响水涧抽水蓄能电站上水库帷幕灌浆试验分析

张希孟，杨晓诚

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概况

响水涧抽水蓄能电站位于安徽省芜湖市繁昌县峨桥镇，距芜湖市区45km。电站枢纽工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和地面开关站等组成，装机容量1000MW。上水库由主坝、南副坝、北副坝和库岸山岭组成，主、副坝均为钢筋混凝土面板堆石坝。上水库正常蓄水位高程220m，总库容为1748万m3。

2 试验目的和任务

本次试验属施工阶段生产性试验，目的是从技术上论证拟采用水泥灌浆方案的可行性、效果的可靠性和经济上的合理性，探索坝址基岩体及库岸岩体的可灌性，对帷幕灌浆的设计参数指标(孔距、排距、孔深、孔径、灌浆压力等)进行实地验证，推荐合理的施工工序及工艺，选择适宜的灌浆材料和最优的灌浆水灰比。

3 原材料室内试验成果

在施工开始前，对各个比级的浆液进行了室内试验，掺加了JC－002型高效减水剂。主要试验成果见表1。浆液试验结果表明能满足设计要求。

表1 水泥浆液物理性能检验成果表

4 帷幕灌浆试验场地的选择与试验参数

根据上水库地质条件以及设计要求，将灌浆试验场地选择在主坝ZZ21和NZ9两块趾板做趾板帷幕试验，上进、出水口上方做无盖重条件下的帷幕灌浆试验。在设计给定的孔距条件下共分3个试区，各试区布孔情况如图1、2、3所示。根据前期固结灌浆参数，拟定第一、二试验区灌浆压力第一段为0.8MPa、第二段为1.1MPa，第三段以后为1.5MPa;第三试验区第一段为0.6MPa、第二段为0.9MPa，第三段以后为1.5MPa。

5 试验工艺方法

5.1 钻进与冲洗方法

造孔采用孔径为75mm的金刚石钻头钻孔。造孔试验表明第一试验区选用胎体硬度为20～25度的金刚石钻头、回旋地质钻机造孔比较合适;第二、三试验区选用胎体硬度为25～30度的金刚石钻头、回旋地质钻机造孔比较合适。

图1 ZZ21第一试验区帷幕试验布孔图

图2 NZ9第二试验区帷幕试验布孔图

图3 第三试验区上进出水口无盖重帷幕试验布孔图

第一、三试验区采用压力水冲洗至返水清洁时止或不大于20min，第二试验区采用脉冲压力水进行钻孔冲洗至返水清洁时止或不大于20 min，孔底岩粉沉渣厚度小于20cm，洗孔压力为灌浆压力的80%。

5.2 压水试验

先导孔、检查孔采用五点法压水试验，其他孔采用简易压水试验，压水压力为该段灌浆压力的80%且不大于1MPa。

5.3 灌浆施工

5.3.1 施工工艺

灌浆采用先下游排，再上游排的施工顺序，同排孔分为两个次序，依据先Ⅰ序后Ⅱ序、逐渐加密的原则施工，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五个比级。具体施工工艺如图4、5所示。

图4 趾板帷幕灌浆施工工艺流程图

图5 上进、出水口无盖重帷幕灌浆施工工艺流程图

5.3.2 灌浆方法

第一、二试验区第一段采用孔口卡塞、孔内循环灌浆法施工，第三试验区以及趾板帷幕灌浆试验区第一段以后采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法施工，其射浆管距段底不超过0.5 m。灌浆分段为灌浆段长，第一段为2m，第二段为4m，以下各段均为5m。

5.3.3 灌浆结束标准及封孔

帷幕灌浆各灌浆段的结束标准为:在该灌浆段最大设计压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注60min，结束灌浆。

帷幕封孔采用“全孔灌浆封孔法”，封孔浆液水灰比为0.5∶1，从孔底注浆至孔口后，封闭孔口，采用1.5MPa压力孔口纯压1h后结束封孔。

表2 第一试验区注灰频率和透水频率统计表

表3 第二试验区注灰频率和透水频率统计表

表4 第三试验区注灰频率和透水频率统计表

表5 各试验区注入率与灌前透水率统计表

6 灌浆试验效果分析

6.1 各次序孔灌前单位透水率分析

由表2可知，第一试验区Ⅰ序孔平均透水率为4.61Lu，Ⅱ序孔平均透水率为3.21Lu，Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的69.6%。表4中第一试验区Ⅰ序孔平均透水率为8.71Lu，Ⅱ序孔平均透水率为4.25Lu，Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的48.8%;由表5可知，Ⅰ序孔平均透水率为30.1Lu，Ⅱ序孔平均透水率为10.6Lu。Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的35.2%。各试验区灌前单位透水率随灌浆序次递增减小明显。

6.2 各次序孔单位注入量统计分析

对表5中的统计数据进行分析得知，各次灌浆试验中:第一试验区平均单位注入量Ⅰ序孔为110.3kg/m，Ⅱ序孔为77.3kg/m，Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的70.1%。第二试验区单位注入量Ⅰ序孔为251.0kg/m，Ⅱ序孔为143.6kg/m，Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的57.2%;第三试验区平均单位注入量Ⅰ序孔为504.4kg/m，Ⅱ序孔为254.2kg/m，Ⅱ序孔为Ⅰ序孔的50.4%。单位注入量随施工加密递减的规律显著。

6.3 注灰频率与透水率频率分析

6.3.1 注灰频率分析

表2～4的统计数据显示，第一试验区灌浆段共45段，Ⅰ序孔10～30kg/m的1段，频率为3%，30～50kg/m的3段，频率为10%;50～100 kg/m的12段，频率为40%，100～500kg/m的14段，频率为47%;Ⅱ序孔30～50kg/m的6段，其频率为40%，50～100kg/m的5段，频率为33%，100～500kg/m的4段，频率为27%。

第二试验区灌浆段共78段，Ⅰ序孔﹤10kg/m的1段，频率为2.6%，10～30kg/m的1段，频率为2.6%，30～50kg/m的2段，频率为5.3%，50～100kg/m的4段，频率为10.5%;100～500 kg/m的6段，频率为15.8%，﹥500kg/m的24段，频率为63.2%;Ⅱ序孔﹤10kg/m的7段，频率为17.5%，10～30kg/m的2段，频率为5%，50～100kg/m的6段，频率为15%，100～500kg/m的15段，频率为37.5%，﹥500kg/m的10段，频率为25%。

第三试验区灌浆段共31段，Ⅰ序孔10～30 kg/m的1段，频率为5%，30～50kg/m的4段，频率为19%，50～100kg/m的0段，频率为0%;100～500kg/m的11段，频率为52%，﹥500kg/m的5段，频率为24%;Ⅱ序孔10～30kg/m的2段，频率为20%，30～50kg/m的1段，频率为10%，100～500kg/m的5段，频率为50%，﹥500 kg/m的2段，频率为20%。

对以上数据进行分析表明，三个试验区灌浆效果均较明显，岩石可灌性较好。6.3.2透水率频率分析

对表2～4中的统计数据进行分析得知第一试验区压水试验计45段，Ⅰ序孔﹤1Lu的4段，频率为9%，1～3Lu的13段，频率为29%，3～5 Lu的13段，频率为29%，5～10Lu的14段，频率为31%，10～50Lu的1段，频率为3%;Ⅱ序孔﹤1Lu的2段，频率为13%，1～3Lu的6段，频率为40%，3～5Lu的4段，频率为27%，5～10Lu的2段，频率为20%。

第二试验区压水试验计78段，Ⅰ序孔﹤1Lu的3段，频率为7.9%，1～3Lu的5段，频率为13.2%，3～5Lu的7段，频率为18.4%，5～10Lu的21段，频率为55.3%，10～50Lu的1段，频率为2.6%，﹥50Lu的1段，频率为2.6%;Ⅱ序孔﹤1Lu的3段，频率为7.5%，1～3Lu的9段，频率为22.5%，3～5Lu的15段，频率为37.5%;5～10Lu的12段，频率为30%，10～50Lu的1段，频率为2.5%。

对以上数据进行分析说明:随序加密灌浆后透水率(Lu)各区间段数/频率递减规律显著。

6.4 检查孔透水率分析

对检查孔压水试验数据进行分析得知，第一试验区WZ21－J1#检查孔在灌浆孔孔距为2m，排距1.5m中间钻孔进行检查，孔深42.7m，压水试验9段，最大透水率为0.88Lu，最小透水率为0.45Lu。第二试验区检查孔孔深41.5m，压水9段，最大透水率为0.81Lu，最小透水率为0.31Lu。第三试验区WJ20－1#检查孔在灌浆孔孔距2m，排距1.5m中间钻孔进行检查，孔深29.85m，压水试验6段，最大透水率为0.89Lu，最小0.63Lu。以上试验部位检查孔压水值均小于设计要求1Lu值的防渗标准且主帷幕深度均大于设计要求的0.5倍水头，试验部位施工质量均满足设计要求。

7 结语

试验结果表明，在三个试验区中采用孔口封闭、孔内循环，自上而下分段灌浆法施工，孔距为2m，排距为1.5m，分段情况为:第一段2m，第二段4m，以下各段均为5m，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五个比级的水泥浆液，趾板区域灌浆压力为:第一段0.8MPa、第二段1.1 MPa，第三段以后为1.5MPa;无盖重区在第一段0.6MPa、第二段0.9MPa，第三段以后为1.5MPa的灌浆压力条件下均能满足设计指标。本次灌浆试验在灌浆参数、材料以及工艺上的成果均为今后帷幕灌浆施工提供了有力的技术指导。