摘 要：蘇只水電站樞紐區(qū)建基面為軟弱粘土巖基礎，由于粘土巖的成層性和連續(xù)性較差，抗風化能力弱，具有遇水易泥化、失水易崩解、干縮的特點。因而在粘土巖基礎上進行灌漿時，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灌漿參數(shù)的優(yōu)化選擇，通過基礎灌漿對提高基礎面巖體的強度、完整性及防滲性具有明顯的作用，為今后同類基礎巖體的灌漿施工積累了較為重要的施工經(jīng)驗。
　　關鍵詞：蘇只水電站 粘土巖 基礎灌漿 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對外公路與公伯峽對外公路相接，對外交通十分便利，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、右岸復合土工膜防滲堆石壩及開關站等建筑物組成。
　　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，延伸長度一般3～5m。粘土巖物理力學性質(zhì)主要表現(xiàn)為強度低、抗風化能力弱、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，因而對粘土巖基礎要采取固結(jié)和防滲處理，以改善壩基承載、壓縮等力學性質(zhì)和滲透穩(wěn)定條件。
　　3 固結(jié)、帷幕設計布置情況
　　依據(jù)蘇只水電站樞紐區(qū)泄洪閘建筑物的布置型式，設計人員對壩基固結(jié)灌漿區(qū)域主要布置在泄洪閘的進、出口部位、消力池與護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進行設計。針對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進行設計。
　　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塊，進行固結(jié)灌漿試驗和帷幕灌漿試驗，通過灌漿試驗成果的分析，對部分灌漿參數(shù)及施工方法進行了優(yōu)化選擇，從而確定在粘土巖基礎上進行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的有關施工參數(shù)，為指導主體固結(jié)、帷幕灌漿施工，提高壩基巖體強度及整體性，并為確保帷幕灌漿滿足電站防滲要求奠定基礎。
　　4.1固結(jié)灌漿
　　4.1.1固結(jié)灌漿試驗
　　(1)試驗區(qū)的選定
　　根據(jù)泄洪閘右邊導墻各段蓋重混凝土施工的現(xiàn)場情況與地質(zhì)條件，灌漿試驗區(qū)選定在泄洪閘右邊導墻N段，進行生產(chǎn)性灌漿試驗。
　　(2)孔位布置
　　試驗區(qū)長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，固結(jié)灌漿鉆孔采用100B型鉆機干式?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，按設計要求灌漿前不再進行裂隙沖洗和簡易壓水，采用0.3Mpa的高壓風對孔壁進行沖洗。灌漿試驗時選用孔內(nèi)循環(huán)式和純壓式兩種灌漿方法，灌漿孔分兩序進行，全孔一段進行灌漿;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。
　　通過右邊導墻N段的生產(chǎn)性灌漿試驗結(jié)果，驗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，并全孔一次進行灌漿，將3：1、2：1、1：1、0.5：1(重量比)四個比級水灰比作為固結(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后確定的四級水灰比逐級變濃的原則進行漿液變換，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，灌漿時進行抬動觀測，如發(fā)生抬動立即減壓。當Q<1.0L/min時,達到設計壓力后繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束。
　　4.1.3質(zhì)量檢查及效果分析
　　針對蘇只電站基巖巖性情況，結(jié)合固結(jié)灌漿試驗成果，按設計要求灌后不做壓水試驗，在固結(jié)灌漿施工時只做巖體灌漿前、后的聲波測試，以便對照灌漿前、后的波速變化關系，作為固結(jié)灌漿效果檢查和質(zhì)量評定的主要依據(jù)。
　　固結(jié)灌漿效果主要通過以下幾方面進行分析：
　　(1)灌漿耗灰量分析
　　基礎固結(jié)灌漿已完成1050個孔，累計鉆孔及灌漿5516m，耗用水泥1415t，平均單耗257㎏/m。各次序孔灌漿成果統(tǒng)計及耗灰量見表1。
　　表1 各次序孔灌漿成果統(tǒng)計

孔序	段長（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，說明灌漿設計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間較長，從而導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)聲波測試成果分析
　　鉆孔聲波測試是判斷壩基開挖松弛厚度，評價壩基巖體質(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，對每個分塊布置1～2組聲波測試孔，每組由3個孔并列組成。這些聲波測試孔在灌漿前進行一次聲波測試，待各序孔灌漿完成14d后，對測試孔進行原位掃孔，再進行灌漿后的聲波檢測。將灌前灌后測試結(jié)果進行對比，評價灌漿效果。整個泄洪閘壩基固結(jié)灌漿檢測中，共完成測試孔51個，其中灌前孔48個，灌后孔51個。灌漿前后聲波測試分析成果見表2。
　　表2 灌漿前后聲波測試分析成果

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

　　從表2聲波孔的測試結(jié)果可以看出，經(jīng)過基礎固結(jié)灌漿處理后，基巖的波速提高較大，灌后波速增長率均大于3%的設計要求，表明通過灌漿后提高了建基面巖體的強度，灌漿效果明顯。
　　4.2 帷幕灌漿
　　4.2.1帷幕灌漿試驗
　　(1)試驗區(qū)的選定
　　由于工程合同書中要求不得在帷幕灌漿線上進行灌漿試驗，根據(jù)現(xiàn)場的施工情況，灌漿試驗區(qū)選定在泄洪閘右邊導墻“十”字交叉縱向廊道內(nèi)下游部位。
　　(2)孔位布置
　　試驗區(qū)長5.0m，布置單排灌漿試驗孔。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個孔。通過固結(jié)灌漿施工經(jīng)驗，由于100B型鉆機鉆孔較難滿足帷幕孔孔斜精度要求以及廊道內(nèi)通風條件差，不利于干式法鉆孔，從而在帷幕灌漿試驗孔鉆孔中嘗試采用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
　　針對粘土巖巖性特點，鉆孔結(jié)束后不進行裂隙沖洗，采用無壓大流量從孔底向孔外沖洗，盡量縮短沖洗時間;帷幕灌漿試驗采用二序施工、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2.0m,第二段段長3.0m,第三段段長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)帷幕灌漿試驗檢查孔防滲效果檢查結(jié)果顯示，滿足設計防滲要求，從而驗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)四個比級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)帷幕灌漿試驗鉆孔和取芯的實踐證明，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計允許范圍內(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。鉆孔機械采用SGZ-ⅢA型地質(zhì)鉆機。在鉆孔過程中關鍵是采用小水量、低轉(zhuǎn)速鉆進，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。灌漿壓力及段長見表3。灌漿機械為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，再根據(jù)需要加水兌制相應比級的漿液進行灌漿。
　　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為主，結(jié)合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄和測試成果等評定其質(zhì)量。
　　表3 灌漿壓力表

段號	段長（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，對壩基進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)計見表4。
　　表4 各次序孔灌漿綜合成果統(tǒng)計

灌漿 次序	孔數(shù)	灌漿總長(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)壓水試驗分析：
　　通過對檢查孔進行壓水試驗的成果來看，檢查孔共壓水9段，平均透水率q為0.00 Lu，小于設計要求的透水率。由此可見，防滲性能滿足設計的防滲標準，表明帷幕灌漿效果明顯，達到了帷幕防滲的目的。
　　(3)聲波測試成果分析
　　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。灌前實測波速為1887～2564m/s，波速Vp平均值為2179m/s，灌后實測波速為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到防滲效果的。同時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灌漿施工是在結(jié)合工程地質(zhì)、灌漿廊道的布置特點，通過進行固結(jié)、帷幕灌漿試驗所取得的成果，采取了相應的灌漿參數(shù)、施工工藝和方法。經(jīng)過實踐檢驗粘土巖巖體具有一定的可灌性，通過基礎灌漿提高了基巖的整體性，對壩基起到了較好的加固作用，增強了壩基巖體的防滲性能，防滲效果滿足設計要求，為今后同類基礎巖體的施工積累了較為重要的施工經(jīng)驗。