(雅礱江流域水電開發(fā)公司 桐子林工程建設(shè)管理局，四川 攀枝花 617100)

1 研究背景

桐子林水電站系雅礱江下游最末一個(gè)梯級電站，是一座以發(fā)電為主的綜合利用水利樞紐，屬Ⅱ等大(二)型工程。大壩壩頂軸線長439.73 m，壩頂高程1 020.00 m，最大壩高69.50 m。河床式電站共裝4臺ZZ-LH-1020型水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量150 MW，總裝機(jī)600 MW，多年平均發(fā)電量29.75 億kW·h。水庫正常蓄水位為1 015.00 m，死水位為1 012.00 m。壩基防滲采用平行大壩軸線布置的懸掛式帷幕，分別布置于左右岸灌漿平洞及壩基1號灌漿排水廊道，閘壩護(hù)坦區(qū)域防滲帷幕沿3號灌漿排水廊道及下游2號灌漿排水廊道布置，形成半圍合格局。帷幕灌漿設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為灌后巖體透水率q≤5 Lu，幕后揚(yáng)壓力折減系數(shù)α≤0.25。

桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程施工中，河床壩基大部分灌漿孔段出現(xiàn)了涌水及“回漿變濃”等現(xiàn)象，后經(jīng)多次灌漿試驗(yàn)并采取調(diào)整漿材細(xì)度(采取濕磨細(xì)水泥和干磨細(xì)水泥灌注)、提高灌漿壓力、縮小孔排距、漿液置換、屏漿待凝等措施后，帷幕灌漿施灌效果滿足設(shè)計(jì)要求。

目前，國內(nèi)已建或在建的水電站壩基帷幕灌漿工程中出現(xiàn)“回漿變濃”現(xiàn)象的工程實(shí)例不少，如20世紀(jì)90年代建成發(fā)電的湖南五強(qiáng)溪水電站、皂市水電站[1]，近期建成發(fā)電的湖南托口水電站[2]、四川大崗山水電站[3]、錦屏一級水電站[4]、溪洛渡水電站[5]等，業(yè)界同仁對出現(xiàn)“回漿變濃”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因、判定標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)處理措施及其實(shí)施效果均有不少研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[6-8]，但在灌漿孔段水泥灌入量的計(jì)量中如何考慮“回漿變濃”影響的相應(yīng)計(jì)量方法未見論述，國家及行業(yè)的相關(guān)規(guī)程規(guī)范也沒有明確規(guī)定。本文擬就桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程“回漿變濃”孔段水泥灌入量計(jì)量方法的研究與確定過程與業(yè)界同仁共同探討分享。

2 問題的提出

在桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程實(shí)施過程中，項(xiàng)目業(yè)主、工程監(jiān)理、項(xiàng)目承包單位就 “回漿變濃”孔段水泥灌入量如何計(jì)量展開過多次討論，并各持己見。項(xiàng)目承包單位和監(jiān)理單位認(rèn)為，“回漿變濃”孔段灌漿施工時(shí)，雖然灌漿自動記錄儀記錄的水泥灌入量中包含有部分水，但水的灌入同樣存在人工消耗與設(shè)備損耗成本，要求將灌漿自動記錄儀記錄的水泥灌入量當(dāng)成“回漿變濃”孔段的水泥灌入量；灌漿管路中密度計(jì)記錄的密度變化包含人工配漿等施工操作及設(shè)備運(yùn)行等原因產(chǎn)生的施工誤差。項(xiàng)目業(yè)主認(rèn)為，雖然工程合同文件及現(xiàn)行國家和行業(yè)的規(guī)程規(guī)范沒有明確規(guī)定“回漿變濃”孔段水泥灌入量如何計(jì)量，但業(yè)界同仁都認(rèn)為水泥灌入量的定義已經(jīng)相當(dāng)明確，即“灌入地層中的水泥量”，而灌入地層中的水是不應(yīng)予以計(jì)量的。至于灌漿施工時(shí)因地層“回漿變濃”的影響而造成人工消耗與設(shè)備損耗，這是任何一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的合格承包單位在投標(biāo)時(shí)應(yīng)該考慮到的風(fēng)險(xiǎn)。“回漿變濃”孔段的水泥灌入量必須將灌漿自動記錄儀記錄的灌入巖體漿液體積所含的水泥量扣減因灌漿孔段“回漿變濃”的影響量，具體計(jì)算時(shí)，考慮灌漿過程中人工操作與設(shè)備運(yùn)行的施工誤差所產(chǎn)生的影響[9-10]。

3 解決方案

本著以事實(shí)為基礎(chǔ)、以合同為準(zhǔn)繩、有利于問題解決的原則，參建各方經(jīng)共同討論與研究，形成了桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程“回漿變濃”孔段水泥灌入量計(jì)算方法解決方案：即將灌漿系統(tǒng)密度計(jì)的施工誤差作為灌漿孔段“回漿變濃”判定標(biāo)準(zhǔn)。帷幕灌漿孔段施灌過程中的某一灌漿時(shí)段內(nèi)，當(dāng)灌漿系統(tǒng)回漿密度增加的變化率小于系統(tǒng)的施工誤差，則判定該孔段屬于正常灌漿孔段，其實(shí)際的水泥灌入量即灌漿自動記錄儀記錄的水泥灌入量；若灌漿系統(tǒng)回漿密度增加的變化率大于系統(tǒng)的施工誤差時(shí)，則判定該孔段屬于“回漿變濃”孔段，其實(shí)際的水泥灌入量為灌漿自動記錄儀記錄的灌入巖體漿液體積所含水泥量扣減灌漿孔段因“回漿變濃”的影響量。并以灌漿孔段灌漿過程中同級水灰比的灌注過程作為一個(gè)計(jì)算階段來計(jì)算灌漿孔段各級水灰比灌注過程的實(shí)際水泥灌入量，然后累計(jì)求和來計(jì)算孔段灌漿全過程的實(shí)際水泥灌入量。

3.1 灌漿系統(tǒng)的施工誤差確定

桐子林水電站帷幕灌漿工程自開工之初即形成了利用灌漿施工設(shè)備、計(jì)量器具等定期校驗(yàn)的質(zhì)量管理制度，工程監(jiān)理單位每周定期或在灌漿系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)場時(shí)組織相關(guān)人員對灌漿系統(tǒng)中的自動記錄儀、流量計(jì)、密度計(jì)及壓力計(jì)進(jìn)行配套校驗(yàn)率定并簽字貼封條，以保證灌漿系統(tǒng)施工設(shè)備與計(jì)量器具施工誤差在規(guī)程規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)[11-12]。全面統(tǒng)計(jì)帷幕灌漿工程自開工到施工完成時(shí)段內(nèi)灌漿系統(tǒng)配套校驗(yàn)率定時(shí)密度計(jì)正誤差的統(tǒng)計(jì)平均值(負(fù)誤差不計(jì)入統(tǒng)計(jì)范圍)，將其作為灌漿系統(tǒng)密度計(jì)的施工誤差。

3.2 水泥灌入量計(jì)算方法

3.2.1分析思路

灌漿孔段產(chǎn)生“回漿變濃”現(xiàn)象的主要原因是巖體中廣泛存在細(xì)微劈理帶、裂隙密集帶，漿液中的水分自孔壁的節(jié)理裂隙進(jìn)入巖體，而顆粒較粗的水泥顆粒無法通過細(xì)微節(jié)理裂隙進(jìn)入巖體而滯留于灌漿系統(tǒng)內(nèi)，致使灌漿系統(tǒng)回漿密度隨灌注時(shí)間增加而逐漸增大，灌注時(shí)間越長，漿液變濃越明顯。

目前，國內(nèi)灌漿自動記錄儀記錄的水泥灌入量是通過累積單位時(shí)間段內(nèi)漿液密度與注入漿液體積的乘積來計(jì)算的，因此，自動記錄儀記錄到的水泥灌入量不能代表“回漿變濃”孔段的實(shí)際水泥灌入量，但帷幕灌漿過程中同一施灌時(shí)段內(nèi)灌入地層中的水泥量與灌漿系統(tǒng)內(nèi)水泥量之和是恒定不變的, “回漿變濃”孔段的實(shí)際水泥灌入量可據(jù)此進(jìn)行計(jì)算確定。即：自動記錄儀記錄到的灌入巖體漿液體積所含水泥量+開灌時(shí)灌漿系統(tǒng)漿液中的水泥量=實(shí)際水泥灌入量+灌漿結(jié)束時(shí)灌漿系統(tǒng)留存漿液中的水泥量。

3.2.2計(jì)算方法

現(xiàn)以壩基帷幕灌漿孔段的一般施工工況來推導(dǎo)“回漿變濃”孔段水泥灌入量計(jì)算公式。壩基帷幕灌漿某一灌漿孔段鉆孔灌漿基本參數(shù)包括：鉆孔孔深H，鉆孔半徑R，灌漿系統(tǒng)采取“小循環(huán)”方式布置，灌漿進(jìn)回漿管路長度L，進(jìn)回漿管內(nèi)徑r，灌漿用水泥密度為ρ，帷幕灌漿采取孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)施工工藝。灌漿施工于T1i時(shí)刻開灌，漿液開灌水灰比Nai，漿液密度Dai，灌注至某一時(shí)刻Tix時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)漿液密度為Dix，發(fā)現(xiàn)漿液回漿變濃很明顯，利用新鮮漿液置換一次(置換新鮮漿液水灰比與原開灌漿液水灰比一致)，灌注至T2i時(shí)灌漿達(dá)到水灰比變換條件，變換為下一級水灰比繼續(xù)灌注，此時(shí)(T2i)系統(tǒng)內(nèi)漿液密度為Dbi，自動記錄儀記錄到的灌入巖體漿液體積為Vi。

則該“回漿變濃”孔段在同一水灰比級(Ni∶1)灌注過程中實(shí)際水泥灌入量(Wi)=自動記錄儀記錄到的灌入巖體漿液體積(Vi)所含水泥量(Qi)+T1i時(shí)灌漿系統(tǒng)中漿液的水泥量(Gai)-T2i時(shí)灌漿系統(tǒng)留存漿液的水泥量(Gbi)+換漿后開始灌漿時(shí)系統(tǒng)漿液中的水泥量(Gai)-替換漿液產(chǎn)生的廢棄漿量中的水泥量(Gix)。Gai、Gix、Gbi、Qi均可由水泥漿液的水泥重量與水泥漿液密度的關(guān)系計(jì)算得到：

(1)

(2)

(3)

(4)

桐子林水電站壩基帷幕灌漿施工時(shí)，因河床壩段大量灌漿孔段存在涌水現(xiàn)象而需采取屏漿待凝等措施處理，為減少射漿管堵塞事故并降低事故處理難度，提高施工工效，采取Φ20 PVC管替代鉆桿作為射漿管，因其管壁很薄(小于0.5 mm)，射漿管體積占比很少，計(jì)算時(shí)忽略了射漿管體積的影響：

V0=πr2L+πR2H

同一級水灰比灌漿過程中系統(tǒng)內(nèi)灌注漿液密度(Dai、Dix、Dbi)及水灰比(Nai)均可在自動記錄儀打印的原始記錄表中查得，因此，“回漿變濃”孔段某一級水灰比灌注過程中實(shí)際水泥灌入量可以通過如下公式直接計(jì)算得到：

(5)

(6)

式中，m為漿液置換次數(shù)。

“回漿變濃”孔段實(shí)際水泥灌入量(W)則為各級水灰比灌注過程中實(shí)際水泥灌入量的累計(jì)總量：

(7)

式中，n為灌漿施工的水灰比級數(shù)。

桐子林水電站壩基帷幕灌漿施工灌漿水灰比一般采用3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1共5級，其變化因子i取1，2，3，4，5時(shí)，Nai分別對應(yīng)取值為3.0，2.0，1.0，0.8，0.5。Dix、Dbi、Vi、Dai可在對應(yīng)的原始灌漿記錄表中查得。據(jù)現(xiàn)場帷幕灌漿施工經(jīng)驗(yàn)，每一個(gè)灌漿孔段很少采用多級水灰比灌注結(jié)束的，一般采取1～2級水灰比即可灌注結(jié)束，但漿液置換次數(shù)最多達(dá)4次?！盎貪{變濃”孔段實(shí)際水泥灌入量(W)的計(jì)算公式看似復(fù)雜繁瑣，但在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時(shí)利用Excel表格的計(jì)算功能使得計(jì)算操作既簡單又快捷。只要將灌漿孔段的鉆孔及灌漿系統(tǒng)進(jìn)回漿管的基本參數(shù)、每級水灰比灌漿參數(shù)、每次漿液置換時(shí)的灌漿參數(shù)及相應(yīng)的計(jì)算公式分別輸入預(yù)先定制的Excel表格進(jìn)行自動計(jì)算，即可得到每級水灰比灌注、每次漿液置換因孔段“回漿變濃”影響的扣減量及灌漿孔段的實(shí)際水泥灌入量。

3.2.3計(jì)算實(shí)例

現(xiàn)以4號壩段1單元WM-1-102號孔第3段的灌漿施工記錄來計(jì)算該孔段的實(shí)際水泥灌入量。其鉆孔灌漿基本參數(shù)為：鉆孔孔深16.9 m，鉆孔半徑0.028 m，灌漿系統(tǒng)采取“小循環(huán)”方式布置，管路占漿量為2.48×10-2m3，灌漿用水泥密度為3.15×103kg/m3，帷幕灌漿采取孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)的施工工藝。灌漿施工于2014年6月24日9：50：05開灌，開灌時(shí)水灰比為3∶1，漿液密度為1.20×103kg/m3，灌注至12：25：15時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)漿液密度為1.51×103kg/m3，漿液置換一次(置換新鮮漿液水灰比為3∶1)，繼續(xù)灌注至13：17：00時(shí)達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)條件，結(jié)束該孔段灌漿。此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)漿液密度為1.32×103kg/m3，自動記錄儀錄到的灌入巖體漿液體積為0.506 m3，自動記錄儀記錄到的水泥灌入量為179.1 kg。根據(jù)公式(7)可計(jì)算出該孔段實(shí)際水泥灌入量為113.5 kg，僅占本孔段自動記錄儀記錄到的水泥灌入量179.1 kg的63.4%。

該孔段因“回漿變濃”的影響而核減的工程量(水泥灌入量)為65.6 kg，占實(shí)際水泥灌入量的57.7%，占自動記錄儀記錄到的水泥灌入量的36.6%。

3.3 應(yīng)用結(jié)果

桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程共施工完成1 302個(gè)孔，其中灌漿孔1 161個(gè) ，檢查孔141個(gè)；總計(jì)完成混凝土鉆孔4 865.00 m，基巖鉆孔33 064.09 m，水泥灌入總量(鉆孔封孔灌漿用水泥量未予統(tǒng)計(jì))3 870 408.65 kg。考慮到水灰比大于2∶1的水泥漿液中水泥含量少，漿液因“回漿變濃”對灌漿孔段實(shí)際水泥灌入量的影響更少；帷幕灌漿工程“回漿變濃”孔段實(shí)際水泥灌入量的計(jì)算過程中，對于灌漿結(jié)束水灰比大于2∶1孔段的實(shí)際水泥灌入量計(jì)算時(shí)沒有考慮孔段 “回漿變濃”的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，帷幕灌漿孔中175個(gè)孔的627段因出現(xiàn)“回漿變濃”現(xiàn)象而進(jìn)行了工程量(孔段水泥灌入量)核減計(jì)算，其各孔段灌漿自動記錄儀記錄到的水泥灌入量為395 869.50 kg，其各孔段實(shí)際水泥灌入量為178 591.60 kg，僅占自動記錄儀記錄到的水泥灌入量的45.1%；因“回漿變濃”原因核減的工程量為217 277.90 kg，占自動記錄儀記錄到的水泥灌入量的54.9%，占桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程水泥灌入總量的5.6%。

4 結(jié) 語

桐子林水電站壩基帷幕灌漿工程“回漿變濃”孔段水泥灌入量計(jì)量時(shí)采取核減 “回漿變濃”影響的計(jì)算方法符合客觀實(shí)際、工程合同及現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求，在不損害項(xiàng)目承建單位正當(dāng)利益的同時(shí)，有利于工程項(xiàng)目計(jì)量工作的進(jìn)一步規(guī)范管理及合理減少工程項(xiàng)目業(yè)主的工程建設(shè)成本。

對于大壩基礎(chǔ)存在細(xì)微裂隙密集帶較發(fā)育且有可能出現(xiàn)“回漿變濃”的類似工程項(xiàng)目，帷幕灌漿施工時(shí)建議采取“小循環(huán)”方式布置灌漿系統(tǒng)，以免因工程計(jì)量考慮“回漿變濃”的影響而增加灌漿操作人員的工作量；并嚴(yán)格落實(shí)灌漿系統(tǒng)自動記錄儀、流量計(jì)、密度計(jì)及壓力計(jì)等施工計(jì)量設(shè)備定期配套校驗(yàn)、率定并簽字貼封條的定期檢驗(yàn)制度。