天荒坪電站上水庫進出水口截水墻帷幕補強灌漿試驗

吳宏煒，沈 靜

（1.國網新源華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江 安吉 313302；2.國家電力監管委員會大壩安全監察中心，浙江 杭州 310014）

天荒坪電站上水庫庫區分布的地層主要為侏羅系上統黃尖組流紋質角礫（含礫）熔凝灰巖，上部弱風化，下部微風化，局部強風化。上水庫采用瀝青混凝土作為防滲結構，進出水口部位通過截水墻與庫盆、庫底連接，截水墻底部設置防滲帷幕。水庫蓄水運行至2003年，監測發現其水平截水墻幕后測壓管的測值明顯偏高，幕后揚壓力測值有逐年增大的趨勢，采用普通水泥進行了帷幕的第一次補強。補強后效果較好，測壓管測值明顯下降。至2009年，幕后測壓管的測值又回升到施工前水平，且逐年增長，其中UP5和UP6的最大測值達到36.04 m和35.61 m，與幕前水頭基本一致，且與上庫水位基本等變幅。為保證上水庫的運行安全，對該防滲帷幕進行二次補強，考慮到補強的耐久性，對灌漿材料進行了調整，并首先進行了生產性試驗。

為進一步摸索及調整灌漿壓力、漿液比級、孔距、孔深、待凝時間、主灌材料等技術參數，更好地為設計提供帷幕補強的技術參數及施工工藝，保證帷幕補強質量的可靠性，進行了截水墻帷幕補強灌漿試驗，介紹如下。

1 水泥灌漿待凝時間的選取

選擇科學合理的待凝時間，避免外水壓力將灌入裂隙內的水泥漿頂回鉆孔內，保證灌漿質量，同時可以縮短灌漿時間，提高效率，因此進行了該項試驗。

試驗選擇“8 h、10 h、12 h、16 h、24 h”五級標準，在達到上述待凝時間后進行掃孔，若得到的水泥結石膠結良好，整體能夠成柱狀，則說明水泥結石已達到一定強度，能夠保證外水壓力不將灌入裂隙內的水泥漿頂回鉆孔內，相應的待凝時間滿足設計要求。試驗選擇了5只Ⅰ序孔的接觸段和第一段進行對比試驗，待凝時間與灌入水泥、涌水壓力、涌水流量的對比統計見表1。

通過表1可以看出：

（1）待凝時間與灌入水泥的關系

對于涌水壓力和涌水流量均相近的孔段，分別采用超細水泥和改性水泥進行灌漿，待凝時間基本相同。如H125第1段和H113接觸段，涌水壓力分別為0.15 MPa和0.16 MPa，涌水流量相差不大，均為滴水，待凝時間均需要12 h。

（2）待凝時間與涌水壓力的關系

GenQA[7]是第一個自然問答系統，該模型能夠生成完整的自然語言句子作為答案。COREQA[8] 擴展到支持回復需要多個事實支撐的問題。但是，他們依然存在以下問題：(1)由于自然答案的生成是從前到后逐字地完成，因此生成模型有可能多次檢索知識庫，導致容易生成“他的出生地是加爾各答，加爾各答。”這類包含多個知識庫實體的句子；(2)由于缺乏知識庫的全局信息，還會導致生成不一致的答案。比如，如果不知道“泰戈爾”的國籍是“印度”，單純利用數據驅動的方法，很可能會因為數據偏置的原因生成“泰戈爾是法國作家”這類自然答案。

孔段涌水壓力≤0.1 MPa的有兩段，分別為H129第1段的0.05 MPa和H113第1段的0.07 MPa，對應待凝時間分別為10 h和12 h。說明對涌水壓力≤0.1 MPa的孔段，10～12 h的待凝時間能夠滿足設計要求。

表1 各試驗段涌水、灌漿及待凝時間情況統計表Table 1:Statistics of gush flow,grouting material and waiting duration

涌水壓力在0.1～0.3 MPa的孔段有6段，涌水壓力為0.14～0.20 MPa，對應待凝時間為12～24 h，隨著涌水壓力的增大，待凝時間基本呈增大趨勢。說明涌水壓力在0.1～0.3 MPa范圍內的孔段，12～24 h的待凝時間能夠滿足設計要求。

孔段涌水壓力≥0.3 MPa的孔段有2段，涌水壓力分別為0.32～0.40 MPa，對應待凝時間均為24 h。說明對涌水壓力≥0.3 MPa的孔段，必須待凝24 h才能滿足設計要求。

（3）待凝時間與涌水流量的關系

在涌水壓力相同或相近的情況下，涌水流量的大小決定了待凝時間的長短，涌水流量越大，所需待凝時間越長。如H125第1段和H129接觸段，灌入材料均為超細水泥，涌水壓力分別為0.15 MPa和0.17 MPa，相差不大；但涌水流量分別為滴水和0.47L/min，后者待凝時間需要24h，前者只需要12h。

綜上分析，帷幕孔水泥灌漿待凝時間與兩種灌入水泥無明顯關系，主要受孔段涌水壓力的控制，其次也隨著涌水流量的增大而增加。

2 超細水泥與改性水泥灌漿對比分析

2.1 可灌性對比

本次試驗主灌材料采用了超細水泥和改性水泥兩種。所用超細水泥為三獅特種水泥廠生產，改性水泥為北票市三寶建工材料廠生產，兩種水泥均具細度高、可灌性好、早期強度高、抗滲性好等優點。兩種水泥的可灌性對比見表2。

表2 改性水泥與超細水泥可灌性對比表Table 2:Groutability comparison of modified cement and su-perfine cement

2.2 材料特性對比

超細水泥和改性水泥均在普通硅酸鹽水泥的基礎上加以磨細，而改性水泥又加入了適量的膨脹劑、調凝劑、分散劑和磨細礦渣。改性水泥固化的收縮性小，加入了10%高細礦渣對酸性溶液的耐蝕能力比超細水泥好。

3 AK樹脂與水溶性聚氨酯化學灌漿對比分析

試驗選擇10只孔進行AK樹脂與水溶性聚氨酯兩種材料化學灌漿對比試驗，其中1號區段H120、H122、H124、H126和H128 共10個段次將AK漿液作為主灌材料，2號區段H108、H110、H112、H114和H116共10個段次將水溶性聚氨酯作為主灌材料。

3.1 施工工藝對比

AK漿液化學灌漿施工工序為：孔段壓水試驗—→配制AK漿液—→攪拌均勻并降溫（20℃以下）—→灌入AK漿液—→待凝（24 h）。

水溶性聚氨酯化學灌漿施工工序為：孔段壓水試驗—→配制水溶性聚氨酯漿液（HW∶LW=8∶2）—→攪拌均勻—→灌入丙酮—→灌入水溶性聚氨酯漿液—→待凝。

兩種材料化灌施工工藝基本相同。但AK需要用冰塊降溫，控制灌入漿液的溫度，灌漿所需時間較長；水溶性聚氨酯需要用丙酮開路趕水，但灌漿時間相對較短。

3.2 灌漿成果對比

（1）水溶性聚氨酯灌漿分析

H108、H110、H112、H114和H116共5個孔的接觸段進行了水溶性聚氨酯化學灌漿，累計段長7.5 m，共灌入漿液91.51 kg，孔段平均單位耗漿量為12.20 kg/m。各孔段壓水灌漿情況見表3。

表3 2號區段水溶性聚氨酯化灌成果統計表（生產性試驗）Table 3:Productive test result of water-soluble polyurethane grouting in section 2

其中H114在待凝24 h后打開孔口時，發現孔內有漿液從孔口噴出至廊道底板、頂板及墻壁上。噴出的漿液為黑褐色，基本為原漿液，散落于廊道底板后，遇水迅速膠凝成灰白色凝膠體，有彈性，但強度較低；附著于廊道墻壁上的漿液在空氣中水蒸氣的緩慢作用下逐漸膠凝，形成了強度較高的凝膠體。對H114接觸段掃孔后發現，孔段內仍有涌水，測得涌水壓力為0.35 MPa。將H110和H112待凝48 h，H116和H108待凝72 h。上述四孔開孔后仍發現孔內漿液未凝固，掃孔后有涌水，涌水壓力分別為0.25 MPa、0.45 MPa、0.06 MPa和0.25 MPa。這說明孔段內漿液在待凝24 h后未凝固，而裂隙內充填的漿液也非常少，未能將地下水通道阻斷，因此，水溶性聚氨酯化學灌漿未達到設計預期的灌漿效果。分析原因，主要由于該地段巖層裂隙集中發育，較為密集，寬度普遍較窄。而水溶性聚氨酯化灌前用丙酮趕水，開路丙酮已將裂隙容積占去，漿液無法與水接觸形成凝膠、固化。

（2）AK化學灌漿分析

H120、H122、H124、H126和H128共5個孔的接觸段和第1段進行了AK化學灌漿，累計段長32.5 m，共灌入漿液779.13 kg，孔段平均單位耗漿量為23.97 kg/m。各孔段壓水灌漿情況見表4。

該10個孔段灌漿前涌水壓力為0.12～0.30 MPa不等，上述10個孔段待凝24 h后掃孔發現已基本無涌水。孔段內AK膠結質量較好，芯樣能夠成長柱狀；基巖裂隙內可見充填的AK漿液，已固化，與基巖膠結緊密。

這說明孔段內和進入基巖裂隙內的AK漿液在待凝24 h后已固化，有效阻斷了地下水活動的通道，起到了防滲的作用，因此，AK化學灌漿達到了設計預期的灌漿效果。

（3）可灌性對比分析

由灌入量分析，AK漿液的可灌性優于水溶性聚氨酯。如H114、H116接觸段和H120第1段透水率均為0.44 Lu，H114和H116灌入水溶性聚氨酯，單位耗漿量分別為12.70 kg/m和9.43 kg/m；而H120灌入AK，單位耗漿量為29.80 kg/m。H112接觸段透水率為2.22 Lu，水溶性聚氨酯單位耗漿量為19.10 kg/m；而H126和H128接觸段透水率僅為1.33 Lu和1.11 Lu，AK單位耗漿量就分別達到了33.29 kg/m和34.82 kg/m，遠大于前者。分析認為主要由于AK漿液的粘度較小，易于進入地層及巖體裂隙，延伸范圍較遠，且AK漿液可溶于水，遇水不會起反應，因此其可灌性受地下涌水和基巖飽和水的影響較小。

表4 1號區段AK化灌成果統計表（生產性試驗）Table 4:Productive test result of AK chemical grouting material in section 1

4 灌漿效果

（1）幕后排水孔流量比較

通過這次帷幕的補強，總滲水量的變化不很明顯，但水平截水墻排水孔滲水量有明顯的下降。以5-106號排水孔為例，該孔位于水平截水墻2號區段自2010年10月以后流量明顯變小，說明帷幕防滲能力得到較大提高，補強灌漿效果明顯。

圖1 5-106號排水孔滲水流量過程線Fig.1 Hydrograph of drain hole 5-106#behind the curtain

（2）幕后測壓管測值比較

以水平截水墻UP7、UP9為例，測壓管最大水頭明顯減小，與上庫水位相關的變幅也大幅降低，說明帷幕的透水性進一步降低，帷幕補強的效果較顯著。

圖2 上水庫進出水口揚壓力水頭過程線Fig.2 Graph of the measured value of piezometer UP_7 and UP_9 behind the curtain