沙河抽水蓄能電站上庫(kù)北埡口滲漏原因分析及處理

徐守剛，羅延輝

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

1 概況

沙河抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱沙河電站）安裝兩臺(tái)50 MW的單級(jí)可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，總裝機(jī)容量100 MW。電站樞紐包括上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、尾水渠、廠房和變電站等。上水庫(kù)由主壩、東副壩、庫(kù)盆和環(huán)庫(kù)公路組成，總庫(kù)容267.78萬(wàn)m3，其中正常運(yùn)行發(fā)電庫(kù)容為205.55萬(wàn)m3。上庫(kù)正常蓄水位136.00 m，消落深度16 m。工程于1998年9月正式開(kāi)工，2001年7月工程竣工，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.82億kW·h。

北岸埡口位于上庫(kù)庫(kù)盆北岸，上庫(kù)施工時(shí)，為防止?jié)B水，開(kāi)挖破碎巖石后做混凝土截水墻，并對(duì)基巖面以下進(jìn)行帷幕灌漿防滲。截水墻位于埡口地形最低點(diǎn)，墻后基巖面高程134.5 m，墻底最低高程129.0 m，墻頂高程136.5 m，上部澆筑0.5 m厚混凝土板。墻體全長(zhǎng)110 m，分為9個(gè)墻段，最大墻高7.5 m，最大墻厚0.8 m。各墻段間伸縮縫設(shè)止水銅片一道，縫內(nèi)設(shè)置瀝青泡木板。

在環(huán)庫(kù)公路北庫(kù)岸埡口截水墻后設(shè)置繞壩滲壓孔3只（UP1、UP2、UP3），孔內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)，用于監(jiān)測(cè)地下水位變化。在水庫(kù)運(yùn)行初期，即發(fā)現(xiàn)離截水墻最近的UP1的孔內(nèi)水位與庫(kù)水位關(guān)系密切，隨庫(kù)水位變化而變化，UP1孔內(nèi)水位最高約132.4 m，最低約127.1 m，變幅約6 m。在低水位庫(kù)盆護(hù)坡可見(jiàn)反滲現(xiàn)象，見(jiàn)圖1～圖3。因下游斷面較大，滲流很難匯集，具體的滲透量不明。

圖1 沙河抽水蓄能電站總體布置平面圖

圖2 上庫(kù)平面布

圖3 北岸埡口反滲情況

2 滲漏原因及防滲必要性

2012年進(jìn)行委托原設(shè)計(jì)院進(jìn)行地質(zhì)勘察，北埡口混凝土截水墻以下巖性主要由大王山組中段（J3d2）熔結(jié)凝灰?guī)r和燕山晚期侵入巖安山玢巖為主，局部有沉凝灰?guī)r捕虜體分布。共發(fā)現(xiàn)6條貫穿防滲線的斷層，走向基本以NWW向和NNE向兩組為主，埡口中心地帶巖體由于斷裂及裂隙較發(fā)育，形成槽狀強(qiáng)風(fēng)化帶。

北庫(kù)岸埡口混凝土截水墻透水率q介于0.55～1.07 Lu之間，屬于微透水～弱透水；基巖帷幕內(nèi)微透水層（q＜1 Lu）頂板高程分別為116.22 m、111.68 m及116.05 m，兩側(cè)高中間低，低于水庫(kù)正常蓄水位，幕體最大透水率為4.78 Lu。

綜合分析認(rèn)為北埡口截水墻后埋設(shè)的UP1水位與上庫(kù)水位密切相關(guān)，主要與部分截滲墻體、截滲墻與基巖接觸帶及防滲帷幕存在弱透水性有關(guān)。滲漏通道有3種可能：①截水墻與基巖間接觸帶存在滲漏；②截水墻各段之間止水局部破壞；③截水墻基巖帷幕灌漿有破壞，通過(guò)墻下基巖滲水。

上水庫(kù)滲漏總量經(jīng)估算約為4.71 L/s，折合407 m3/d，日滲漏量占總庫(kù)容的0.155‰，滿足DL/T 5028-2005《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》8.2.3條文說(shuō)明的要求，即“防滲做的好的工程，基本可控制在日滲量不大于0.2‰～0.5‰的總庫(kù)容范圍以內(nèi)”。但為改善埡口的防滲條件，避免滲漏通道擴(kuò)展，減少滲漏量，使墻后山體滲流浸潤(rùn)線有所降低和排除滲透破壞隱患，需對(duì)該段進(jìn)行全帷幕灌漿處理。

3 設(shè)計(jì)方案

本次帷幕灌漿處理目的是為降低北岸埡口山體滲流浸潤(rùn)線及減少滲漏量，從而改善北岸埡口的防滲條件，避免滲漏通道擴(kuò)展，排除滲透破壞隱患。由于無(wú)法確定具體準(zhǔn)確的滲漏部位，故只能針對(duì)可能出現(xiàn)的情況，結(jié)合工程實(shí)際，提出如下防滲處理方案：

（1）帷幕灌漿加密

截水墻中心線處帷幕灌漿加密，新加灌漿孔孔距2.0 m，要求深入相對(duì)不透水層（q≤1 Lu）以下5 m，兩端與庫(kù)岸防滲帷幕相連。

（2）伸縮縫封堵

為避免止水損壞引起沿伸縮縫滲漏，對(duì)伸縮縫進(jìn)行騎縫鉆孔Φ100 mm并灌注微膨脹水泥砂漿封堵。

（3）堆石體注漿

對(duì)截水墻后高程134.50 m以下的堆石體內(nèi)采用鉆孔灌注水泥漿。

4 帷幕灌漿施工

本次上庫(kù)北岸埡口防滲處理從2013年9月至2014年1月，歷時(shí)5個(gè)月。整個(gè)工程共進(jìn)行了帷幕灌漿、截水墻后填料區(qū)水泥注漿、伸縮縫騎縫灌漿及新增滲壓觀測(cè)孔施工。帷幕灌漿共施工65個(gè)孔，總注灰量為221.954 t，單位平均注灰量為199.9 kg/m；截水墻后填料區(qū)共施工27個(gè)孔，因大部分孔吸漿量大，出現(xiàn)無(wú)壓力、無(wú)回漿現(xiàn)象，后進(jìn)行限量控制，水泥注漿量為118.832 t。為防止伸縮縫部位漏水，進(jìn)行了騎縫灌漿，采用M25微膨脹水泥漿分層進(jìn)行回填，采用0.5∶1的水泥漿自孔口自流灌注，至灌漿量不大于1 L/min時(shí)結(jié)束。

灌漿后布設(shè)了6個(gè)檢查孔，共28段，其中25段透水率在7 Lu以內(nèi)。平均透水率為2.69 Lu，最大透水率9.35 Lu（只有一段），最小透水率0.29 Lu。根據(jù)檢查孔壓水試驗(yàn)檢查結(jié)果表明，灌后透水率較灌前明顯變小，符合設(shè)計(jì)要求。

4.1 施工工藝流程

帷幕灌漿工藝流程如下：測(cè)量→鉆孔施工→鉆孔沖洗、壓水→灌漿→封孔等步驟。

（1）鉆孔施工：采用小口徑地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，金剛石鉆頭，第1段灌漿結(jié)束后進(jìn)行孔口管埋設(shè)，埋入基巖深度2 m，孔口管采用無(wú)縫鋼管。

（2）鉆孔沖洗、壓水：采用高壓水沖洗，沖洗時(shí)間不少于30 min，回清水10 min。灌漿前均進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水壓力1.0 MPa。

（3）灌漿：采用自上而下分段灌漿法時(shí)，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1 L/min，繼續(xù)灌注90 min，即可結(jié)束。

（4）封孔：全孔灌漿結(jié)束后，用0.5∶1的水泥漿置換孔內(nèi)漿液并取出所有灌漿管后，用0.5∶1的水泥漿壓30 min，壓力為最大灌漿壓力。

4.2 灌漿方法

（1）帷幕灌漿按照分序加密的原則進(jìn)行，單排孔帷幕應(yīng)分為三序孔灌漿，灌漿方式采用孔內(nèi)循環(huán)。

（2）帷幕灌漿的混凝土與基巖接觸段必須先行單獨(dú)灌注并待凝24 h后，再進(jìn)行下一段的鉆灌作業(yè)。接觸段在巖石中的長(zhǎng)度不得大于2 m。

（3）帷幕灌漿先導(dǎo)孔采用自上而下分段鉆孔、分段單點(diǎn)發(fā)壓水、分段灌漿的方式進(jìn)行。

（4）帷幕灌漿段長(zhǎng)采用5～6 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長(zhǎng)，但不得大于10m。灌漿孔的基巖段長(zhǎng)小于6 m時(shí)，可采用全孔一次灌漿法；大于6 m時(shí)，選用自上而下分段灌漿法。

（5）對(duì)庫(kù)岸0+253.00～0+293.00段無(wú)混凝土壓重進(jìn)行灌漿時(shí)，孔口管安設(shè)灌漿塞的底部高程為136.00 m。

（6）采用自上而下分段灌漿法時(shí)，灌漿塞應(yīng)塞在已灌段段底以上0.5 m處，以防漏灌；孔口無(wú)涌水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝。但在斷層、破碎帶等復(fù)雜地區(qū)則應(yīng)待凝，待凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定。

（7）各灌漿段灌漿時(shí)，射漿管管口距孔底不大于50 cm，射漿管的外徑與鉆孔孔徑之差不大于20 mm。采用鉆桿作射漿管時(shí)，使用平接頭連接。

（8）灌漿過(guò)程中，注意觀察，當(dāng)發(fā)生地表冒漿，壓力突然升、降，吸漿量突然增、減等異常現(xiàn)象時(shí)，立即查明原因，采取相應(yīng)措施妥善處理，并做好詳細(xì)記錄，報(bào)監(jiān)理人研究處理。

（9）灌漿結(jié)束待加深或鉆孔結(jié)束待灌漿時(shí)，灌漿孔孔口妥加保護(hù)，嚴(yán)防污水、污物流入孔內(nèi)。

4.3 灌漿壓力

（1）灌漿壓力灌漿試驗(yàn)確定的壓力進(jìn)行控制。

（2）灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，接觸段和注入率大的孔段分段升壓。

4.4 灌漿漿液及變漿標(biāo)準(zhǔn)

（1）本工程帷幕灌漿灌漿漿液比采用3∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四級(jí)控制，帷幕灌漿的開(kāi)灌漿液比為3∶1，灌漿漿液由稀到濃逐級(jí)變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

（2）當(dāng)某一級(jí)水灰比漿液的單孔注入量達(dá)300 L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，而灌漿壓力或注入率均無(wú)改變時(shí)，改為采用濃一級(jí)水灰比的漿液灌注。

（3）當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可越級(jí)變濃。

（4）灌漿過(guò)程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí)，查明原因，并及時(shí)通報(bào)監(jiān)理人，采取相應(yīng)的處理措施。

4.5 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔

（1）采用孔口封閉法分段灌漿時(shí)，灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min，單段灌漿注灰量超過(guò)1 t/段即結(jié)束灌漿。

（2）每個(gè)帷幕灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，請(qǐng)監(jiān)理人及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格的灌漿孔進(jìn)行封孔。

（3）帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時(shí)，灌漿孔封孔應(yīng)采用 “全孔灌漿封孔法”。

（4）帷幕灌漿封孔時(shí)，對(duì)截水墻范圍孔段及路面范圍20 cm孔段采用M25微膨脹水泥砂漿封堵。

4.6 方案調(diào)整

先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，帷幕灌漿試驗(yàn)分3個(gè)區(qū)，各5個(gè)孔，孔深30 m。回填區(qū)注漿試驗(yàn)共完成8個(gè)孔的注漿試驗(yàn)。通過(guò)以上3個(gè)試驗(yàn)區(qū)的帷幕灌漿成果來(lái)看，壓水試驗(yàn)成果反映的巖石透水性比方案設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘察成果要強(qiáng)，同時(shí)從耗灰量來(lái)看，遠(yuǎn)大于原帷幕灌漿設(shè)計(jì)要求的耗灰量。如繼續(xù)按原方案施工，工程費(fèi)用將大大超過(guò)預(yù)算，為了在達(dá)到防滲處理效果的同時(shí)，能合理控制工程費(fèi)用，建設(shè)單位在灌漿試驗(yàn)后召開(kāi)了兩次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)并咨詢有關(guān)專家對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)討論分析并做適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的方案重點(diǎn)加強(qiáng)可能滲漏部位的灌漿，減少了非重點(diǎn)部位灌漿，同時(shí)控制灌漿量，具體內(nèi)容如下：

（1）墻后注漿

墻后先進(jìn)行一定量的注漿有利于接觸段灌漿條件的改善，減少漏漿、冒漿的發(fā)生，同時(shí)可以適當(dāng)延長(zhǎng)截水墻底面接觸滲徑長(zhǎng)度，適當(dāng)控制注漿范圍，對(duì)兩側(cè)地質(zhì)條件較好的地段取消注漿，并適當(dāng)降低中間圓弧注漿孔段的注漿頂高程。具體注漿范圍為24號(hào)～42號(hào)孔，共19個(gè)注漿孔，注漿頂高程由134.5 m降為133.0 m。

（2）北岸埡口帷幕灌漿

重點(diǎn)加強(qiáng)可能滲漏地段灌漿，剩下的19個(gè)孔（22號(hào)～31號(hào)、42號(hào)～50號(hào)）按原設(shè)計(jì)深度施工；對(duì)37號(hào)～40號(hào)孔范圍加密，即除檢查孔WJ-2灌漿外，增設(shè)3個(gè)加密孔，對(duì)其余26個(gè)孔，即1號(hào)～16號(hào)孔、51號(hào)～60號(hào)孔灌注接觸段，深入基巖2 m；對(duì)試驗(yàn)三區(qū)36號(hào)孔兩側(cè)各增加1孔接觸段灌漿，深入基巖2 m；接觸段灌漿壓力0.3 MPa，必要時(shí)（當(dāng)透水率q≥30 Lu）可采取低壓、濃漿、限量方式灌漿。

5 效果分析

北岸埡口滲水抬高了地下水位，且北岸埡口巖體單薄，存在滲透破壞的可能，對(duì)上庫(kù)安全始終是個(gè)隱患。北岸埡口防滲處理后，一是可以降低北岸埡口處地下水位，防止巖體軟化塌陷，保持北岸埡口處地質(zhì)安全，保證上庫(kù)岸坡的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定；二是可以減少上庫(kù)滲水量，增加發(fā)電量。

北岸埡口防滲處理前UP1的水位與上庫(kù)水位變化一致，與庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)達(dá)0.7，且孔內(nèi)水位隨庫(kù)水位往復(fù)變化，水位變幅約6 m，見(jiàn)圖4。

圖4 灌漿前北庫(kù)岸埡口UP1孔內(nèi)水位與上庫(kù)水位過(guò)程線

北岸埡口防滲處理后UP1與上庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)不足0.3，基本沒(méi)有相關(guān)性，水位變幅也有所減少，與上庫(kù)水位無(wú)明顯相關(guān)性。庫(kù)內(nèi)護(hù)坡反滲現(xiàn)象也消失，說(shuō)明防滲通道得到封堵，取得了預(yù)期的效果。