黄河积石峡水电站趾板固结灌浆试验

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  【摘 要】现场灌浆试验孔选择的地点应具有灌浆工程地质代表性。灌浆压力值的大小是确保灌浆质量的重要条件之一。抬动试验的目的就是为了确定灌浆最佳压力值。
  【关键词】固结;灌浆试验;抬动试验;检查孔;压水试验;施工
  Yellow River Plinth Jishixia Consolidation Grouting Test Station
  Yan Feng-xia
  (Qinhai yutian Project Management and Consulting Co., Ltd. Jishixia Hydropower Project Supervision Department Xining Qinhai 810000)
  【Abstract】Field bore grouting test sites chosen should be representative of grouting engineering geology. The size of pressure grouting is to ensure the quality of one of the important grain filling. The purpose of lifting test is to determine the optimum pressure grouting.
  【Key words】Consolidation;Grouting test;Lifting tests;Inspection hole;Water pressure test;Construction
  1. 工程概况
  积石峡水电站位于青海省循化县境内积石峡出口处,是黄河上游干流“龙青段梯级规划”的第五个大型梯级水电站,距上游在建的公伯峡水电站60Km,距省会西宁市公路里程206Km,距循化县城、民和县城分别为30Km和100Km。地理位置适中,交通便利积石峡水电站主要任务是发电。
  2. 灌浆试验的确定
  2.1 灌浆试验条件。
  现场灌浆试验孔选择的地点应具有灌浆工程地质代表性,地质条件的底层岩性、裂缝的发育情况以及岩层的风化程度等,应与灌浆工程基本相同,混凝土盖层厚度应大致相等的类式条件,最好不在工程施工部位进行试验。
  2.2 灌浆试验地点的确定。
  灌浆试验区根据建筑物布置情况和地质条件,选择有代表性的部位作为试验区,积石峡帷幕灌浆试验区选在上游泄洪排砂洞内1790高程处。(主要以紫红色中细沙岩为主,夹杂部分砾岩,岩层岩性软弱,力学强度较低,岩层强度中等,裂缝中等发育)。
  2.3 试验孔深和孔序的确定。
  灌浆试验区根据建筑物布置情况和地质条件,固结试验共分为Ⅳ序孔,施工次序按照Ⅰ序;Ⅱ序;Ⅲ序;Ⅳ序的次序进行。并在上一次序完成后结合下一次序孔对其进行检查。
  3. 施工程序
  固结试验共分为Ⅳ序孔,施工按照分序加密的原则进行,其施工顺序如下:
  钻抬动观测孔——钻物探测试孔(灌前纵波测试)——Ⅰ序孔(钻孔-洗孔——灌浆——封孔)——Ⅰ序孔检查——Ⅰ序孔物探检测——分析所得灌浆资料——Ⅱ序孔(钻孔——洗孔——灌浆——封孔)——Ⅱ序孔检查——Ⅱ序孔物探检测——分析所得灌浆资料——Ⅲ序孔(钻孔——洗孔——灌浆——封孔)——Ⅲ序孔检查——Ⅲ序孔物探检测——分析所得灌浆资料——Ⅳ序孔(钻孔——洗孔——灌浆封孔)——Ⅳ序孔检查——Ⅳ序孔物探检测——最终资料分析。
  施工次序按照Ⅰ序;Ⅱ序;Ⅲ序;Ⅳ序的次序进行。并在上一次序完成后结合下一次序孔对其进行检查。Ⅱ序孔施工考虑其钻孔需结合Ⅰ序孔灌浆质量检查,通过同监理、设计进行沟通,对用于检查Ⅰ序孔灌浆质量的钻孔采用一次成孔,自上而下分段压水,并结合该孔进行物探检测,待Ⅰ序孔检查结束后,采用自下而上的方法进行灌浆、封孔。其他施工工艺相同。其施工工艺如下:
  钻孔——冲洗——压水——灌浆——封孔——质量检查。
  3.1 钻抬动及灌前物探测试。
  按照试验要求,抬动观测孔及灌前物探测试孔为同一孔,孔深15米,于是钻孔结束后,我们对该孔进行了灌前物探(纵波)检测,待灌前物探检测完成后,及时对该孔进行抬动观测装置安装。
  抬动观测装置分为抬动顶杆和外管保护,顶杆采用12螺纹钢筋,下至孔底于基岩用砂浆浇筑牢固,外管采用PVC管,同顶杆一起下至孔内。
  3.2 钻孔。
  钻孔采用重庆钻探厂生产的XY-Ⅱ型地质钻机配合金刚石钻头钻孔,孔径76mm。开孔前我们认真检查了钻孔孔位,钻机就位后通知现场监理验收,我们对钻机进行支护,确保钻机平正稳固,用水平尺对钻机进行测量,保证钻机立轴和钻孔方向始终保持铅直向下。
  钻孔过程中,由现场记录员对其回水颜色,地质情况及施钻过程中的特殊情况等进行了详细记录,并对钻取的岩芯及时进行编号描述。固结试验岩芯柱状图见《固结灌浆试验成果资料》附图C-1至C-11。
  3.3 冲洗。
  冲洗分为钻孔冲洗和裂隙冲洗。灌浆孔段钻进结束后我们进行钻孔冲洗,冲洗方法选用无压大流量,冲洗直至孔内澄清,孔底沉淀厚度小于20cm。
  灌浆开始前采用压力水进行裂隙冲洗,冲洗直至回水澄清延续5min后结束。冲洗压力为灌浆压力的80%,并不大于1Mpa。
  3.4 压水试验。
  压水试验在裂隙冲洗结束后进行;压力为灌浆压力的80%,并不大于1Mpa。压水试验采用自动记录仪和手工记录现结合的方法,在压水前我们及时通知质检部门和现场监理进行监督检查。
  压入流量稳定标准:在压力稳定的前提下,每5min测读一次压入流量。连续测读四次读数,最大值与最小值之差小于最终值的10%,或最大值与最小值之差小于1L/min时压水试验结束,取最终值作为计算值。各次序孔压水试验成果见《固结灌浆试验成果》附表1至附表10,我们针对试验成果进行了分析,并绘制了其频率曲线图。各次序孔的单位吸水量频率累计曲线图见《固结灌浆试验成果》资料附图B-1。
  3.5 灌浆。
  3.5.1 方法及段长。
  固结灌浆试验采用自上而下分段灌浆,孔内循环的方法。个别孔段因兼作上一次序孔的检查,在征得监理同意后,采用自下而上的方法。灌浆开始前现场技术员会同监理对射浆管下入深度进行了抽样检查,检查结果均小于大于50cm。
  固结灌浆孔入岩8m。共分两段,第一段段长2米,第二段段长6米。灌浆段长及压力见表1。
  灌浆施工工程中按照设计段长逐级加压,在确保盖重砼不抬动的前期下最终达到设计最大压力。
  3.5.2 浆液变换。
  根据工程实际情况选用普通水泥进行灌浆,其水灰比为:5∶1;3∶1;2∶1;1∶1;0.8∶1;0.5∶1五个比级。灌浆过程中我们严格按照由稀到浓的原则,逐级变换。
  3.5.3 灌浆结束标准。
  在该灌浆段最大设计压力下,当注入率不大于1.0L/min时,在通知现场监理后继续灌注30min结束。
  3.5.4 封孔。
  封孔采用0.5∶1浓浆选用 “全孔灌浆封孔法”进行封孔,封孔压力为灌浆压力的80%。压力封孔结束24h后,对孔口因浆液沉淀的部分,利用M10砂浆人工回填并插捣密实。
  3.5.5 检查孔。
  固结灌浆试验检查分序进行,即下一次序孔为上一次序孔的检查孔。检查孔在该次序孔灌浆结束后3天进行分段压水试验检查。并进行检查孔岩芯描述。
  3.5.6 物探检测。
   按照设计物探布孔及施工要求进行物探孔的钻孔工作。物探检测在各次序孔灌浆完成后待凝3~7天,进行物探检测。
  4. 灌浆成果资料分析
  4.1 Ⅰ序孔阶段性成果灌浆资料分析
  通过Ⅰ序孔的灌浆试验施工,我们对初步掌握的资料进行了分析,固结试验于排砂洞进口段原有砼地板下游,孔口高程1795m,层底标高平均为1786.5m。通过钻孔,了解到试验区岩层主要以紫红色中细砂岩为主,夹杂部分青灰色砾岩,通过岩心柱状图了解,表层局部较破碎。
  4.2 Ⅱ序孔阶段性成果灌浆资料分析。
  通过钻孔岩芯描述反映试验区岩层主要以紫红色中细砂岩为主,夹杂部分青灰色砾岩,通过岩心柱状图了解,除表层局部较破碎外,全孔岩芯完整。
  4.3 Ⅲ、Ⅳ序孔阶段性成果灌浆资料分析。
  由成果资料看出Ⅲ、Ⅳ序孔最大单耗2.16Kg/m;Ⅲ序孔平均透水率0.37LU;Ⅳ序孔平均透水率0LU。灌前压水试验达到设计防渗标准。该次序孔灌区岩石主要以中细砂岩为主,夹杂部分青灰色砾岩,岩心较完整。
  综合以上四序孔灌浆成果资料分析,透水率及单位吸浆量随着灌浆施工逐渐减小,各次序孔间吸浆量变化明显,灌浆效果显著提高。
  4.4 固结灌浆试验成果分析。
  固结灌浆试验严格按照设计试验要求布孔,布孔按照孔距可分为:Ⅰ序孔孔距3米;Ⅱ序孔孔距3.0米,与Ⅰ序孔排距1.5米;Ⅲ序孔孔距1.5米;Ⅳ序孔孔距1米;并在施工过程中分序加密,通过灌浆试验找到符合趾板固结灌浆的施工参数。在充分理解设计意图的基础上我们精心组织,精心施工,及时收集整理资料,并进行了初步分析:
  4.4.1 岩层可灌性分析。
  通过对固结灌浆试验灌区钻孔资料及《固结灌浆试验成果资料》附图3~1至3~11岩芯柱状图分析,灌区覆盖岩层主要以紫红色中细砂岩为主,夹杂部分青灰色砾岩局部岩芯较破碎。岩性中硬,表层裂隙发育。通过固结灌浆成果资料进行比较,浅层2~3米岩芯较破碎,可灌性较好;下部岩石较完整,可灌性差。
  4.4.2 孔距分析。
  通过现场监督检查和各次序孔阶段性资料分析,设计施工参数满足施工要求。
  4.4.3 压力及段长分析。
  按照设计试验要求的规定,固结灌浆设计8米孔分两段施工,第一段(孔口段)为2米,在灌浆试验中,通过施工验证,能够保证趾板安全及灌浆质量;第二段为6米,通过灌浆及压水试验检查,其深度在指定压力下灌浆质量满足工程要求。
  4.4.4 浆液水灰比分析。
  设计试验要求按照超细水泥和普通硅酸盐水泥提供两种不同的配比变化比级。我们从工程实际出发选择p.o42.5普通硅酸盐水泥,其水灰比比级为:5:1;3:1;2:1;1:1;0.8:1;0.5:1。浆液变化我们严格按照设计要求和水泥灌浆规范进行施工。
  5. 结论及建议
  通过固结灌浆试验施工和灌浆资料分析,结论及施工参数建议如下:
  5.1 通过固结灌浆试验得出,灌区主要以中细砂岩为主,夹杂少量砾岩,浅层浅层2~3米岩芯较破碎,可灌性较好。下部岩石较完整,可灌性差。考虑施工进度要求,可选用风动钻机100D,钻孔孔径大于56mm。
  5.2 灌浆试验选用祁连山牌p.o42.5普通硅酸盐水泥,通过试验室抽样检查,其质量标准符合设计要求;通过在灌浆质量检查,符合工程质量要求。
  5.3 通过对浆液水灰比分析建议水灰比比级为:5:1;3:1;2:1;1:1;0.5:1;浆液变换标准按照设计要求逐级变换。
  5.4 建议固阶灌浆段长及压力:第一段(孔口段)入岩2.0米,压力0.3Mpa;第二段入岩不大于6米,压力0.5Mpa。
  5.5 对固结试验各次序孔不同孔距及排距灌浆效果分析后认为,固结灌浆孔距3米,排距不小于1.0米,趾板固结灌浆结合帷幕灌浆按梅花型布孔。按照设计要求由外向里,分序加密的原则施工。
  5.6 固结灌浆试验声波测试共布孔4孔,按照固结灌浆布孔图要求灌前物探检测为U-P-1和U-P-2;灌后物探检测为G-6和G-8;检测方法均为单孔测试,因无法做跨孔测试,单孔测试的孔位也不在原位重复,所以固结试验区测试成果很难对灌浆效果评价。但通过检测表明试验部位岩体结构比较完整,裂隙不发育。其声波测试成果见附件《排沙洞帷幕固结试验声波测试成果》。
  5.7 通过四序孔灌浆成果资料综合分析可以看出,透水率及单位吸浆量随着分序加密灌浆施工逐渐减小,各次序孔间吸浆量变化明显,灌浆成果显著提高。表明试验取得了预期效果,为趾板灌浆提供了可靠的依据。
  
  参考文献
  [1] 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2001),2001-12-26发布.
  [文章编号]1006-7619(2011)03-16-215
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