兩江口水電站大壩帷幕灌漿的質量管理

朱志文，劉劍平

(汝城縣水利局，湖南汝城424100)

1 工程概況

兩江口水電站位于湖南省汝城縣集龍鄉，贛江二級支流——上猶水干流集龍江上，壩址控制流域面積343 km2，多年平均徑流總量3.37億m3。水庫總庫容3 510萬m3，電站裝機容量2×4 MW，年發電量3 160萬kW·h，是1座以發電為主的小型水電工程。樞紐主要由大壩、壩后式廠房、升壓站、開關站等主要建筑物組成。大壩為混凝土空腹重力壩，壩頂高程333.75 m，最大壩高53.75 m，壩頂軸線長156.50 m，溢流壩頂高程323 m，上設2扇10 m×8 m(寬×高)的弧形鋼閘門。

2 壩址地質情況及存在問題

壩址位于距集龍江峽谷出口約500 m，河谷呈“V”型，山體雄厚，河床寬30～40 m。巖體中層間錯動和節理裂隙發育，壩址區發現多條層間錯動裂隙，其中大部分分布在壩線上。對工程影響較大的裂隙有2組，其中一組為卸荷節理，走向與山坡平行，在不同高程均較發育，出現于弱風化巖體中；另一組為緩傾角節理，傾向下游，局部傾向上游，在兩岸及河床均有出露。緩傾角節理與卸荷節理相交方向與河流流向基本一致。地質條件除第四系地層外，灌漿區主要為寒武紀深灰、灰色巨厚層中～細粒淺變質長石石英砂巖夾灰綠色條帶狀板巖、砂質板巖。巖層產狀N15°-30°E,SE∠35°-60°。右岸地基巖體主要有順河向斷層F1、F2及F4斷層發育；節理發育以順河向陡傾角節理為主；局部緩傾角節理集中發育，形成密集帶，無充填或部分有石英充填。

以上斷層及裂隙均可引發水庫中水沿壩基巖石的孔隙、裂隙、溶洞、斷層等處向下游的滲漏，增大對壩底的揚壓力，還可能引起壩基巖土體潛蝕，導致壩基失穩。壩基帷幕灌漿是控制壩基滲流較好的處理手段。

3 帷幕灌漿設計要求

大壩壩頂軸線長156.50 m，防滲帷幕設計為單排孔直線三序均勻布置，孔距2.00 m，鉆孔深度2～3號壩段和7～8號壩段建基面以下15.00～21.00 m；4～6號壩段為建基面以下20.00 m。帷幕分三序施工，后序排上的第一序孔需在前序排上最后次序孔在巖石中均灌完后再開始鉆進。設計防滲帷幕質量檢查控制標準為單位透水率q≤5.0 Lu。

4 帷幕灌漿質量管理要點

4.1 準備工作及工藝流程

灌漿施工中采用SCZ150型地質鉆機造孔，孔徑φ59 mm；灌漿采用100/100型高壓灌漿泵， 200×200立式制漿桶，配高壓灌漿管。水文地質資料顯示本區域無抗酸堿要求，灌漿材料采用425號普通硅酸鹽水泥，水泥材料從東江水泥廠采購，試驗水泥細度滿足要求。灌漿水泥儲存在專用防潮倉庫，且在1個月內使用。

4.1.1 施灌前重點工作

(1)檢查鉆孔放樣的孔位、孔序是否準確，控制孔位偏差小于10 cm，并做好實際孔位記錄。檢查設備、壓力表、流量計是否正常，不合格的和已損壞的壓力表嚴禁使用。

(2)檢查鉆機要平穩，鉆孔立軸方向要準確，孔斜度根據孔深不得大于規范值。

(3)鉆進前送水至孔內，孔內向外返水說明鉆進正常，否則應查明原因。

(4)灌漿前需做好掃孔、沖洗、壓水試驗。先導采用自上而下分段進行壓水試驗，壓水用80%的灌漿設計壓力。

(5)檢查射漿管是否下到預定位置，確保射漿管距孔底不得大于50 cm。

(6)檢查密封裝置的可靠性。

(7)施工單位自檢后報監理和業主工程師現場檢查確認。

4.1.2 灌漿施工工藝流程

鉆孔放樣→鉆孔→沖洗→壓水試驗→測斜→灌漿→待凝→以下灌段直至全終孔→回填封孔→灌漿成果整理→檢查孔→單元質量評定→驗收。

4.2 灌漿段長及灌漿壓力控制

灌漿采用不同段長灌漿壓力隨孔深增加，不同隨孔序不同灌漿壓力的方法，分段進行灌注。第一段為壩基接觸段長控制2 m，壓力控制在0.6 MPa，隨孔深增加。灌漿原則上采用自下而上分段灌漿法(見表1)。

表1 灌漿壓力段次

4.3 漿液配合比的控制

防滲帷幕漿液水灰比采用5∶1至0.5∶1等7個比級(重量比)，采用5∶1開灌(見表2)。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或注入率不變而壓力持續升高時，不改變水灰比；當某級漿液注入量已達300 L以上，或灌漿時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級水灰比；當注入率大于30 L/min，根據具體情況改濃一級水灰比。一次漿液使用時間不超過4 h，細水泥不超過2 h。 灌漿段注入率不大于0.4 L/min，且持續時間不得小于30 min；達到最大允許灌漿壓力的持續時間不小于1 h。

表2 各種水灰比漿液的水泥及體積關系

4.4 回填封孔

終孔段灌注結束后，提出射漿管，在孔口安裝閉漿裝置，及時向孔內壓入0.5∶1濃漿，并用終孔段灌漿壓力進行屏漿。屏漿時間不小于1.5 h，而后閉漿48 h，待漿液凝固后，濃漿補填孔口部分。

4.5 灌漿施工過程控制要點

4.5.1 灌漿質量控制

(1)作為項目法人，應落實專人負責大壩帷幕灌漿質量管理工作，建立健全“項目法人負責，監理單位控制，施工單位保證，水行政主管部門質量監督機構監督”的質量保證體系和嚴格的質量責任制。施工中嚴格自檢、質檢程序，作好關鍵工序的自檢驗收工作，自檢合格方報監理工程師和業主代表現場驗收。

(2)施工前按照灌漿試驗確定的設計文件進行了詳細的技術交底，員工均進行了技術培訓。

(3)現場施工放樣點位清楚，并分階段提交灌漿成果表，灌漿質量檢查孔壓水試驗按設計及規范要求的程序進行。

(4)灌漿孔巖心注明孔號孔深，每公尺1塊代表性巖塊留存。如果遇到斷層破碎帶應將整個斷層破碎帶部分巖心留存,檢查孔巖心全部留存。

(5)建立嚴格的現場和內業資料整理制度。在鉆進時對孔內各種情況，如混凝土厚度、巖石情況以及漏水、坍塌、斷層、換層、洞穴、破碎帶、回水顏色等應詳細的記入班報中;施灌中原始記錄準確真實，特殊情況處理有關措施易行可靠，灌漿成果分析整理有序。

4.5.2 特殊情況的處理措施

在鉆灌過程中，遇到有涌水、吸漿量大，且不易起壓、串漿、灌漿中斷等特殊情況時，分別采取了以下措施：

(1)遇灌段吸漿量很大且不能起壓，又無串冒漿現象時，在灌注水泥達2 t后，采用限流灌漿，限流灌注漿量逐漸減少至10～15 L/min。當灌段總耗灰量達3 t而吸水量仍未減少，則改用歇灌灌注，間歇時間10～20 min。

(2)在有涌水的孔段灌漿時，灌前對涌水壓力和涌水量進行了測定；采取縮短段長、加大灌漿壓力、純壓式灌注、摻加速凝劑、延長持續灌漿時間、屏漿、閉漿、待凝等適宜措施。屏漿時間不少于1.5 h，待凝時間不少于48 h。

(3)灌漿過程中發現灌漿孔之間串漿時，當被串孔正在鉆進時，則立即停鉆，用栓塞堵住被串孔；對灌漿孔繼續進行灌漿至灌注結束，然后對被串孔進行掃孔，再繼續鉆進。如與待灌孔串漿，串漿量不大時，可于灌漿的同時在被串孔內通入水流，使水泥漿不致在孔內沉淀而堵塞鉆孔內的巖石裂隙；串漿量較大時，如條件具備可同時灌漿，如不具備同時灌漿的條件，則封閉被串孔，待灌漿孔灌注結束之后，立即打開被串孔掃孔沖洗后盡快灌漿。

(4)灌漿因停水、停電或供漿不上等原因造成中斷時，盡可能縮短中斷時間，及早恢復灌漿；當中斷時間超過30 min時，應采取立即沖洗鉆孔或掃孔等措施后再恢復灌漿。

5 成果分析

5.1 各序孔單位耗灰分析

根據帷幕灌漿成果表中單耗分析：2～3號壩段、7～8號壩段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔之間單位耗灰量隨孔序的增加而遞減，特別是Ⅰ、Ⅱ序孔與Ⅲ序孔之間單位耗灰量隨孔序的增加而遞減變化明顯。2號壩段Ⅱ序孔平均單耗為Ⅰ序孔的77.1%；3號壩段Ⅱ序孔平均單耗為Ⅰ序孔的49.1%；7號壩段Ⅱ序孔平均單耗為Ⅰ序孔的25.3%；8號壩段Ⅱ序孔平均單耗為Ⅰ序孔的26.9%；說明經Ⅰ序孔灌漿后大的節理裂隙得到有效灌注。Ⅱ、Ⅲ序孔平均單耗值較接近，與基礎陡傾角裂隙發育的地質條件也相吻合(見表3)。

從單位耗灰頻率成果表看出單位注入量的遞減速率與灌漿次序有著密切的關系，單位灌漿材料的用量序與序之間有著明顯的變化，4～6號壩段平均單耗呈降低趨勢，各序孔單耗趨于接近。4號壩段Ⅱ序孔單耗為Ⅰ序孔的80.0%；5號壩段Ⅱ序孔單耗為Ⅰ序孔的38.5%；6號壩段Ⅱ序孔單耗為Ⅰ序孔的89.2%；而且各序孔平均單耗>50 kg/m的孔段較兩岸灌區明顯減少。

分析說明：兩岸壩段帷幕可灌性較河床壩段可灌性好，河床壩段大耗量的孔段顯著減少;隨漿液的擴散，灌區裂隙逐漸被水泥漿液充填，逐漸形成了連續帷幕；灌漿成果與灌區地質條件的可灌性相一致，符合灌漿的正常規律。

5.2 透水率區間頻率分析

透水率區間頻率分布分析綜合成果如下所示(見表4)。

表3 帷幕灌漿各序孔單位耗灰頻率分析

表4 透水率區間頻率分布分析綜合成果

從表4中看出，2～3號壩段各序孔灌漿前進行壓水試驗77段，其中透水率>5.0 Lu 的I序孔66.6%段，Ⅱ序孔降為33.4%，Ⅲ序孔降為31.1%。4～6號壩段各序孔灌漿前進行壓水試驗130段，其中透水率>5.0 Lu 的I序孔23.6%段，Ⅱ序孔降為11.7%，Ⅲ序孔降為9.0%。7～8號壩段各序孔灌漿前進行壓水試驗89段，其中透水率>5.0 Lu的I序孔79.4%段，Ⅱ序孔降為23.7%。

通過對灌漿前后壓水試驗透水率分析表可看出,灌漿前壓水試驗296段,其中透水率>5.0 Lu的I序孔占47.3%；Ⅱ序孔占19.2%；Ⅲ序孔降為15.70%；I、Ⅱ序孔灌漿漏、串漿現象，Ⅲ序孔時明顯減少。質量檢查孔壓水試驗33段，其透水指標均≤5.0 Lu，滿足設計要求。

5.3 質量檢查分析

檢查孔壓水試驗在灌漿結束14 d后進行。帷幕灌漿檢查孔的數量為灌漿孔數的10%，每個單元工程內至少布置有1個質量檢查孔。帷幕灌漿檢查孔壓水試驗采取五點法，帷幕灌漿先導孔自上而下分段進行五點法壓水試驗，試驗壓力采用0.3、0.6、1.0、0.6、0.3 MPa。 根據設計和灌漿規范進行了鉆孔取芯及壓水試驗檢查(見表5)。

表5 檢查孔壓水試驗成果匯總

6 大壩帷幕灌漿效果

(1)帷幕密實性。從7個檢查孔取出的巖心中，節理裂隙面上或破碎巖塊中可見片狀和星點狀水泥結石附著,說明節理裂隙內已充填水泥漿體。

(2)帷幕抗滲性。設計防滲帷幕質量檢查控制標準為透水率≤5.0 Lu。從質量檢查孔壓水試驗得出的透水率指標分析，各試驗段透水率指標滿足設計要求。

(3)帷幕連續性。帷幕孔采用φ59mm小孔徑金剛石鉆頭鉆孔，鉆孔擺動幅度小，有效的保證了鉆孔的正確導向；灌孔測斜成果表明鉆孔孔斜滿足規范要求，保證了帷幕連續性。

7 結 語

在兩江口水電站大壩帷幕灌漿的施工實踐中嚴格按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T 5148—2001)和設計要求實施，防滲帷幕灌漿灌入純水泥61.2 t，較大的裂隙得到有效灌注，質量檢查透水率指標全部小于透水率≤5.0 Lu的防滲帷幕灌漿設計質量標準，施工質量控制良好。在工程后續運行中還應加強壩基滲漏觀測和揚壓力觀測，并做好帷幕后的排水。