阿海水电站大坝帷幕灌浆设计与施工效果分析

1 工程概况

阿海水电站位于云南省丽江市玉龙县(右岸)与宁蒗县(左岸)交界的金沙江中游河段，为金沙江中游河段规划的第四个梯级。阿海水电站工程属大型一等工程，主要永久性水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用的水利水电枢纽工程。工程由混凝土重力坝、左岸溢流表孔及消力池、左岸泄洪(冲沙)底孔、右岸排沙底孔、坝后主副厂房等组成。水库库容为8．79×108m3，电站装机容量2 000 MW(5×400 MW)。大坝帷幕灌浆钻孔总量3．424 2万m，灌浆0．16万t。

2 工程地质

坝址区两岸基岩大多裸露，按成因类型分为沉积岩、变质岩、侵入岩及第四系堆积物。变质岩主要为泥盆系下统(D1)，D1又分为山江组(D1s)、阿冷初组(D1a)和班满到地组(D1b)，其中D1b和D1s分布于坝址上游和下游，坝址主要为阿冷初组(D1a)。侵入岩沿层状岩体顺层侵入了多条长、宽不等的辉绿岩(βμ34)条带。辉绿岩岩石致密坚硬，与上、下伏地层呈不整合接触，其节理裂隙极为发育，发育的节理主要有:平行于侵入接触面(层面)的节理和柱状节理两组，此外辉绿岩体内隐微裂隙极为发育。

河床坝基的基岩为D21a砂岩类与板岩类间次分布的互层状岩体，且以互层状砂岩粉砂质板岩为主，靠厂轴线偏上游有2条宽约4 m的板岩集中带分布。岩层呈横河向中陡倾向上游。

河床坝基断层不发育(未发现Ⅲ级以上)，主要结构面为层间挤压带、挤压面和层面以及零星发育的节理裂隙。层间挤压带、挤压面和层面等主要结构面呈横河向分布，倾角一般45°～60°，倾向上游。坝轴线与厂轴线之间建基面有31条，其中宽度大于0．5 m的Ⅲ级结构面10条，其余的均属Ⅳ级结构面;各挤压带、面普遍有石英脉充填，两侧为碎裂岩，后期石英脉穿插胶结，带内物质挤压紧密;层面多表现为层理构造，结合紧密，部分为钙质或硅质胶结，无软弱物质充填。节理裂隙发育主要有两组:1)反倾向节理;2)横节理，该节理呈闭合至微张状，石英脉充填。缓倾角节理总体不发育且连通率小于10%。

3 防渗帷幕设计

大坝帷幕灌浆主要分布在上游基础灌浆排水廊道和下游基础灌浆排水廊道中。上游基础灌浆排水廊道设置2排帷幕(A，B线)，排内孔距均为2．0 m，排距1．0 m，主帷幕为垂直孔，最大深度60 m，上游副帷幕孔倾向上游6°，孔深取主帷幕孔的0．6倍;下游基础灌浆排水廊道设置1排帷幕(C线)，帷幕孔孔距3．0 m，倾向下游6°。灌浆采用42．5级普通硅酸盐水泥，为保证灌浆效果，施工过程中Ⅲ序孔将用42．5级超细特种水泥浆液灌注。

上游基础防渗帷幕为接地式帷幕，主帷幕A线排孔深度以深入透水率小于1Lu的相对不透水层作为控制标准，防渗帷幕与相对不透水层衔接并深入至5 m。在相对不透水层埋藏较浅的部位，防渗帷幕的深度也不得小于1/3倍的坝高。在坝趾处设置了一排下游C线帷幕孔，以形成封闭式防渗系统，孔间距2 m，基岩内幕深约25 m，大约为下游尾水最大水头的0．45倍。主帷幕防渗标准为透水率q≤1Lu，C线帷幕防渗标准为透水率q≤3Lu。

4 集中制浆系统布置

由于帷幕灌浆是在廊道内施工，不便于水泥运输，且通风条件较差，以及为避免廊道内的施工人员直接与水泥粉尘接触，保护工作环境，所灌水泥浆液在廊道外坝肩标高1 510 m高程附近设置的集中制浆站集中搅制，集中制浆系统采用400 L高速搅拌机统一搅制水灰比为0．5∶1标准稠度的水泥浆液，用输浆泵通过Φ1″输浆管路输送至工作面供机组使用，在廊道内设置送浆中转站向基础灌浆廊道输送浆液，现场经过二次配浆后进行灌浆作业。针对坝基岩石细微裂隙透水性强而可灌性却相对较差的特点，为提高其可灌性，采用80 μm细度筛筛余量1．2%的低细度525R普通硅酸盐水泥作为灌浆材料。

5 帷幕灌浆施工

5．1 总体施工程序

施工准备→布置风、水、电、通讯及制浆系统→铺设固定轨道→钻孔安装抬动变形观测装置(测试)→先导孔→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→Ⅲ序孔施工→检查孔施工。

5．2 灌浆施工

1)灌浆工艺:采用“小口径钻进，自上而下分段钻灌，不待凝、不做裂隙专门冲洗，孔口封闭，孔内循环式”的高压灌浆工艺。

2)灌浆设备:SGB6-10型灌浆泵，YJ-200型双层立式搅拌槽以及三参数大循环灌浆自动记录仪等。

3)浆液水灰比及变浆标准:灌浆浆液由稀到浓逐级变换，帷幕灌浆浆液普通水泥水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1，0．8∶1，0．5∶1 五个比级;细水泥水灰比采用 1∶1，0．8∶1，0．5∶1 三个比级。

4)灌浆压力:以安装在孔口回浆管路上的压力表指针所指示的中值为人工记录灌浆压力，以安装在孔口回浆管路上的压力传感器采集数据的平均值为自动记录仪记录的灌浆压力(见表1)。

5)灌浆段长划分:第1段(接触段)一般为2 m，第2段、第3段为2 m～3 m，第4段及以下各段一般为5 m～6 m(但最大段长不得大于10 m)，超细水泥最大灌浆段长3 m～4 m。地质缺陷部位可适当缩短段长。

6)灌浆结束标准:在设计压力下，当注入率不大于0．4 L/min时，继续灌注60 min，或不大于1．0 L/min时，继续灌注90 min即可结束。

7)封孔:用浓水泥浆液(0．5∶1)封孔，采用“分段灌浆封孔法”或“全孔灌浆封孔法”。

表1 灌浆压力参数表

6 特殊情况处理

1)灌浆过程中，如发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理。

2)钻灌过程中发现串浆时，视串通部位和串通量进行处理:如被串孔正在钻进，串浆量不大可继续钻进;否则停止钻进，封闭被串孔，待灌浆结束后，打开被串孔扫孔冲洗后继续钻进。如与待灌孔串浆，串浆量不大时，可在被串孔内通入水流，使水泥浆不致在孔内沉淀而堵塞钻孔内的岩石裂隙;否则封闭被串孔，待灌浆孔灌浆结束之后，立即打开被串孔扫孔冲洗后尽快灌浆。若两个孔同时灌浆，且两孔段使用的灌浆压力又不相同，出现串浆时，封闭使用较低灌浆压力的浅孔，待深孔灌浆结束后再灌浅孔。

3)对有涌水的孔段，灌浆前测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况，按下述方法处理:即相应提高灌浆压力，采取屏浆、闭浆待凝措施;或重新扫孔至该段孔底，观测涌水情况。如无涌水，直接进行下段钻灌;如仍有涌水，再次测记涌水流量、涌水压力，并进行复灌。

4)灌浆工作连续进行，如因故中断尽早恢复灌浆，恢复灌浆时，使用开灌水灰比的浆液灌注，如注入率与中断前相近则改用中断前水灰比的浆液灌注;如恢复灌浆后，注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，则作为事故孔补孔灌浆处理。

7 灌浆成果资料分析

7．1 灌前透水率分析

各排序孔共做了9 904段灌前简易压水试验，其中A线排帷幕孔Ⅰ序孔平均Lu=9．95，Ⅱ序孔平均Lu=5．56，Ⅲ序孔平均Lu=2．98;B线排帷幕孔Ⅰ序孔平均Lu=6．76，Ⅱ序孔平均Lu=1．23，Ⅲ序孔平均 Lu=0．83;C线排帷幕孔Ⅰ序孔平均 Lu=10．91，Ⅱ序孔平均 Lu=2．96，Ⅲ序孔平均 Lu=1．96。从上述数据中可以看出随着灌浆次序增进而Lu值均逐渐降低，符合灌浆的一般规律。

7．2 单位注入量分析

根据灌浆自动记录仪记录资料统计，A线排帷幕孔平均单耗37．65 kg/m，其中Ⅰ序孔平均单耗73．93 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗35．64 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗20．39 kg/m;B线排帷幕孔平均单耗32．35 kg/m，其中Ⅰ序孔平均单耗48．68 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗37．93 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗21．99 kg/m;C线排帷幕孔平均单耗68．22 kg/m，其中Ⅰ序孔平均单耗140．11 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗51．01 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗34．75 kg/m。

从上述数据可以看出:1)各排孔的平均单位注入量均呈现出随着灌浆孔序的不断加密而逐序减小的趋势，总体上看符合一般灌浆规律，表明先序孔的灌浆效果明显，后序孔起到了进一步充填、挤密压实的作用;2)同一条廊道内的A线排帷幕孔较B线排帷幕孔后施工，但A线排帷幕孔较B线排帷幕孔深，其平均单位注入量大于B线排帷幕孔，无明显的排序递减变化规律，表明深部孔段通过提高灌浆压力后将细微裂隙挤压张开，提高了细微裂隙的可灌性，取得了较好的灌浆效果。

7．3 透水率与单位注入量之间的相关分析

各线排帷幕孔的透水率与单位注入量之间均存在明显的线性规律，即透水率较小的孔段其单位注入率亦小，透水率较大的孔段其单位注入率亦大，反映出灌浆情况较为正常。

7．4 帷幕灌浆压水试验检查成果统计分析

A，B线共布置检查孔78个，做压水试验665段，透水率不大于1Lu者659段，占总试验段的99．1%，透水率大于1Lu者仅6段且分部不集中，满足设计检查要求。C线共布置了检查孔40个，做压水试验285段，透水率不大于3Lu者285段，占总试验段的100%，说明灌浆质量和防渗效果良好。

8 结语

1)采用80 μm细度筛筛余量1．2%的低细度525R普通硅酸盐水泥作为灌浆材料，可在一定程度上提高岩石细微裂隙的可灌性，取得良好的灌浆效果。2)坝基防渗帷幕灌浆始终使用灌浆自动记录仪，记录整个灌浆过程中的灌浆参数，从根本上保证了灌浆资料的真实性，并为弥补灌浆自动记录仪不能记录灌浆特殊情况备注说明的不足之处，辅以人工记录，使之形成系统完整的灌浆原始记录资料，保证了灌浆原始记录齐全、清晰、准确的资料质量，并为确保坝基防渗帷幕灌浆施工质量起到了有力保障作用。3)通过终孔标准来控制帷幕灌浆孔的深度，保证了防渗帷幕底界深入到相对隔水层。4)压水透水率及灌浆单位注入量均呈现出随着孔序的不断加密而逐序递减的变化趋势，规律明显，表明灌浆效果良好。5)压水透水率及灌浆单位注入量的大小均与地质条件相吻合，灌浆资料真实地反映了坝基的地质特点及岩石裂隙的发育状况，反映出灌浆情况较为正常。

［1］DL/T 5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］．

［2］张瑞宇．乡宁县清峪水库大坝坝基固结灌浆［J］．山西建筑，2010，36(5):362-363．