深严格控制在设计孔深±30cm 之内；
（2）锚筋桩下料长度控制在距孔口50cm以内，最长不能超过1m；
（3）锚筋桩在下放过程中，钢筋螺纹连接必须到位，且外露不能超过两丝。

（4）锚筋桩孔在注浆之前，必须将孔口保护好，直至最后一次注浆。

并通知质检和监理进行现场旁站。

（5）注浆必须饱满，每个锚筋桩孔必须重复注浆3～4次。

4.2 锚筋桩造孔
悬吊锚筋桩孔造孔时钻机要调平，并定时对钻机检验，确保孔向垂直。

另外，考虑到悬吊锚筋桩孔钻孔过程中孔斜误差以及注浆密实度，为了便于锚筋桩的安装，锚筋桩孔径应大于锚筋束直径的1.2倍。

安装3φ28锚筋桩，连接套筒壁厚3mm，锚筋束直径为73mm，经计算，锚筋桩孔径选择91mm较为合理。

锚筋桩孔径计算示意图如下。

4.3 悬吊锚筋桩加工、安装
锚筋桩连接采用套接，在施工前可根据孔深要求，对锚筋桩的长短、所加工的方式以及连接头进行详细的计算，便于加工。

同一孔内锚筋桩连接位置要相互错开，不得在同一断面上，相邻两个接头之间的距离不得小于50cm。

锚筋桩的安装采用5t手动葫芦进行起吊，人工配合安装的方式进行。

4.4 注浆
锚筋桩注浆使用浓浆（水泥:水，大于1:0.45）进行，锚筋桩安装完成之后应立即进行注浆，且在水泥浆凝固之前，不得敲击、碰撞和拉拔。

4.5 悬吊锚筋桩无损检测成果
悬吊锚筋桩质量检测内容包括锚筋桩的长度是否达到设计长度
及注浆密实度达到多少，方法采用声波应力波反射法，根据相关技术要求，应按锚筋桩施工总量的10％～20％进行检测，密实度合格标准为80％以上。

阿海水电站1#、导流洞进口边坡悬吊锚筋桩检测综合成果表
阿海水电站2#导流洞进口边坡悬吊锚筋桩检测综合成果表
综合以上数据分析，1＃、2＃导流洞进口边坡悬吊锚筋桩共检测21根，锚筋桩长度检验合格率100％，密实度检验合格率97.7％。

锚筋桩质量检查结果显示，施工质量存在的不足之处集中表现在锚筋桩孔口段水泥浆的密实度达不到要求，主要是因为水泥浆在凝固过程中析水下沉，导致孔口部分脱空造成的。

改进的方法是在注浆时应该重复多次注入，直至孔口段密实度达到要求。

5、施工经验总结
5.1 落实岗位责任制
为使本项目部的技术质量管理工作明确化、规范化、程序化，本项目部建立了现场管理人员岗位责任制。

明确各级质量管理人员各自的职责，各尽所能、各施其职，以便于分工合作、齐心协力共同搞好
本项目部的质量管理工作。

5.2 项目优化
针对本工程的工程量大、工期紧张、地质条件复杂、覆盖层较厚、造孔施工难度大等特点，项目部召集相关技术人员和施工人员，共同研究对策，反复对施工方案进行优化。

5.3 及时调整施工方法
根据地质情况，及时调整钻孔方法，将湿打改为干打，针对覆盖层较厚的孔则采用偏心钻头下套管的方法或者钻孔时加入少量粘土，以保证孔壁围岩稳定。

灌浆采用自下而上的方法进行，大大提高了工作效率。

锚筋桩施工前根据孔深要求，对锚筋桩的长短、所加工的方式以及连接头进行详细的计算，便于加工。

同时编制切实可行的施工作业指导书，并组织施工人员进行学习，让每位施工人员都能熟练掌握施工方法和相关技术要求，及加快施工进度，又保证了施工质量。

6 、结语
从阿海水电站1＃、2＃导流洞进口边坡预固结灌浆和悬吊锚筋桩施工成果分析上看，预固结检查孔透水率均小于5Lu，符合设计要求，注入率随着孔序加密呈现明显的递减趋势，符合灌浆成果的一般规律，说明灌浆取得了明显的效果。

悬吊锚筋桩检验合格率97.7％，
其质量符合设计要求。