大朝山水電站9～10號壩段橫縫漏水化學灌漿處理

陸志華

（杭州國電大壩安全工程有限公司，浙江杭州310030）

1 工程概況

大朝山水電站位于云南省西部云縣與景東縣交界處的瀾滄江中游河段，電站總裝機容量135萬kW，電站樞紐工程由攔河壩、泄洪建筑物和右岸地下廠房系統組成。攔河大壩采用折線布置，壩頂高程906 m，最大壩高111 m。大壩共分23個壩段，1～2號壩段為右非壩段，3～8號壩段為電站進水口壩段，9號壩段為過渡壩段，10號、16號、17號壩段為泄洪排砂底孔壩段，11～15號壩段為表孔溢流壩段、18～23號壩段為左非壩段。大朝山水電站于1993年開始前期準備工作，1997年8月開工建設，2003年10月全部機組投產運行。

水庫蓄水后，9～10號壩段橫縫處一直存在滲漏水。2004年12月以來，電站監測人員發現9～10號壩段橫縫處有較多滲水出現：①在9號壩段832 m高程廊道入口處，廊道壁上出現了少量滲水；②在827 m高程9～10號的橫縫處出現大量的滲漏水，且該處滲漏水與其它部位的滲漏不一樣，為帶黃色混濁水（與水庫庫水顏色相似）；③827 m廊道高程帷幕后的排水管滿管帶壓出流。

從量水堰觀測資料及現場巡視檢查情況可以看出，2003年以前，9～10號壩段橫縫漏水較少，近3年來該橫縫滲漏量逐年增大，年平均滲漏量由10.38 L/min增大至45.00 L/min，最大滲漏時為71.46 L/min，還有逐漸增加的趨勢，2008年3月觀測，滲水量達到125 L/min。經業主單位多次組織專家現場察看、討論研究并參考以前國內類似工程處理經驗，決定采用化學灌漿的方法對滲漏進行處理。

2 滲漏原因分析和處理方案探討確定

2.1 滲漏原因分析

經實地檢查及調閱大壩量水堰、橫縫開合度、壩體引張線等監測數據、查看施工原始記錄，并與運行單位技術人員座談，分析認為可能導致滲漏的原因有以下幾方面：

（1）大壩橫縫開合度呈趨勢性增大現象，而9號、10號壩段水平位移并不同步，導致兩壩段之間產生了相對水平錯動，局部止水片中間鼻子在施工過程中可能產生偏移，從而可能導致止水結構破壞，引發橫縫滲漏。

（2）10號壩段838 m高程混凝土層面在施工過程中產生過多條裂縫，其中一條裂縫貫通壩體上游面與9～10號壩段橫縫，雖當時做了開槽布筋及水泥灌漿處理，但該條縫仍可能成為橫縫滲漏原因。

2.2 處理方案探討確定

通過對滲漏原因的分析與研究，并參考類似工程處理方案，提出了4種備選方案。

2.2.1 鉆孔穿過縫面化學灌漿

從827 m廊道、832 m廊道鉆孔穿過橫縫進行化學灌漿處理，使漿液在橫縫內形成1條止水帶防滲。該方案的優點是施工簡便、造價低，缺點是若橫縫面再次發生錯動變形，所形成的止水帶可能會被拉壞，導致橫縫再次滲漏。

2.2.2 騎縫化學阻滲塞

由壩頂騎橫縫在止水片下游造倒垂孔，孔內灌注合適的材料，形成阻滲止水塞。其優點是施工只需灌注倒垂孔，工程造價低，止水效果直接，缺點是倒垂孔精度要求較高，尤其是本工程需騎縫造精度在1‰內的倒垂孔，一旦孔斜過大就很難保證止水效果，且對阻塞以下貫穿性裂縫滲漏基本不起作用。

2.2.3 橫縫上游面水下灌漿

水下作業，在上游面橫縫騎縫開槽，嵌填塑性止水材料，表面粘貼防滲蓋片，縫面到上游止水片間水下灌注水溶性聚氨酯灌漿材料，形成止水系統。其優點是灌漿區域確定，對因止水結構引起的滲漏效果顯著，缺點是水下作業難度大，施工造價高，且對貫穿性裂縫滲漏也基本不起作用。

2.2.4 壩面加鑲止水銅片及裂縫灌漿

該方案前提是需放空水庫、清除壩前橫縫處淤泥后再進行處理。在橫縫面兩側打毛鑿槽，鑲嵌止水銅片，并檢查壩面裂縫，逐一進行化學灌漿處理。優點是能找出橫縫確切的缺陷部位，能完整徹底地進行滲漏處理，效果可靠，缺點是發電經濟損失極大，處理代價極高。

經分析上述4個方案，從經濟、技術角度反復對比論證，決定采用方案2騎縫化學阻滲塞法進行處理，由壩頂騎橫縫在止水片下游造倒垂孔，孔內采取“以漿趕水，以水壓漿”的方式灌注合適的材料，形成阻滲止水塞。根據工程特點，調閱該壩段基礎資料，基巖高程為823.5 m，為確保阻滲塞可有效阻斷滲徑，設計造孔深度不得低于82.5 m，設計精度為1‰，孔徑為?280，孔深及精度為國內首例。

2.3 滲漏位置確定

橫縫壩頂騎縫倒垂孔造孔完畢后采用孔內錄像檢查的方式確定滲漏位置?？變蠕浵駲z查發現，約850 m高程橫縫上游面有明顯水流滲出，約824.1 m高程有水流涌出，估計是橫縫主要滲漏通道，兩個滲流點總滲漏量合計約125 L/min。

3 灌漿材料選擇

根據工程要求，膨脹阻滲塞需具備以下的主要性能：第一，有膨脹特性，可保證阻滲塞在孔內脹緊；第二，能適應伸縮縫重復開合變形的能力；第三，能快速固結，不會被滲水沖蝕流失；第四，固結體的抗滲性能要滿足防滲要求?；谶@些要求，只有水溶性聚氨酯灌漿材料較為合適。參考以往工程使用情況并對比研究，決定選用杭州國電大壩安全工程有限公司（原華東院科研所）所研制生產的LW水溶性聚氨酯灌漿材料作為灌漿阻滲塞材料，其性能特點如下。

LW水溶性聚氨酯灌漿材料是一種快速高效的防滲堵漏材料，對于各類工程中出現的大流量涌水、漏水等有獨特的止水效果，已在大量的工程中得到廣泛應用。該成果曾榮獲國家科技進步獎，具有良好的親水性，遇水能均勻地分散乳化，進而凝膠固化。水既是稀釋劑，又是固化劑，不會產生未固化漿液的流失現象。LW的固結體為具有水脹性的彈性體，適應變形能力強，并可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能。對水質適應性強，在海水、中性、酸性、堿性水中均能固化。固結體水浸泡液經小白鼠口服和皮下注射試驗，證明屬無毒類型，因此施工污染少，對環保有利。LW水溶性聚氨酯灌漿材料性能詳見表1～表3。

從表中數據可看出，LW水溶性聚氨酯灌漿材料固結體隨著浸泡水時間增加，膨脹率會不斷增加，增大到一定數量級后即趨于穩定，材料固結體拉伸變形性能基本保持在100%左右，完全可以適應大壩橫縫變形的要求。

表1 LW水溶性聚氨酯灌漿材料主要性能指標Table 1:Main properties of LW water-soluble polyurethane grouting material

表2 LW純漿液固結體浸泡水后二次膨脹性能Table 2:The second swelling ratio of LW consolidation body

表3 LW純漿液固結體斷裂伸長率Table 3:Rupture elongation of LW consolidation body

4 灌漿設備、灌漿管路及現場防護措施

4.1 灌漿設備

灌漿泵采用主、副泵配置，主泵采用3SNS型灌漿泵，口徑32 mm，流量75～205 L/min可調，最大壓力2.5 MPa。副泵采用錫探專用化學灌漿泵，流量90～195 L/min可調，最大壓力2.0 MPa。施工前進行全面檢修調試，保證泵可正常工作。

4.2 灌漿管路

灌漿管采用PP耐壓塑料管，內徑?32 mm，長度90 m，每隔1 m采用彩膠條纏繞標記，以便灌漿時拔管記錄，設置兩根灌漿管，分別連接主副泵。由于管路較長，管內占漿重量、管壁與未固化漿柱的摩擦阻力都是灌漿時順利拔管的難點。為保證灌漿時順利拔管，在孔口設置了一臺牽引滑輪與管路連接，輔助灌漿時管路提升。

4.3 現場防護

灌漿材料為化學類材料，灌漿時隨著孔內液柱上升，部分漿液會從廊道引流孔流出及從孔口返出，由于材料有一定粘性，一旦粘在混凝土上則不易清除。灌漿前在現場采取了如下措施：（1）現場操作人員均佩戴橡膠手套、眼罩及必要的防護鞋，防止皮膚直接接觸漿液或不慎濺入眼；（2）壩頂灌漿孔口周邊一定范圍內需鋪設彩條布，覆蓋不小于10 cm厚的潮濕細砂層，當漿液從孔口返出后可及時吸附，保護壩頂環境；（3）廊道內引流孔預先設置漿液回收設備，收集關閉引流孔閥門前排出的廢料，防止廢液進入廊道集水井；（4）灌漿現場禁止煙火。

5 灌漿施工工藝

5.1 施工難點

（1）根據鉆孔時孔內資料及孔內錄像檢查，孔底到866 m高程之間存在滲流點。從827 m高程廊道排水孔測得孔內滲流量為125 L/min，關閉排水管球閥后，孔內水位可上升至865 m高程，且孔內水位基本保持穩定，孔底位于823.5 m高程，孔內約有4 m水柱無法排凈，這就易導致孔內灌漿時大量滲水將稀釋LW漿液，并快速發泡凝膠，不能形成有效的凝膠體，且來不及孔內提升灌漿管，達不到“以漿趕水，以水壓漿”的效果。

（2）866 m高程以上至孔口40 m高孔段為橫縫上游面無滲流點的孔內環境，通過孔內壓水試驗發現，下游面存在與孔內連通的滲流通道，下游面滲出點位于855 m高程以上，不易進行封堵處理。由于LW漿液凝膠固化需一定時間，當漿柱上升至該滲流通道時，易出現漿水混合物大量外滲現象，雖隨后會逐漸凝膠固化，但在此過程中會造成大量漿材損耗。

5.2 施工工藝

施工工序為：造孔→洗孔→孔內錄像檢查→注水試驗→灌漿→檢查→回填封孔。

5.2.1 造孔

按設計要求準確造設騎縫倒垂孔，通過芯樣檢查及時修偏，保證造孔質量，保證孔斜率在1‰以內。

5.2.2 洗孔

采用主泵抽取庫水對孔壁自上而下進行帶壓沖洗，沖洗壓力不小于1.5 MPa，去除孔壁松散雜物，保證孔內清潔。

5.2.3 孔內錄像檢查

通過孔內錄像檢查再次確定孔內上游面滲漏區域、孔壁清洗效果，檢查孔內上下游面橫縫走向，并與芯樣進行核對。

5.2.4 注水試驗

（1）采用孔內注水試驗模擬灌漿，通過模擬試驗確定主副灌漿泵最佳排量，以及采用主泵最佳排量下在關閉827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道引流排水閥時，灌滿全孔所需時間，為正式灌漿提供數據參考。經現場試驗，確定主泵采用排量約150 L/min，大于上游滲漏水量，灌滿全孔所需時間約30 min；

（2）通過孔內滿孔注水試驗，檢查灌漿孔下游面滲漏點，采取有效措施進行預封堵，減少正式灌注時的漿液流失；

（3）通過注水模擬灌漿試驗進行拔管練習，確保拔管操作速度與水柱液面上升速度的匹配。

5.2.5 灌漿

以現場注水試驗確定的排量和拔管速度進行灌漿，自下而上，邊灌邊拔，始終保持灌漿管不高于漿液面，直至漿液面從孔口返出，原漿即可停止灌漿。由于本次灌漿孔深較深，漿液從孔口返漿后，孔內下部漿液基本已固化，故孔口采用加設法蘭加壓的方式意義不大，現場未采用。

5.2.6 檢查

灌漿過程中分別在827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道安排專人進行觀察，當引流管出原漿后，隨即關閉閥門，通知壩頂指揮長。灌漿結束30 min后，打開引流管閥門檢查是否還有滲漏情況。

5.2.7 回填封孔

灌漿結束后，次日將灌漿孔內固結材料挖出約50 cm，清理干凈孔壁固結材料，采用高強預縮砂漿將灌漿孔填平，孔口采用螺栓固定加蓋鋼板。

6 灌漿后橫縫滲漏情況

6.1 灌后即查效果

整個灌漿過程持續約35 min，共計灌入LW水溶性聚氨酯灌漿材料6850 kg，灌漿結束后30 min對原827 m廊道引流管進行開閥檢查，無滲漏水，廊道內頂拱局部還有滴滲情況，按設計要求待繼續進行廊道補灌施工。橫縫壩面灌漿結束后，從廊道鉆設補灌孔對滴滲部位進行補灌。補灌有效解決了滴滲，廊道內頂拱干燥、無水珠滴掛。

6.2 灌后一年檢查效果

施工結束一年后對項目進行回訪，監測顯示雖9～10號壩段橫縫還有變形，但827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道等觀測點均沒有發現滲漏情況，827 m高程廊道頂拱也無滴滲現象。2008年5月12日汶川地震后，再次回訪，也未發現滲漏現象。

7 結語

大朝山水電站9～10號壩段橫縫滲漏經采用騎縫阻滲塞法處理，有效止住了橫縫滲漏，經跟蹤檢查，處理至今未再發生滲漏，橫縫滲漏處理取得了成功。所采用的LW水溶性聚氨酯灌漿材料是阻滲塞法灌漿處理理想的阻滲塞材料，其膨脹性能、變形性能可滿足大壩橫縫變形的要求。該技術隨后又被成功應用于西霞院水利樞紐、西藏老虎嘴電站、浙江巖石林水電站等工程中，可為今后類似工程的處理提供經驗借鑒，值得推廣應用?！?/p>

[1]云南大朝山水電站大壩9～10號壩段橫縫漏水處理設計報告[R].北京國電水利電力工程有限公司.2006.

[2]袁世茂,高玉恒,周偉.膨脹柱塞法大壩橫縫堵漏技術[J].中國建筑防水，1998，（5）:4-6.

[3]張桂初,吳良洲.高壩洲水電站大壩橫縫漏水處理[J].水力發電，2002，（3）：63-64.