摘 要：蘇只水電站樞紐區(qū)建基面為軟弱粘土巖基礎(chǔ)，由于粘土巖的成層性和連續(xù)性較差，抗風(fēng)化能力弱，具有遇水易泥化、失水易崩解、干縮的特點(diǎn)。因而在粘土巖基礎(chǔ)上進(jìn)行灌漿時(shí)，采用合適的灌漿參數(shù)是確保水泥灌漿取得成功的重要因素。文章著重介紹了粘土巖基礎(chǔ)灌漿參數(shù)的優(yōu)化選擇，通過基礎(chǔ)灌漿對(duì)提高基礎(chǔ)面巖體的強(qiáng)度、完整性及防滲性具有明顯的作用，為今后同類基礎(chǔ)巖體的灌漿施工積累了較為重要的施工經(jīng)驗(yàn)。
　　關(guān)鍵詞：蘇只水電站 粘土巖 基礎(chǔ)灌漿 施工方法
　　1 概況
　　黃河蘇只水電站位于青海省循化縣與化隆縣交界處的黃河干流上，上距公伯峽水電站12km，其水庫末端與公伯峽電站尾水相接，電站左岸有新修的2.7km對(duì)外公路與公伯峽對(duì)外公路相接，對(duì)外交通十分便利，電站距西寧市公路里程148km。該電站以發(fā)電為主，并兼顧少量灌溉等綜合利用效益。樞紐前沿總長(zhǎng)度634.55m，最大壩高47.75m，主要由河床式電站廠房、泄洪閘、排砂孔、右岸復(fù)合土工膜防滲堆石壩及開關(guān)站等建筑物組成。
　　2 壩基主要地質(zhì)特性
　　該電站樞紐區(qū)基礎(chǔ)巖石主要巖性為粉砂質(zhì)粘土巖、粘土巖(N2l-ClS)，磚紅色。巖層走向NE50°～60°，傾向SE，傾角5°～15°，主要屬弱風(fēng)化巖體，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，局部呈斜交層理，由泥質(zhì)膠結(jié)，成巖程度差，巖性較軟，成層性和連續(xù)性較差。巖體中斷裂構(gòu)造不發(fā)育，裂隙少而短小，主要由粘粒和少量碎硝物質(zhì)組成。發(fā)育層理面，寬度一般0.5～3mm，充填巖屑及少量泥質(zhì)等，未膠結(jié)，面較平直、光滑，發(fā)育間距大于2m，延伸長(zhǎng)度一般3～5m。粘土巖物理力學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為強(qiáng)度低、抗風(fēng)化能力弱、暴露后易產(chǎn)生回彈、松弛，遇水易軟化、膨脹，失水易崩解、干縮，因而對(duì)粘土巖基礎(chǔ)要采取固結(jié)和防滲處理，以改善壩基承載、壓縮等力學(xué)性質(zhì)和滲透穩(wěn)定條件。
　　3 固結(jié)、帷幕設(shè)計(jì)布置情況
　　依據(jù)蘇只水電站樞紐區(qū)泄洪閘建筑物的布置型式，設(shè)計(jì)人員對(duì)壩基固結(jié)灌漿區(qū)域主要布置在泄洪閘的進(jìn)、出口部位、消力池與護(hù)坦段齒槽及泄洪閘左、右邊墻部位;孔位均按孔距×排距=3.0m×3.0m布置，固結(jié)鉆灌深度按深入基巖5.0m進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)電站壩前庫水位水頭較低，壩基的滲透壓力較小的情況，只在泄洪閘閘室段河床3.0m×4.0m廊道內(nèi),壩軸線以上2.25m布置了單排帷幕灌漿孔;帷幕孔均為垂直孔，孔距2.0m，帷幕鉆灌深度按深入基巖10.0m進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　4 主要灌漿參數(shù)的選擇
　　合適的灌漿參數(shù)是保證水泥灌漿取得成功的重要因素，對(duì)灌漿參數(shù)的控制就顯得尤為重要。本工程在大規(guī)模灌漿施工前，針對(duì)粘土巖具有遇水易軟化、失水易崩解的特性，選取有代表性的壩基作為試驗(yàn)塊，進(jìn)行固結(jié)灌漿試驗(yàn)和帷幕灌漿試驗(yàn)，通過灌漿試驗(yàn)成果的分析，對(duì)部分灌漿參數(shù)及施工方法進(jìn)行了優(yōu)化選擇，從而確定在粘土巖基礎(chǔ)上進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的有關(guān)施工參數(shù)，為指導(dǎo)主體固結(jié)、帷幕灌漿施工，提高壩基巖體強(qiáng)度及整體性，并為確保帷幕灌漿滿足電站防滲要求奠定基礎(chǔ)。
　　4.1固結(jié)灌漿
　　4.1.1固結(jié)灌漿試驗(yàn)
　　(1)試驗(yàn)區(qū)的選定
　　根據(jù)泄洪閘右邊導(dǎo)墻各段蓋重混凝土施工的現(xiàn)場(chǎng)情況與地質(zhì)條件，灌漿試驗(yàn)區(qū)選定在泄洪閘右邊導(dǎo)墻N段，進(jìn)行生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)。
　　(2)孔位布置
　　試驗(yàn)區(qū)長(zhǎng)16.0m，寬9.0m，灌漿孔按正方形布置，孔間、排距均為3.0m，分二序施工，孔深為深入基巖5.0m，共布置15個(gè)孔。考慮到壩基粘土巖巖層地質(zhì)條件較差，具有遇水軟化等特點(diǎn)，固結(jié)灌漿鉆孔采用100B型鉆機(jī)干式?jīng)_擊法造孔，鉆孔孔徑為φ91mm。
　　(3)灌漿參數(shù)的選取及確定
　　由于在粘土巖巖層中遇水后性能易惡化，按設(shè)計(jì)要求灌漿前不再進(jìn)行裂隙沖洗和簡(jiǎn)易壓水，采用0.3Mpa的高壓風(fēng)對(duì)孔壁進(jìn)行沖洗。灌漿試驗(yàn)時(shí)選用孔內(nèi)循環(huán)式和純壓式兩種灌漿方法，灌漿孔分兩序進(jìn)行，全孔一段進(jìn)行灌漿;其中循環(huán)式灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力為0.2MPa，Ⅱ序孔為0.4MPa，純壓式灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力為0.3MPa，Ⅱ序孔為0.5MPa。
　　通過右邊導(dǎo)墻N段的生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了擬定的灌漿參數(shù)的合理性，最終采用了孔內(nèi)循環(huán)式灌漿方法，并全孔一次進(jìn)行灌漿，將3：1、2：1、1：1、0.5：1(重量比)四個(gè)比級(jí)水灰比作為固結(jié)灌漿用水灰比。
　　4.1.2灌漿工藝及方法
　　灌漿漿液水灰比按試驗(yàn)后確定的四級(jí)水灰比逐級(jí)變濃的原則進(jìn)行漿液變換，開灌水灰比為3：1。在蓋重混凝土上采用栓塞式自上而下全孔一次孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法灌漿。灌漿壓力為0.2～0.4MPa，灌漿時(shí)進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)，如發(fā)生抬動(dòng)立即減壓。當(dāng)Q<1.0L/min時(shí),達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束。
　　4.1.3質(zhì)量檢查及效果分析
　　針對(duì)蘇只電站基巖巖性情況，結(jié)合固結(jié)灌漿試驗(yàn)成果，按設(shè)計(jì)要求灌后不做壓水試驗(yàn)，在固結(jié)灌漿施工時(shí)只做巖體灌漿前、后的聲波測(cè)試，以便對(duì)照灌漿前、后的波速變化關(guān)系，作為固結(jié)灌漿效果檢查和質(zhì)量評(píng)定的主要依據(jù)。
　　固結(jié)灌漿效果主要通過以下幾方面進(jìn)行分析：
　　(1)灌漿耗灰量分析
　　基礎(chǔ)固結(jié)灌漿已完成1050個(gè)孔，累計(jì)鉆孔及灌漿5516m，耗用水泥1415t，平均單耗257㎏/m。各次序孔灌漿成果統(tǒng)計(jì)及耗灰量見表1。
　　表1 各次序孔灌漿成果統(tǒng)計(jì)

孔序	段長(zhǎng)（m）	耗灰量（㎏）	平均單耗（㎏/m）
Ⅰ	2745	1007298	367
Ⅱ	2771	407850	147

　　資料表明，Ⅱ序孔的平均耗灰量為Ⅰ序孔平均耗灰量的40%，呈明顯遞減趨勢(shì)，說明灌漿設(shè)計(jì)和灌漿施工是成功的。另外，在建基面開挖完成后，為避免粘土巖基礎(chǔ)面失水崩解，在其上部先澆筑20cm厚的混凝土墊層。由于各種原因使得部分分塊混凝土與其墊層混凝土的施工間隔時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致其墊層混凝土與建基面粘結(jié)效果不好，出現(xiàn)了單位注入量偏大的現(xiàn)象。
　　(2)聲波測(cè)試成果分析
　　鉆孔聲波測(cè)試是判斷壩基開挖松弛厚度，評(píng)價(jià)壩基巖體質(zhì)量及檢查固結(jié)灌漿效果的重要依據(jù)。在蘇只電站泄洪閘固結(jié)灌漿施工中，對(duì)每個(gè)分塊布置1～2組聲波測(cè)試孔，每組由3個(gè)孔并列組成。這些聲波測(cè)試孔在灌漿前進(jìn)行一次聲波測(cè)試，待各序孔灌漿完成14d后，對(duì)測(cè)試孔進(jìn)行原位掃孔，再進(jìn)行灌漿后的聲波檢測(cè)。將灌前灌后測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)灌漿效果。整個(gè)泄洪閘壩基固結(jié)灌漿檢測(cè)中，共完成測(cè)試孔51個(gè)，其中灌前孔48個(gè)，灌后孔51個(gè)。灌漿前后聲波測(cè)試分析成果見表2。
　　表2 灌漿前后聲波測(cè)試分析成果

部位	灌前平均波速（m/s）	灌后平均波速（m/s）	波速提高率（%）
右導(dǎo)墻	1780	2134	19.89
左導(dǎo)墻	1941	2275	17.21
閘室段	2038	2247	10.26

　　從表2聲波孔的測(cè)試結(jié)果可以看出，經(jīng)過基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理后，基巖的波速提高較大，灌后波速增長(zhǎng)率均大于3%的設(shè)計(jì)要求，表明通過灌漿后提高了建基面巖體的強(qiáng)度，灌漿效果明顯。
　　4.2 帷幕灌漿
　　4.2.1帷幕灌漿試驗(yàn)
　　(1)試驗(yàn)區(qū)的選定
　　由于工程合同書中要求不得在帷幕灌漿線上進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，灌漿試驗(yàn)區(qū)選定在泄洪閘右邊導(dǎo)墻“十”字交叉縱向廊道內(nèi)下游部位。
　　(2)孔位布置
　　試驗(yàn)區(qū)長(zhǎng)5.0m，布置單排灌漿試驗(yàn)孔。灌漿孔均為垂直孔，孔距為2.0m，分兩序施工，孔深為深入基巖10.0m，共布置3個(gè)孔。通過固結(jié)灌漿施工經(jīng)驗(yàn)，由于100B型鉆機(jī)鉆孔較難滿足帷幕孔孔斜精度要求以及廊道內(nèi)通風(fēng)條件差，不利于干式法鉆孔，從而在帷幕灌漿試驗(yàn)孔鉆孔中嘗試采用SGZ-IIIA型地質(zhì)鉆在粘土巖巖層中鉆孔的可鉆性和取芯效果;開孔孔徑為φ91mm，終孔孔徑為φ56mm。
　　(3)灌漿參數(shù)的選取及確定
　　針對(duì)粘土巖巖性特點(diǎn)，鉆孔結(jié)束后不進(jìn)行裂隙沖洗，采用無壓大流量從孔底向孔外沖洗，盡量縮短沖洗時(shí)間;帷幕灌漿試驗(yàn)采用二序施工、孔口封閉、自上而下分段，孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法，其中第一段段長(zhǎng)2.0m,第二段段長(zhǎng)3.0m,第三段段長(zhǎng)5.0m。灌漿壓力第一段(孔口段)為0.5Mpa，第二段 為0.8Mpa，第三段為 1.5Mpa;灌漿壓力第二段按照Phi=0.5+0.1×(hi-a)控制，第三段按照Phi=0.5+0.13×(hi-a)控制，其中hi為孔深，a為第一段孔深。
　　經(jīng)帷幕灌漿試驗(yàn)檢查孔防滲效果檢查結(jié)果顯示，滿足設(shè)計(jì)防滲要求，從而驗(yàn)證了擬定的施工工藝和方法，灌漿參數(shù)及灌漿水灰比是適宜的，即采用3：1、2：1、1：1、0.5：1(重量比)四個(gè)比級(jí)水灰比作為泄洪閘帷幕灌漿用水灰比，開灌水灰比為3：1。
　　4.2.2鉆孔施工
　　經(jīng)帷幕灌漿試驗(yàn)鉆孔和取芯的實(shí)踐證明，在粘土巖巖層中鉆孔采用地質(zhì)鉆是可行的，取芯效果明顯。這樣便于鉆孔偏斜率控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，從而確保了帷幕灌漿施工質(zhì)量，改善了廊道內(nèi)的施工環(huán)境，達(dá)到了安全文明施工的要求。 帷幕孔鉆孔采用φ91mm金剛石鉆頭開孔、φ56mm終孔。鉆孔機(jī)械采用SGZ-ⅢA型地質(zhì)鉆機(jī)。在鉆孔過程中關(guān)鍵是采用小水量、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，才能取得較好的鉆孔效果。
　　4.2.3灌漿工藝、方法
　　帷幕灌漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段法施工。由于入巖深度只有10.0m，灌漿最大壓力為1.5MPa。灌漿壓力及段長(zhǎng)見表3。灌漿機(jī)械為SGB6-10型灌漿泵。灌漿材料為中熱525#硅酸鹽水泥。灌漿布置采用集中制漿，將0.5：1水灰比的濃漿用泵送至施工現(xiàn)場(chǎng)，再根據(jù)需要加水兌制相應(yīng)比級(jí)的漿液進(jìn)行灌漿。
　　4.2.4質(zhì)量檢查及效果分析
　　由監(jiān)理工程師指定檢查孔位置。檢查方法均以壓水試驗(yàn)為主，結(jié)合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄和測(cè)試成果等評(píng)定其質(zhì)量。
　　表3 灌漿壓力表

段號(hào)	段長(zhǎng)（m）	灌漿壓力（MPa）	入巖深度（m）
1	2.0	0.5	2.0
2	3.0	0.8	5.0
3	5.0	1.5	10.0

　　帷幕灌漿效果主要通過以下幾方面進(jìn)行分析：
　　(1)灌漿耗灰量分析
　　從壩基帷幕灌漿各次序孔平均單位耗灰量和平均單位耗灰量區(qū)間統(tǒng)計(jì)成果中可以看出，I、II序孔的平均單位耗灰量分別為497kg/m、134kg/m，遞減率達(dá)73%，表明I序孔單位耗灰量大于II序孔平均單位耗灰量。由此可見，隨著孔序的增加，二者遞減效果顯著，符合隨孔序的增加而水泥單耗逐漸減少的灌漿原則，符合一般灌漿規(guī)律。另外從單位耗灰量區(qū)間分析，I序孔共施工63段，200～500kg/m的區(qū)間占40%，大于500kg/m的區(qū)間占60%;II序孔共施工63段，小于10kg/m的區(qū)間占5%，10～50kg/m的區(qū)間占10%，50～100kg/m的區(qū)間占8%，100～200kg/m的區(qū)間占28%，200～500kg/m的區(qū)間占44%，大于500kg/m的區(qū)間占5%。 通過以上數(shù)據(jù)說明該部位巖體可灌性較好，對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿施工的效果明顯，提高了壩基巖體的防滲能力，起到了防滲作用。各次序孔灌漿綜合成果統(tǒng)計(jì)見表4。
　　表4 各次序孔灌漿綜合成果統(tǒng)計(jì)

灌漿 次序	孔數(shù)	灌漿總長(zhǎng)(m)	水泥耗灰量(㎏)	平均單位耗灰量(㎏/m)	單位注入量(kg/m)
					總段數(shù)	<10	10～50	5～100	100～200	200～500	>500
I	21	210	154285	497	63					25∕40	38∕60
II	21	210	40422	134	63	3∕5	6∕10	5∕8	10∕28	28∕44	3∕5

　　(2)壓水試驗(yàn)分析：
　　通過對(duì)檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)的成果來看，檢查孔共壓水9段，平均透水率q為0.00 Lu，小于設(shè)計(jì)要求的透水率。由此可見，防滲性能滿足設(shè)計(jì)的防滲標(biāo)準(zhǔn)，表明帷幕灌漿效果明顯，達(dá)到了帷幕防滲的目的。
　　(3)聲波測(cè)試成果分析
　　從檢查孔灌前后波速圖看，在高程▽1866～▽1868、▽1860～▽1864之間波速有不同程度的提高，特別是在高程▽1860～▽1862之間提高幅度較大。灌前實(shí)測(cè)波速為1887～2564m/s，波速Vp平均值為2179m/s，灌后實(shí)測(cè)波速為2041～2500m/s，波速Vp平均值為2250m/s，灌漿前后波速平均提高率為3.29%,表明該部位的可灌性較好,灌漿在此部位起到了明顯的作用,灌后波速較灌前有相應(yīng)的提高。
　　(4)檢查孔取芯分析
　　從檢查孔取芯看，檢1、2、3的巖芯中不同程度地發(fā)現(xiàn)有水泥結(jié)石充填在水平裂隙中，且膠結(jié)緊密，有一定的硬度，這表明水泥灌漿是可以達(dá)到防滲效果的。同時(shí)在粘土巖基巖中所鉆取的巖芯比較完整，呈柱狀，其RQD值為65%，巖芯獲得率達(dá)到了87%，這也說明了在粘土巖鉆孔施工中采用小水量、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)的方法是成功的，滿足了孔斜精度的要求，保證了帷幕的施工質(zhì)量。
　　5 結(jié)語
　　蘇只水電站泄洪閘工程粘土巖基礎(chǔ)灌漿施工是在結(jié)合工程地質(zhì)、灌漿廊道的布置特點(diǎn)，通過進(jìn)行固結(jié)、帷幕灌漿試驗(yàn)所取得的成果，采取了相應(yīng)的灌漿參數(shù)、施工工藝和方法。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)粘土巖巖體具有一定的可灌性，通過基礎(chǔ)灌漿提高了基巖的整體性，對(duì)壩基起到了較好的加固作用，增強(qiáng)了壩基巖體的防滲性能，防滲效果滿足設(shè)計(jì)要求，為今后同類基礎(chǔ)巖體的施工積累了較為重要的施工經(jīng)驗(yàn)。