兩河口水電站慶大河攔水壩帷幕灌漿試驗

黃 輝，施召云，葉秋強

（雅礱江流域水電開發有限公司兩河口建設管理局，四川雅江 627450）

1 概 況

1.1 工程概述

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游梯級電站的“龍頭水庫”，壩址位于鮮水河河口以下約1.8 km河段上，控制流域面積約65 599 km2，壩址處多年平均流量670 m3/s，水庫正常蓄水位2 865.0 m，相應庫容101.54億m3，死水位2 785.00 m，調節庫容65.6億m3，水庫具有多年調節能力，電站裝機容量300萬kW，多年平均發電量113.68億kW·h。

慶大河溝水處理工程擋水壩壩頂高程2 684.00 m，最大壩高約54.40m。壩頂寬10.00 m，壩頂軸線長約148.35 m，上游邊坡為 1∶2.5，下游邊坡為1∶2.5。攔水壩兩岸地層為T3xd新都橋組砂質板巖夾變質砂巖，層面產狀N55°W/NE∠70°，岸坡淺表層巖體大部分為弱風化強卸荷帶，壩體防滲采用土工膜心墻、壩基混凝土防滲墻及壩基、壩肩帷幕灌漿體系進行。此工程設計采用單排帷幕對壩體基巖進行防滲處理。

1.2 攔水壩帷幕灌漿目的

根據設計下發的灌漿試驗技術要求及相關參數，選擇合理的施工程序，良好的施工工藝、合宜的灌漿材料和最優的漿液配合比，確定滿足壩基帷幕設計標準的鉆孔沖洗、灌漿材料、灌漿孔及灌漿參數（孔距、排距、防滲帷幕厚度等）、施工工藝（包括灌漿壓力、注漿率、漿液濃度等）等技術參數和數據，使帷幕灌漿設計和施工更符合實際情況，灌漿孔布置更為合理。

1.3 試驗區選擇及孔位布置

灌漿試驗段布置在右岸壩坡碴場臨時道路以下已澆筑蓋板上，試驗段內沿壩軸線布置1排試驗孔，共5個試驗孔，其中2個I序孔、1個II序孔、2個III序孔，試驗孔間距2 m。其中2個I序孔作為先導孔，利用先導孔鉆孔取芯對基巖地質情況進行復勘，先導孔孔深按50m控制，其它灌漿孔按照灌前巖體透水率小于0.1 L/(min·m·m)即可終孔的原則進行。具體見圖1。

圖1 帷幕灌漿試驗區孔位布置圖

1.4 帷幕灌漿試驗需解決的難題

1）因該攔水壩壩基巖體防滲僅設置為單排帷幕，故各單孔帷幕灌漿孔斜控制要求極高，如孔斜控制不滿足要求，施工完成后無法形成連續整體帷幕線，攔水壩蓄水期將會出現“漏點”，嚴重影響兩河口電站主體大壩基坑施工，為此試驗過程中必須制定可行的孔斜控制工藝及措施。

2）因帷幕灌漿孔布置在攔水壩蓋板混凝土壩軸線位置，岸坡淺表層巖體大部分為弱風化強卸荷帶，灌漿施工過程中不可避免的會出現在蓋板混凝土周邊位置壩體漏、冒漿及大耗漿情況，為此試驗過程中必須采取可行、的控制措施以保證施工質量及控制工程投資。

2 帷幕灌漿施工

2.1 抬動觀測裝置安裝與基巖抬動變形觀測

在灌漿試驗區域的中部位置安設抬動觀測裝置，在灌漿前安裝調試完畢。抬動觀測孔采用φ75 mm金剛石鉆具回轉鉆進，鉆孔總孔深5.8 m，抬動觀測裝置如圖2所示。抬動變形觀測采用千分表測量，在灌漿過程中，抬動值控制在0.1 mm以內，如果發現變形值達到或超過0.1 mm，采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施進行處理，避免破壞蓋板混凝土。

圖2 抬動觀測裝置示意圖

說明：1.圖中單位為cm。2.千分表距灌漿孔的距離由灌漿混凝土影響的范圍確定。

2.2 帷幕灌漿方式方法

帷幕灌漿采用“孔內循環、孔口封閉、自上而下、分段灌漿”法進行灌漿施工，在孔口段灌漿完成后埋設孔口管，而后自上而下分段鉆進，其下各段安設孔口封閉器進行分段灌漿，如此循環鉆灌直至結束。

2.3 測放孔位

嚴格按照孔位布置圖布置孔位，孔位偏差不大于10 cm，在所測放孔位處設置明顯標記。

2.4 灌漿孔分序

帷幕灌漿分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ序施工，灌漿孔分序布置見圖3。

圖3 灌漿孔分序布置圖

2.5 灌漿孔鉆灌段長劃分

1）帷幕灌漿段長劃分為：第一段2 m，第二段3 m、以下各段一般為5 m，終孔段段長不大于6 m。在鉆灌過程中，可根據被灌巖石的裂隙發育程度、破碎情況、滲透性，結合鉆孔過程中巖性變化情況等因素經監理人批準來調整鉆灌段長。

2）根據設計技術要求及確定的施工方案，試驗單元中2個I序孔按照50 m進行施工，其他灌漿孔按照以下原則進行孔深控制：當灌漿段灌前壓水試驗透水率小于0.1 L/(min·m·m)，該孔段即為該孔終孔段，不再繼續進行灌漿施工。

2.6 鉆孔

1）鉆孔方向。灌漿孔沿鉛垂方向進行施工。

2）鉆孔孔斜。鉆孔孔斜必須嚴格的控制，所有鉆孔都要進行測斜。測斜使用KXP-1型測斜儀，為了控制鉆孔孔斜偏差，每段鉆孔完成后均應進行孔斜測量，鉆孔孔底最大允許偏差值要符合表1規定:

表1 最大允許偏差值

3）鉆孔方法。①帷幕灌漿先導孔（每單元1個Ⅰ序孔）、檢查孔采用φ75 mm金剛石單動雙管鉆具回轉鉆進；②帷幕灌漿孔采用φ75 mm金剛石單管鉆具回轉鉆進成孔。

4）孔口管埋設?？卓诠苈裨O長度為2.5 m，為避免混凝土抬動，孔口管應深入基巖0.5 m。因此，孔口管應在第一段灌漿結束后進行?？卓诠芏毋@孔結束后，將0.5∶1的純水泥漿液置于孔內，然后將φ89 mm的孔口管下入到孔底，并導正孔口管?？卓诠苌隙伺c灌孔孔口平，上接孔口封閉器，孔口封閉器與孔口管采用絲扣連接。

5）鉆孔孔斜質量保證措施。①開鉆前嚴格檢查鉆孔平臺的穩定性，鉆進過程中對鉆孔平臺穩定性進行經常性檢查，如果作業平臺不穩，則必須停止鉆孔施工進行加固處理。②鉆機與鉆孔平臺必須進行平面接觸并固定牢固，嚴禁鉆機機臺底面與鉆孔平臺呈“間接點”接觸狀態。③加強鉆孔過程中的孔斜測量，每鉆孔完成一段后及時進行孔斜測量。及時對偏差原因進行分析，制定糾偏方案。④根據鉆進過程中采取的巖芯、孔內返出巖粉顆粒及返水顏色對地層進行預測和判斷，嚴格控制回次進尺，遇破碎巖體時減少沒回次鉆進進尺。⑤增長巖芯管長度。將原長1.5 m的巖芯管加長為3.5 m。⑥當鉆進過程中由硬巖體換層進入軟巖體時，適當降低泵量，增加轉速高速鉆進，如果鉆速持續不降，適當增加壓力，使巖心堵塞后，提取巖芯。

2.7 裂隙沖洗

所有孔段在灌漿或壓水前必須采用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗有效壓力為該段灌漿壓力的80%，沖洗有效壓力大于1 MPa時，采用1 MPa，直至回水變清為止，經沖洗后的孔底沉積厚度不超過20 cm。遇地質情況特別復雜地段，鉆孔的沖洗手段應通過現場試驗，由監理工程師確定。

2.8 壓水試驗

1）壓水試驗方法選擇。先導孔采用“單點法”壓水試驗，其余各次序孔做簡易壓水試驗，檢查孔采用“五點法”壓水試驗。

2）單點法壓水試驗。帷幕灌漿孔單點法壓水試驗按DL/T 5148-2001附錄A（灌漿工程壓水試驗）執行。

①壓水試驗壓力值。帷幕灌漿孔單點法壓水試驗壓力值見表2。

表2 帷幕灌漿孔單點法壓水試驗壓力 MPa

②壓入流量穩定標準。在穩定的壓力下，每3～5 min測讀一次壓入流量，連續4次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，此階段試驗即可結束，取最終值作為計算值套入公式（1）進行計算，得出結果。

3）五點法壓水試驗

檢查孔五點法壓水試驗壓力值分別為0.3，0.6，1.0，0.6，0.3 MPa。五點法壓水試驗成果計算：以壓水試驗三級壓力中最大壓力（P）及其相應的壓入流量（Q）代入套入式（1）進行計算，得出結果。

4）簡易壓水試驗

簡易壓水壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。壓水20 min，每5 min測讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計算流量。其成果以透水率表示，按下式計算。

式中：q——透水率，L/(min·m·m)；Q——壓入流量，L/min；P——作用在試段內的全壓力，MPa；L——壓水試驗段長度，m。

2.9 灌漿

1）灌漿材料。①水泥：采用峨塔牌普通硅酸鹽水泥，強度等級為P.O42.5。水泥細度要求為通過80 m方孔篩的篩余量不大于5%。不使用受潮結塊的水泥，水泥不存放過久，出廠期超過2個月的水泥不使用。②水：符合拌制水工混凝土用水。水溫不得高于40℃。

2）灌漿主要設備、器具。①主要設備：XY-2鉆機，3SNS灌漿泵，高速攪拌機。②器具：孔口封閉器，射漿管，灌漿塞，高壓管路及接頭，壓力表等；灌漿自動記錄儀。

2.10 灌漿壓力

1）灌漿壓力初擬為：第一段0.4 MPa，第二段0.6 MPa，第三段1.0 MPa，再以下各段2.0 MPa，實際灌漿壓力可根據地質情況作適當調整。

2）灌漿壓力與注入率控制。①當地層吸漿量較?。ㄗ⑷肼什淮笥?0 L/min）時，盡快將灌漿壓力升到規定值，在規定的灌漿壓力下灌注。②當地層吸漿量較大時，將灌漿壓力分為幾個階段，逐級升高到規定的壓力值，并嚴格控制升壓速度，升壓速度與注入率協調，見表3。灌漿開始，如果吸漿量大時，使用最低一級的壓力灌注，當注入率減少到一定限度，則將壓力升高一級，如此進行下去，直到在規定壓力下，灌至注入率減少到結束標準時，可結束灌漿。

表3 灌漿壓力與注入率關系

③當抬動變形值超過規定值時，采取降低灌漿壓力或停止灌漿，并按指示進行。

2.11 漿液比級

選用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1（0.5∶1）7 個比級，開灌水灰比為5∶1（重量比級）。

2.12 灌漿結束標準

在該灌漿段最大設計壓力下，注入率不大于1 L/min時，再繼續灌注60 min即可結束灌漿。

2.13 特殊情況處理

1）冒漿、漏漿

為了較少因冒、漏漿造成灌漿漿液浪費而增大工程投資，在進行壓水試驗過程中如出現冒、漏水情況，直接采用W/C=0.5的濃漿進行灌注，灌注過程中如出現冒、漏漿而采用嵌縫、表面封堵等方法后效果不佳時，直接進行待凝處理，待凝8 h后掃孔進行復灌。

2）大耗漿量孔段

①灌漿過程中如出現異常大耗漿量孔段，先對灌漿區域周邊進行檢查，確認是否存在冒、漏漿情況，如存在，則采取以上方法進行處理。

②當進行壓水試驗時灌漿孔段出現無回水或回水很小情況時，直接采用W/C=0.5的濃漿進行灌注，灌注采用限流方式進行（控制流量在10～15 L/min），當灌注單耗達到200 kg/m時灌漿壓力無上升、流量無減小趨勢時，采取待凝進行處理，待凝8 h后掃孔進行復灌。

③當灌漿孔段進行一次復灌后灌漿壓力和流量仍無變化時，在漿液中加入10%的細砂或加入一定的水玻璃、速凝劑進行處理。

④當進行3次以上復灌后孔內仍無余漿（即每次灌漿完成后漿液均通過大裂隙滲流至大壩防滲灌漿區域，灌漿孔段內無漿液），則可以采取直接在孔口加入粗砂，利用水泥漿液攜帶對大裂隙進行充填封堵（采用無壓力方式），待孔內出現余漿后再掃孔按照灌漿壓力進行補強灌漿施工。

2.14 封孔

灌漿孔灌漿結束后，采用全孔灌漿封孔法封孔。① 灌漿孔采用全孔灌漿封孔法封孔。② 待孔內水泥漿液凝固后，對鉆孔空余部位使用干硬性水泥砂漿封填密實。

2.15 灌漿工程質量檢查

帷幕灌漿工程的質量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，并結合對施工記錄、成果資料、取芯巖樣等資料的分析，進行綜合評定。檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結束14 d后進行，采用自上而下分段卡塞方式進行壓水試驗。該工程質量檢驗合格標準為0.1 L/(min·m·m)。檢查孔檢查工作結束后，按技術要求進行檢查孔灌漿和封孔。

3 結語

灌漿前試驗單元灌漿孔各孔段平均透水率為0.348 L/(min·m·m)，灌漿完成后通過壓水試驗檢查，攔水壩帷幕灌漿試驗單元質量檢查孔壓水試驗平均為0.0255 L/(min·m·m)，滿足設計技術要求的合格標準（不大于0.1 L/(min·m·m)），其中最大孔壓水為 0.055 L/(min·m·m)，最小為0.014 L/(min·m·m)；灌漿完成后巖體透水率減小92.7%，灌漿效果非常明顯；采取孔斜控制措施后，試驗單元5個孔平均孔底偏距為0.4 m，符合設計技術要求，確保了灌漿帷幕線的連續整體性。采取冒、漏漿及大耗漿控制措施后，試驗灌漿平均單耗為164.4 kg/m,很好地控制了工程投資，杜絕了漿液浪費。由以上數據可知，此工程部位防滲帷幕灌漿在上述施工工藝、技術參數及現場技術控制下完全能滿足設計要求的質量檢驗標準，灌漿質量優良。通過此部位帷幕灌漿的工藝技術分析，可以積累一定的施工經驗，為后期攔水壩帷幕灌漿打好施工技術基礎。

［1］楊世偉、李德勇.錦屏一級水電站壩基無蓋重固結灌漿施工工藝探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（8）.

［2］黃輝，蔣樂聚.錦屏一級水電站廠房防滲帷幕灌漿施工工藝［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008（5）.

［3］鄒剛.錦屏二級水電站隧洞無蓋重高壓固結灌漿試驗［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（5）.