改性環氧樹脂在兩河口水電站帷幕灌漿中的應用

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061)

1 工程概況

兩河口水電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段，壩址控制流域面積6.57萬km2，多年平均流量666m3/s。為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，正常蓄水位高程2865.00m，總庫容為107.67億m3。電站裝機容量3000MW，多年平均年發電量110億kW·h。礫石土直心墻堆石壩最大壩高為295m，壩頂高程2875m，河床部位心墻底開挖高程2580m。大壩帷幕灌漿通過沿心墻基礎面布設的河床基礎灌漿廊道，左、右兩岸分層設置的灌漿平洞及左、右兩岸蓋板進行。左、右兩岸分別在高程2575.50m、2640.00m、2700.00m、2760.00m、2820.00m、2875.00m處設置了六層帷幕灌漿平洞，各層平洞軸線位于同一豎直斷面內。河床灌漿廊道和左、右兩岸灌漿平洞基礎布置兩排灌漿帷幕，左、右岸壩肩蓋板基礎布置三排灌漿帷幕(即三角區帷幕)，帷幕灌漿底線高程2640以下比高程2575.5m底層灌漿平洞低9.5m，高程2640m以上帷幕灌漿底線比下層灌漿平洞低8m。河床廊道基礎帷幕及左、右兩岸底層灌漿平洞基礎帷幕為鉛直帷幕，其他各層灌漿平洞及左、右岸壩肩蓋板基礎灌漿帷幕為傾向上游的斜孔帷幕，上下相鄰兩層灌漿平洞基礎帷幕通過設置于下層平洞朝向上游的搭接帷幕連接。防滲要求按透水率不大于1Lu控制。

地層巖性：左岸邊坡出露地層巖性為三疊系上統兩河口組中、下段(T3lh1、T3lh2)砂板巖，堆石壩心墻部位主要為T3lh2(2)-①層變質粉砂巖；右壩肩邊坡主要由三疊系上統兩河口組下段(T3lh1)及中段(T3lh2)地層組成，其巖性以變質粉砂巖、粉砂質板巖為主，向下游漸變為粉砂質板巖夾絹云母板巖，以及粉砂質板巖與絹云母板巖互層。巖層產狀為N60°～75°W/SW∠60°～75°，與河流近垂直相交。

物理地質作用：壩址工程樞紐區巖體主要為砂、板巖，巖石抗風化能力較強，風化作用主要沿斷層、錯動帶和裂隙等弱面進行，以裂隙式風化和夾層狀風化為主要特點。壩址區巖體卸荷主要沿已有構造結構面進行。主要表現如下：

a.強卸荷帶內主要沿順坡向中、陡傾角裂隙普遍張開，順坡向裂隙普遍充填次生泥、巖屑；隱裂隙顯現，裂隙多松弛張開0.5～15cm，滲滴水；弱卸荷帶中裂隙張開較少，局部充填泥膜。

b.卸荷帶深度隨岸坡結構、局部地形地貌差異變化較大。岸坡弱卸荷水平深度10～129m，強卸荷在岸坡局部出現，水平深度0～79m。岸坡卸荷的總體規律是：隨著高程的增加，卸荷深度增大。

2 三角區防滲帷幕水泥灌漿施工情況

2.1 三角區防滲帷幕水泥灌漿原材料試驗檢測

a.普通水泥原材料檢測。左右岸三角區高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間共完成水泥檢測136批次，檢測結果均滿足規范要求[1]，檢測結果見表1。

表1 帷幕灌漿普通水泥檢測試驗成果統計

b.左右岸三角區高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間共完成磨細水泥檢測10批次，檢測結果均滿足規范及設計要求，檢測結果見表2。

2.2 三角區防滲帷幕水泥灌漿施工工藝

左右岸三角區帷幕設計3排灌漿孔，水平孔距2.0m，排距1.0m，梅花形布置，孔向傾向上游5°，排內分兩序由低到高施工，最大帷幕灌漿深度為74.5m，采用自上而下分段、孔口封閉灌漿法，按2m、3m、5m等的分段方式，采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1的細水泥漿液灌漿，起始水灰比3∶1，遇灌前壓水流量大于30L/min時采用普通水泥漿液灌注，起始水灰比3∶1。施工時安排專人觀測抬動變化，嚴格控制施工抬動變形，要求無抬動灌漿施工[2-3]，詳見表3。

表2 帷幕灌漿磨細水泥檢測成果統計

表3 三角區帷幕水泥灌漿分段方式及壓力

2.3 三角區防滲帷幕水泥灌漿施工完成情況

左右岸三角區高程2700m以下水泥灌漿共完成18個單元(左右岸各9個單元)，平均注灰量為30.89kg/m，Ⅰ序孔注灰量為37.27kg/m，Ⅱ序孔注灰量為24.46kg/m，平均單耗低，表明砂、板巖地層的可灌性較差。灌后檢查孔壓水7個單元一次檢查合格，合格率偏低(38.9%)，不合格孔段均在孔深20m以上，孔深20m以下均一次檢查合格。采用普通水泥和磨細水泥嚴格按照設計參數和技術要求多次補灌后，部分孔段的透水率仍處于1～3Lu之間，說明在三角區巖石側向埋深淺、抗抬能力弱、高處孔宜通過順坡向裂隙向低處孔串漿并引起低處孔頻繁抬動和劈裂的條件下，用普通水泥和磨細水泥補灌仍無法達到透水率不大于1Lu設計防滲標準。

3 三角區防滲帷幕水泥灌漿施工分析

綜合分析地質條件和物探檢測資料，對左岸三角區帷幕淺表部灌漿質量有影響的主要有2組優勢裂隙，分別為N65°W/SW∠70°～80°陡傾角裂隙及N30°～75°E/NW(SE)∠65°～85°中等傾角裂隙，且兩組裂隙相互切割；對右岸三角區帷幕淺表部灌漿質量有影響的主要有2組優勢裂隙，分別為N75°～90°W/SW(NE)∠75°～80°陡傾角裂隙及N30°～40°W/NE∠40°～50°中等傾角裂隙。水泥灌漿后壓水檢查時，壓力水易擊穿順坡發育的陡傾角—中等傾角裂隙薄弱結構面，通過卸荷裂隙薄弱結構面形成近似垂直坡面方向的滲漏通道，并引起淺部產生抬動變形或劈裂，造成壓水檢查不合格。

左右岸三角區帷幕灌漿施工存在如下困難：不利地質條件帶來的高灌低串、易劈裂抬動、可灌性差，且部分灌孔采用水泥灌漿后壓水試驗無法達到設計防滲標準；高陡邊坡帶來的安全風險大、施工困難等。

4 三角區防滲帷幕改性環氧樹脂化學灌漿施工情況

為保證三角區防滲帷幕灌漿施工質量及永久防滲性能，經與目前市場上其他化學灌漿材料(如：水玻璃、聚氨酯、丙烯酸鹽、硅溶膠等)對比，改性環氧樹脂具有起始黏度低、可操作時間長、抗壓強度高、黏結強度高、耐久性好、防滲效果好等優特點，且已完工水電站工程有成熟的應用經驗，經分析后采用改性環氧樹脂進行化學灌漿生產性試驗。

4.1 三角區防滲帷幕改性環氧樹脂灌漿原材料試驗檢測

左右岸三角區高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間，改性環氧樹脂化學灌漿材料委托國內具有專業檢測資質的機構進行檢測，檢測結果滿足規范要求，檢測成果見表4。

表4 改性環氧樹脂檢測結果統計

4.2 三角區防滲帷幕改性環氧樹脂灌漿施工工藝

左右岸三角區帷幕化學灌漿在相應部位水泥灌漿施工完成后實施，化學灌漿孔布置在上、下游排水泥灌漿孔軸線上，與水泥灌漿孔交錯布置，共布置2排孔，排內分兩序由低到高施工，孔向與水泥灌漿孔一致，孔徑56mm，采用“自下而上、分段卡塞、純壓式”灌漿法。化學灌漿孔深入基巖20～30m并深入下層基巖5m，孔深、分段根據工程地質條件和施工情況可適當調整。施工時分級升壓，嚴格控制抬動變形，要求無抬動灌漿。施工采用PSI系列改性環氧樹脂材料，型號分為PSI-501和PSI-530，PSI-501漿材配比為A∶B=9∶1，PSI-530漿材配比為A∶B=8.5∶1。化學灌漿適當延長灌漿時間，各段灌漿結束后進行閉漿，待壓力表壓力歸零后再施工下一段(漿液返流孔段適當延長閉漿時間)。大吸漿孔段采取限流、限壓、間歇、灌注速凝漿液等技術措施或采用總量控制原則(避免漿液向幕體外擴散浪費)，在保證質量的前提下節約漿材；出現串漿時，及時封堵被串漿孔并繼續灌注至結束，嚴禁多個孔段同時灌注，避免群孔效應；孔口返漿的孔采取復灌措施并保持孔口封閉狀態，至漿液達到初凝狀態時起塞。三角區帷幕化學灌漿結束后，灌漿段以上部分(0～0.5m)封孔采用0.38∶1∶1的水泥砂漿封填密實并壓抹齊平。詳見表5～表6。

表5 三角區帷幕化學灌漿分段方式及壓力

表6 三角區帷幕檢查孔分段及壓水試驗壓力

4.3 三角區防滲帷幕改性環氧樹脂灌漿施工措施及完成情況

三角區帷幕改性環氧樹脂化學灌漿生產性試驗(右岸4單元)施工用時1個月，完成灌漿350.40m，灌注環氧樹脂791.15kg，孔占量1966.80kg，廢棄漿液27.90kg，單元平均單位注入量為2.26kg/m(不含孔占)。化學灌漿試驗共完成灌漿42段，純灌漿總用時7805min，平均每段純灌用時186min(3.1h)。灌后檢查孔入巖深度25m，壓水檢查最大透水率0.02Lu，最小透水率0.00Lu，滿足透水率不大于1Lu的設計防滲標準，表明采用改性環氧樹脂進行化學灌漿效果明顯，同時提高了施工功效。

化學灌漿生產性試驗施工總結后，左右岸三角區高程2700m以下帷幕共完成化學灌漿11個單元，灌漿2465.4m，灌注環氧樹脂8293.83kg，平均單位注入量為3.36kg/m。根據檢查孔的鉆孔全景圖像成果統計分析，孔深20m以上平均每米約1～2條裂隙，孔深20m以下平均每米約1條裂隙，且水泥灌漿后僅有少數微細裂隙沒有得到充填，此類微細裂隙在改性環氧樹脂灌漿后已經充填飽滿。混凝土與基巖均結合緊密，裂隙內有明顯化學漿液結石充填，灌漿效果明顯。先導孔鉆孔取芯22個，檢查孔鉆孔取芯36個，先導孔的巖芯獲得率為86.0%，檢查孔的巖芯獲得率為94.8%，灌漿后巖體完整性較灌前有明顯提高。左右岸三角區帷幕灌漿后壓水檢查18個單元，一次檢查合格17個單元，不合格單元經化學漿材加強灌漿后已復檢合格，均達到了透水率不大于1Lu設計防滲標準，合格18個單元，合格率100%，優良17個單元，優良率94.4%。

5 結 論

經分析施工數據并結合施工實踐經驗總結，為保證左右岸三角區防滲帷幕灌漿質量，使用普通水泥灌漿后壓水檢查不合格單元，透水率在1～3Lu時可采用改性環氧樹脂進行化學灌漿加強處理。左右岸高程2581～2700m三角區防滲帷幕灌漿施工資料齊全、數據可靠、質量合格。通過改性環氧樹脂化學灌漿單位注漿量和檢查成果分析總結，證明采用改性環氧樹脂進行化學灌漿處理是可行的，且灌漿效果明顯，進一步提升了防滲帷幕施工質量，既保證了三角區防滲帷幕灌漿施工質量滿足設計要求，又保證了大壩心墻有序填筑施工。通過采用改性環氧樹脂化學材料以及合適的施工工藝、質量控制措施等，三角區帷幕灌漿取得了很好的效果，給類似工程施工提供了參考。

考慮三角區高程2700m以上巖石完整性變差，卸荷裂隙發育深度加深，為保證帷幕防滲性能和方便施工，三角區防滲帷幕灌漿施工后續將采取以下工藝流程和措施：帷幕軸線蓋板增設抗抬錨桿→加長孔口管鑲鑄深度→適當降低淺層段洗孔、壓水及灌漿壓力→主帷幕上游側增設輔助帷幕→水泥灌漿后壓水檢查透水率1～3Lu的采用改性環氧樹脂進行加強灌漿處理→心墻填筑前進行混凝土與基巖接觸面質量普查。

考慮灌漿平洞洞口受岸坡和平洞雙重爆破開挖作用影響，巖體松弛，卸荷裂隙發育，巖體整體完整性差，后續將對洞口封堵段及影響區進行水泥加強灌漿處理，并視具體情況采用改性環氧樹脂進行加強灌漿處理。