淺論溪洛渡拱壩基礎帷幕水泥－化學復合灌漿試驗

胡世英，曾曉洲

（四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072）

淺論溪洛渡拱壩基礎帷幕水泥－化學復合灌漿試驗

胡世英，曾曉洲

（四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072）

溪洛渡拱壩基礎防滲帷幕穿越層間層內錯動帶、泥化夾層和基體裂隙等地質巖層復雜多變，且滲控標準高、施工技術復雜、灌前透水率大等原因，以致壩基防滲帷幕面臨眾多困難。基礎帷幕灌漿控制采取了從灌漿原材料、灌前施工準備、灌漿施工工藝及灌后質量檢查等全過程精細化的控制管理措施；通過定期組織召開的專題會和專家技術咨詢會，實現了防滲帷幕灌漿的提前預防、技術方案的實時優化預控管理。為工程在施工管理中敢于采用新技術、新工藝及新標準提供了切實可行的方案。

拱壩；基礎帷幕；水泥－化學；灌漿試驗；溪洛渡水電站

1 拱壩概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江溪洛渡峽谷中，是金沙江下游梯級開發的第三級水電站，水電站樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發電建筑物等組成；攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.50 m，壩頂高程610.00 m，頂拱中心線弧長681.51 m。

大壩防滲帷幕中心線在壩體內近似平行拱壩軸線在壩頭分別折向上游與廠前帷幕接為一體，大壩帷幕主要在基礎廊道和灌漿平洞內完成，部分于壩頂公路上進行。左右岸各設置6條灌漿平洞，供大壩澆筑到一定高度時，正常開展帷幕灌漿施工作業，各層灌漿平洞之間的高差在36.00～75.00 m之間。

2 工程地質條件

根據工程地質勘察資料，河床壩基基巖由二疊系上統峨眉山玄武巖（P2β）組成。二疊系下統茅口組石灰巖（P1m）埋深于壩基以下約80 m，屬堅硬巖類。壩基地質構造主要表現為層間錯動帶，層內錯動帶、擠壓帶和基體裂隙。

河床壩基高程306 m以上巖體呈中等偏強透水性（q≥30 Lu）為主；高程238～306 m間巖體呈中等偏弱透水性（q＝10～30 Lu），其中右岸較左岸分布范圍大，透水性稍強；高程238 m以下巖體呈弱偏微透水性（q＝1～3 Lu）。但P1m石灰巖上部分布寬約85 m、厚約30 m向下游尖滅的中等偏弱透水楔形體（q＝10～20 Lu），與石灰巖上部局部發育溶孔溶隙、出現承壓水等相對應；高程180～200 m以下為矛口組灰巖，巖體完整，巖溶不發育，巖體透水率小于1 Lu。建基面高程350 m以下地下水豐富，規模較大的層間、層內錯動帶及主要裂隙有滲水現象。

3 工程設計指標

溪洛渡大壩防滲帷幕灌漿質量控制標準以檢查孔壓水試驗成果為主，結合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄和鉆孔全景圖像孔成果等綜合評定其質量。為方便施工現場的質量控制和質量檢查驗收，設計具體明確了工程質量的控制標準如下：

（1）563 m高程以下透水率不大于1 Lu，563 m高程以上透水率不大于3 Lu；

（2）經孔壓水試驗檢查，混凝土與基巖接觸段及其下一段透水率的合格率為100%，其余各段的透水率不小于90%；

（3）563 m高程以下不合格試段的透水率不超過設計規定值的200%，563 m高程以上不合格試段的透水率不超過設計規定值的150%，且不合格試段不集中，灌漿質量可認為合格。

4 灌漿試驗條件

4.1 灌漿試驗區域選擇

根據施工單位提供的灌漿成果資料和業主第三方壓水質量檢查成果（見表1），可分析16號壩段在建基面以下30～40 m深度范圍內，經采用濕磨細水泥系統補強灌漿，局部區域仍不能達到設計防滲要求。為了提高帷幕強度和形成封閉帷幕區，結合壩區基本地質條件及設計要求，同時考慮施工方便、灌區巖體代表性及灌后質量檢查成果資料，經現場實地考察，重點選擇河床中部16號壩段的軟弱結構面進行水泥－化學復合灌漿試驗。

表1 16號壩段帷幕灌漿第三方壓水試驗質量檢查綜合統計

4.2 灌漿試驗目的

（1）了解層間層內構造錯動帶及節理裂隙系統經灌漿處理后其整體性、剛度和強度的提高幅度，以及相應的巖石力學參數；

（2）為了解弱風化巖體的可灌性、灌漿工藝和灌漿材料等以及灌后壩基巖體的均一性和承載能力提高的強度，為拱壩建基面防滲要求優化奠定堅實的基礎，并為之相應的壩基基礎處理灌漿設計提供有益的依據；

（3）根據設計防滲標準及要求，以提高防滲帷幕強度，延長滲透路徑，降低壩踵揚壓力，同時對壓水檢查不合格試段，進行加固處理，使壩體形成封閉帷幕區；

（4）分析研究水泥－化學復合灌漿在復雜地質條件下，灌漿防滲處理效果，優選灌漿材料、鉆灌設備和施工工藝，提出不同區域和不同性狀弱風化巖體灌漿處理方案，為后期編制施工技術要求提供重要的參數。

4.3 灌漿試驗方法

本次試驗具有較強的針對性，根據揭露不同深度的巖層性狀和現場壓水透水率的變化情況，采用水泥－化學復合灌漿中的“自上而下分段灌漿法”，進行濕磨細水泥－化學漿液“同孔復合”灌漿，濕磨細水泥灌漿采用孔口封閉循環式灌漿，化學灌漿采用孔內阻塞純壓式灌漿。

5 施灌工藝控制

針對不同的地質構造，采取相應的施灌工藝。濕磨細水泥灌漿主要用于封堵被灌區域的大裂隙、大孔洞，使被灌區形成一個大的封閉區域，從而提高化學灌漿效果；CW510系環氧樹脂化學灌漿主要用于濕磨細水泥灌漿無法灌注的層間層內錯動帶、擠壓帶及節理細微裂隙處，以提高巖體的均一性、整體性和防滲強度。

5.1 鉆孔施工

鉆孔設備采用重探XY－2型回轉地質鉆機，金剛石鉆頭或硬質合金鉆頭循環鉆進。鉆孔孔深為入巖25 m，開孔孔位偏差不得大于10 cm，開孔孔徑為φ91 mm，入基巖2 m為第一段，以下各段鉆孔孔徑為φ60 mm，化學灌漿用φ76 mm鉆頭進行擴掃孔，灌漿孔每段段長誤差不超過20 cm。

在鉆孔開孔和鑲嵌孔口裝置時，應嚴格控制孔斜，每鉆5～10 m測量一次孔斜保證孔向準確，同時在鉆灌施工中，應不定期檢查鉆機是否錨固、發生移位等現象，以提高整孔鉆孔質量。帷幕灌漿孔孔底允許偏差見表2。

表2 帷幕灌漿孔孔底允許偏差

5.2 壓水試驗控制

在鉆孔洗孔完成后，即采用孔內阻塞在本段頂部50 cm處進行簡易壓水試驗，壓水試驗可結合裂隙沖洗同時進行，壓力為灌漿壓力80%，但不大于1 MPa，壓水時間為30 min，取最終值作為計算透水率q的計算值。若透水率q≥1.0 Lu時灌注濕磨細水泥漿液，若透水率q＜1.0 Lu時采用化學漿液直接灌注。

5.3 灌漿工藝控制

5.3.1 灌漿工序選擇

濕磨細水泥灌漿時，采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內循環法”施工；CW510系環氧樹脂化學灌漿時，采用“自上而下分段灌漿，孔內阻塞純壓式灌漿法”施工。灌漿段起始長度依次按照2.0 m、3.0 m和以下均5.0 m控制，現場根據特殊情況，可適當調整段長。

5.3.2 灌漿前壓風趕水

在進行化學灌漿時，需要采用電動式移動空氣壓縮機送風將灌漿孔和灌漿管路內積水通過回漿管排出，間歇性開啟空壓機，盡量排干積水。當吹風趕水量較小時，卸下進漿管路，將它連接在化灌泵上。

5.3.3 灌漿材料配制及力學性能

CW510系環氧樹脂材料分為A、B雙組份漿材，兩組份按A組份（基液）∶B組份（固化劑）＝6∶1（重量比），第一次配漿用CW511（6∶1）漿液，配制量應略大于管路和鉆孔占漿，后面根據注入量大小而定。

A組份（基液）和B組份（固化液）混合過程中，注意將B組份（固化液）緩慢注入A組份（基液）中，邊注入邊攪拌，控制注入速度以保持漿液在30℃以下。當注入率在0.1～0.3 kg／min時配漿量宜控制在8 kg以內，低于0.1 kg／min時配漿量控制在4 kg為宜。若漿液配制后長時間未使用，且漿液粘度明顯變大，或出現爆聚等情況則須將桶內余漿作為廢棄處理，重新配制新鮮漿液繼續灌注。CW滲透性環氧灌漿材料物理力學性能測試結果見表3。

表3 CW滲透性環氧灌漿材料物理力學性能測試結果（室溫23℃）

從表3可知：CW511、CW512環氧灌漿材料的力學性能都比較高，CW511初凝時間較長，可操作時間長，適合細微裂隙和泥化夾層的浸潤和滲透；CW512（漿比6∶1）可操作時間適中，適合裂隙較大層間錯動帶，擠壓帶；CW512（漿比5∶1、4∶1）初凝時間短，適合滲水封堵處理。

5.3.4 灌漿施工控制

（1）灌前漿材控制。經檢查管路連接無滲漏后，打開回漿閥啟動化學灌漿泵，利用CW漿液將孔內漿液進一步趕出，直至回漿管管口有持續漿液排出，關閉回漿閥。配制CW511（6∶1）漿液進行灌注，同時將一根水管插入灌漿塞頂部位置，以觀察灌漿過程中管路及阻塞器是否存在漏漿現象，以便及時采取處理措施。

灌漿過程中，為了保持漿液良好的可灌性，每8～10 h需要檢查孔內漿液是否變稠，同時必須保證漿液桶的入孔溫度小于30℃。

（2）灌漿升壓原則。灌漿過程中，主要以“逐級升壓、緩慢浸潤”為原則，每段灌漿壓力結合現場實際情況確定，緩慢升壓，按4級進行升壓控制，依次是初始壓力為最大灌漿壓力的30%，2級壓力為最大灌漿壓力的50%，3級壓力為最大灌漿壓力的80%，4級壓力為最大灌漿壓力的100%（見表4）。

當注入率低于0.1 kg／min，且持續時間超過1 h后，可升高化學灌漿泵設定壓力0.2～0.3 MPa，逐步升壓至灌漿最大設計壓力。

表4 壩基河床16號壩段化學灌漿段長、壓力參數 MPa

（3）漿液變換控制原則。充填管孔使用CW511（6∶1）環氧樹脂灌漿材料。灌漿開灌一般使用CW511（6∶1）漿液灌注，壓力上升緩慢或超過4 h壓力變化不大，可變換漿液至CW511（5∶1）繼續灌注；出現壓力值與注入率嚴重不相符時（如壓力1.0～1.5 MPa，流量大于0.5 kg／min），可變換漿液至CW512（6∶1）續灌。

（4）結束標準控制。對于非層間錯動帶灌漿結束標準：在該段最大設計壓力下，注入率不大于0.02 kg／min時，繼續灌注30 min或達到膠凝時間，可結束該段灌漿。灌漿持續時間超過72 h，結束標準放寬至0.05 kg／min。

對于層間錯動帶灌漿結束標準：在該段最大設計壓力下，注入率達到不吃漿或≤0.01 kg／min時，繼續灌注60 min或達到膠凝時間，可結束該段灌漿。

（5）拔管清洗。化學灌漿結束后，用0.5∶1水泥漿液置換孔內殘留CW環氧樹脂，待清理干凈方可拔出阻塞器。將灌漿管路拔出后，先用水對進返漿管路帶壓沖洗，再用丙酮清洗管道接頭及阻塞器，灌漿泵泵頭用丙酮沖洗干凈后，加上潤滑油。

（6）灌漿封孔。灌漿孔封孔采用“自下而上分段置換灌漿封孔法”，封孔壓力為灌漿孔的最大灌漿壓力。當灌漿孔上部存在空腔時，可使用水泥砂漿人工封填密實。

5.4 特殊情況處理

（1）孔內漏漿。灌漿過程中若孔口出現有不溶于水的黃色液體時，應將阻塞器拔起，重新試壓檢查管路及阻塞器是否存在漏漿，待全部檢查合格，方可下塞繼續灌注。

（2）長時間大耗漿情況。在灌漿過程中，如吸漿量較大，且長時間內不減小，超出灌區范圍時，可采取降低灌漿壓力，縮短漿液凝固時間，增大漿液粘度或使用間歇灌漿法，直至待凝等綜合處理措施。

6 復合灌漿成果分析

6.1 濕磨細水泥灌漿成果

壩基河床16號壩段濕磨細水泥灌漿，共計完成12段52 m，灌漿平均單位注入量為5.23 kg／m，各孔段注入量均較小，其中有2段單位注入量大于10 kg／m，1段單位注入量最大為32.07 kg／m，5段注入量為0 kg／m，占總段數的42.7%；從各孔段單位注入量分析，濕磨細水泥灌漿對于該復雜地層，可灌性較差，基本不吃漿。

6.2 CW環氧樹脂化學灌漿成果

壩基河床16號壩段化學灌漿，共計完成156段650 m，灌漿平均單位注入量為33.65 kg／m，其中Ⅰ序孔平均單位注入量49.37 kg／m，Ⅱ序孔平均單位注入量為15.30 kg／m，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔單位注入量主要集中在小于50 kg／m以內，分別占到總孔數的66.66%和90.28%；由此說明隨著灌漿次序的增進，巖體裂隙逐漸被灌注密實，灌漿效果明顯。

6.3 灌后效果檢查及評價

根據16號壩段復合灌漿成果資料，對灌漿試驗區域共布置3個質量檢查孔。經對各孔段采用五點法壓水試驗、孔內錄像及聲波檢測相結合，經檢查全部滿足設計要求（見表5）。

從表5可看出：16號壩段經化學灌漿處理后，檢查孔壓水全部滿足設計要求；表明CW環氧漿材不僅能滲入水泥漿液無法進入的細微裂隙，而且對破碎巖體和碎屑也有較好的粘結效果。16號壩段復合灌漿前后聲波波速分布統計見表6。

表5 16號壩段復合灌漿壓水試驗質量檢查綜合統計

表6 16號壩段復合灌漿前后聲波波速分布統計

從表6可知：16號壩段經化學灌漿處理后，聲波波速得到明顯提升，基巖均一性和承載能力強度整體得到增強，巖體裂隙灌注密實，防滲能力成效顯著。

7 結束語

溪洛渡拱壩基礎帷幕經多次普通水泥灌漿，局部區域仍無法滿足設計防滲要求，通過對16號壩段進行水泥－化學復合灌漿處理，從灌后綜合質量檢查效果可以看出，CW環氧樹脂在層間錯動帶，層內錯動帶、擠壓帶和基體裂隙等復雜地質條件下，具有較好的可灌性和滲透性，且能提高基巖整體性、均一性和力學強度，大壩防滲標準得到增強，為編制施工技術要求提供了強有力的保障和依據。

TV543.2

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1003－9805（2015）01－0093－04

2013－06－05

胡世英（1987－），男，湖北孝感人，助理工程師，從事水利水電工程監理工作。