水電站大壩帷幕補強灌漿技術(shù)在涌水孔段的改進

劉 樹 國， 梁 金 松

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304)

0 引 言

大渡河深溪溝水電站的閘壩和廠房均置于巖基上，閘壩及廠房基礎(chǔ)防滲主要采用帷幕灌漿，基礎(chǔ)巖體透水性總體上表現(xiàn)為中等～弱透水。根據(jù)地質(zhì)提供的滲透剖面和工程規(guī)模，帷幕灌漿幕體設(shè)計按透水率3Lu控制。自2010年6月27日首臺機組發(fā)電以來，其廠房和閘壩基礎(chǔ)灌漿廊道防滲帷幕下游側(cè)排水孔內(nèi)滲壓較高，滲水量大，廠房壩段灌漿廊道部分排水孔存在涌渾水現(xiàn)象。泄洪閘基礎(chǔ)廊道布設(shè)22個排水孔，廠房基礎(chǔ)廊道布設(shè)63個排水孔，泄洪閘基礎(chǔ)廊道4個排水孔水質(zhì)渾濁，廠房基礎(chǔ)廊道4個排水孔也呈渾濁，個別排水孔攜帶有泥沙排出。排水孔內(nèi)滲壓均高于下游尾水位10m以上，個別壓力表測值達0.44MPa。監(jiān)測資料表明，壩基存在滲漏通道，防滲帷幕部分區(qū)段未封閉或阻斷上、下游水力聯(lián)系，特別是沿壩基存在的緩傾角層間擠壓破碎帶，局部有存在管涌現(xiàn)象，為減小滲流對壩基長期不利影響，需采取帷幕灌漿補強等工程措施。

1 現(xiàn)有帷幕灌漿技術(shù)處理涌水孔段存在的問題

1.1 現(xiàn)有帷幕灌漿補強處理措施

在帷幕補強灌漿施工過程中，經(jīng)常因為保證電站效益而在高水頭進行灌漿，導(dǎo)致上下游水位差較高，地質(zhì)條件不良的部位容易出現(xiàn)較多涌水孔段，有些孔段涌水壓力及涌水量均偏大。根據(jù)水泥灌漿規(guī)范要求，孔口有涌水的灌漿孔段，灌漿前應(yīng)測記涌水壓力和涌水量。根據(jù)涌水情況，可選用下列措施綜合處理：自上而下分段灌漿，縮短灌漿段長，提高灌漿壓力，改用純壓式灌漿，灌注濃漿，灌注速凝漿液，屏漿，閉漿，待凝[2]。

2.2 帷幕補強灌漿試驗

現(xiàn)場生產(chǎn)性灌漿試驗應(yīng)在滲透量大的灌漿廊道內(nèi)進行，段長為15 m，樁號為(廠橫)0+051.75 m～(廠橫)0+066.75 m。其中滲漏水較大的WB4-1孔部分孔段壓水試驗統(tǒng)計如表1。

表1 WB4-1部分壓水試驗統(tǒng)計表

對于WB4-1孔涌水量及涌水壓力較大的7段孔深28.5～33.5 m段長5 m，鉆孔孔徑75 mm，鉆孔后涌水渾濁涌水壓力達到0.42 MPa。鉆孔完成后，直接用灌漿管通入大流量水流，從孔底向孔外對灌漿段進行鉆孔沖洗，沖洗至回水清澈干凈后10 min結(jié)束[3]。本次洗孔30分鐘后，采用簡易壓水得到的透水率為33.10 Lu。

第一次灌漿采用循環(huán)灌漿法，灌漿壓力開始采用1 MPa，水泥漿液注入率為41.4 L/min，結(jié)束灌漿壓力為0.64 MPa，漿液注入率37 L/min，漿液濃度由5∶1逐漸變至0.5∶1，耗漿量4 725.82 kg，持續(xù)時間為2.4 h。灌漿結(jié)束后待凝48 h。由于灌漿時回漿量較小，導(dǎo)致射漿管(鉆桿)被卡孔內(nèi)水泥漿卡住。待凝結(jié)束后進行掃孔，孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，涌水量約45 L/min，較之前無明顯變化需要補灌。

第二次灌漿為避免鉆桿被水泥漿卡住，采用純壓式灌漿法，灌漿壓力0.8 MPa，漿液濃度從2∶1逐漸變至0.5∶1，灌漿開始注入率為36 L/min，采用間歇灌漿的方式，灌漿持續(xù)3 h，灌漿結(jié)束注入率小于1 L/min，耗漿量2 547.44 kg。灌漿結(jié)束后待凝48 h。待凝結(jié)束后進行掃孔，孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，涌水量約44 L/min，無明顯減小。

2.3 存在的問題

該孔段壓水實驗前時該孔段涌水量大，涌水壓力接近壩上水頭，且壓水期間吸水率較高最大達到96 L/min。推斷該部位可能存在薄弱的巖石裂隙，前期帷幕灌漿未得到有效處理，隨著水流淘刷裂縫部位細小的巖石碎屑已被沖走。在本次灌漿過程中水泥漿液濃度逐級變化，同時灌漿壓力保持在較高的水平，導(dǎo)致裂縫中較大的碎石被沖到滲漏通道中，相當(dāng)于擴大了該部位至滲漏通道的路徑。最終導(dǎo)致了前兩次灌漿過程中，漿液濃度逐級升高，灌漿壓力持續(xù)減小，但水泥漿的注入率未見明顯變化的情況。第一次循環(huán)灌漿由于漿液濃度大，回漿管流量較小，導(dǎo)致射漿管被孔內(nèi)凝固的水泥漿卡住。第二次純壓式灌漿達到注入率小于1 L/min的結(jié)束條件，但掃孔后仍然存在涌水現(xiàn)象，分析可能是漿液在孔內(nèi)逐漸凝固，造成灌漿完成的假象。傳統(tǒng)法灌注時間長，消耗水泥量多，其成功率也不高，主要是起壓漿管時振動孔內(nèi)屏閉漿結(jié)構(gòu)，漿液多順抽出壓漿管后留下的孔洞涌出，造成灌注失敗[4]。

3 改進的帷幕灌漿補強技術(shù)措施

3.1 設(shè)置改進的孔口封閉器

制作一個或多個(根據(jù)涌水孔段多少確定)直徑與孔口預(yù)埋管相同的可閉漿的孔口封閉裝置，其制作方式是：先選用與孔口管直徑相同的地質(zhì)管截取10 cm左右將一頭利用鋼板封死，其次在鋼板正中位置穿孔并穿入一根長30 cm直徑25 mm的鋼管，鋼管周圍與鋼板焊死作為保證不漏水的進漿管；其次在封閉裝置的側(cè)邊穿孔并焊接一根長10 cm直徑25 mm的鋼管作為保證不漏水的返漿管；最后在兩根直徑25 mm的鋼管的孔外端頭安裝球閥為閉漿做準備。孔口封閉裝置與孔口管的連接方式與常規(guī)孔口封閉器相同。

3.2 改進工藝后灌漿技術(shù)措施

在涌水較大的孔段，先壓水和洗孔，然后從孔口穿入一根直徑32 mm的PVC管至距孔段底50 cm處，再連接孔口封閉裝置與PVC管，將PVC管固定在孔口封閉裝置預(yù)留的直徑25mm的鋼管上，保證不漏水。最后將孔口封閉裝置安裝固定在孔口管上，并打開進、返漿管上的球閥，完成準備工作。

(1)由于本次灌漿的孔段透水率超過30 Lu，采用水灰比為2∶1的水泥漿添加適量速凝劑，本次灌漿添加3%的水玻璃，開始灌漿壓力控制在1～1.5 MPa。灌漿過程中根據(jù)現(xiàn)場情況(氣溫、灌入量、水灰比等)可采用水玻璃作速凝劑(在吸漿量較大時，宜加3%～5%的水玻璃)[5]。

(2)當(dāng)漿液注入量基本無減少，灌漿壓力上升特別緩慢時，采用水灰比升1∶1的水泥漿，增加水玻璃的摻量，間歇灌漿(間歇時間小于20 min)。

(3)注入率逐漸有降低，且灌漿壓力逐步上升的的情況下，水泥漿水灰比升至0.5∶1，停止摻用水玻璃，并逐漸提升灌漿壓力至設(shè)計壓力加涌水壓力之和，直到達到灌漿結(jié)束標(biāo)準。

(4)若長時間未達到結(jié)束條件可重復(fù)(2)、(3)步驟，采用間隔摻用水玻璃的稀漿和未摻水玻璃的濃漿進行灌注。

(5)當(dāng)注入率不大于1 L/min時繼續(xù)灌注60 min后結(jié)束此段灌漿，在關(guān)閉灌漿泵的同時關(guān)閉進、返漿管上的球閥進行閉漿，閉漿待凝時間為8 h～48 h，最終以打開進、返漿管上的球閥沒有漿液流出為準。

3.3 改進工藝的灌漿處理效果評價

大渡河深溪溝水電站大壩基礎(chǔ)廊道防滲帷幕補強灌漿工程，共8個帷幕灌漿單元，87個灌漿孔，總計857段，其中432段存在不同情況的涌水現(xiàn)象，涌水壓力0.1～0.44 MPa不等，全部采用此種方法進行灌漿后，9個質(zhì)量檢查孔，合計89段，壓水最大透水率3.13 Lu，最小透水率0.3 Lu，灌漿效果良好。

灌漿后帷幕后的排水孔滲漏量明顯減少，有利于大壩的安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié) 語

對已投產(chǎn)的電站進行壩基帷幕補強灌漿作業(yè)，很多時候是在電站高水頭的工況下進行，往往造成補強灌漿造孔后，孔內(nèi)的涌水量、涌水壓力均偏大，給灌漿增加了一定的難度。處理涌水量偏大的孔段，傳統(tǒng)循環(huán)式灌漿容易卡鉆桿，而純壓式灌漿由于漿液在孔內(nèi)流態(tài)較為穩(wěn)定、緩慢，導(dǎo)致長時間灌漿后孔內(nèi)水泥的迅速沉積，堵塞灌漿孔段，封閉涌水裂隙，造成達到結(jié)束條件的假象。造成在灌漿結(jié)束后掃孔到相同位置時，因水泥結(jié)石強度不足，在涌水壓力的作用下被再次沖開，造成同一涌水孔段多次復(fù)灌的情況。采用筆者介紹的方法進行灌漿，對于涌水量偏大，耗漿量大的孔段，有良好的處理效果，減少了涌水孔段的反復(fù)處理工作，避免了既耽誤工期又增加額外的成本，值得類似工程借鑒。該灌漿工藝的主要特點如下:

(1)對于巖體存在裂隙涌水較大，耗漿量也偏大的孔段，采用2∶1或1∶1的水泥漿摻用速凝劑，以較大的壓力讓水泥漿滲入含水量較多裂隙中逐漸凝固，以減少裂隙的通透性。

(2)以較低的壓力灌注未摻用速凝劑的濃水泥漿(0.5∶1)，進一步封閉裂隙提升灌漿壓力直至與設(shè)計值相同，有效避免在濃漿中摻用速凝劑后在孔內(nèi)凝固，而未到達裂隙中造成灌漿結(jié)束的假象。

(3)采用特制孔口封閉裝置進行循環(huán)灌漿，避免了回漿量小，灌漿時間長等因素導(dǎo)致灌漿管被凝固的水泥漿卡住，同時灌漿后直接封閉避免了起射漿管造成冒漿。同時脆性的PVC管在待凝后的掃孔時易碎，不會造成卡鉆的現(xiàn)象，同時減少工期的延誤。