砂砾石复杂地层中围堰防渗处理技术

李锦岚

（武汉大学 武汉市 430072）

1 工程概况

江口水电站位于重庆市武隆县江口镇芙蓉江河口上游约2 km处，大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高为139.0 m，发电总装机容量为300 MW。本工程施工导流方案采用围堰一次拦断河床，隧洞过流，枯木期围堰挡水、汛期淹没基坑。导流建筑物主要包括导流隧洞、上下游土石围堰及厂房围堰。其中，上游土石围堰为Ⅳ级建筑物，其挡水标准选用枯水期11～4月10年一遇最大瞬时流量Q=1 890 m3/s，设计挡水水位为203.91 m。围堰采用双戗堤粘土心墙加复合土工膜及三排防渗帷幕结构，围堰防渗施工采用塑性灌浆方法，围堰堰顶高程204.5 m，第一阶段塑性灌浆钻孔高程187.0 m，第二阶段灌浆钻孔高程192.0 m。

2 塑性灌浆设计

2.1 上游围堰位置地质情况

上游围堰原河床覆盖层厚（5.0～6.0）m，由于导流洞进口段开挖弃渣及其围堰拆除等原因，导致覆盖层最大厚度已超过13.0 m，河床覆盖层上部主要为砂、砂砾石、河砂，底部为块石及少量砂砾石，透水性较强，是防渗灌浆的主要对象。覆盖层上部为粘土，粘土上部为约1.0 m厚的块石填碴，最大尺寸大于 50 cm。河床基岩面高程（169～177）m，堰基为白云岩，河床相对隔水层（q＜5Lu）岩体顶板高程为155.9m。

2.2 幕体厚度设计

式中H、h分别为帷幕上、下游面计算高程处的测压管水头（m）；[J]为灌浆帷幕允许渗流水力梯度，一般取 3～5。

江口上游围堰挡水水位203.91 m，河床底高程一般为175 m。综合考虑计算结果及地质条件、施工质量、使用期限等方面的因素，设计最后确定上游围堰采用3排孔，通过灌浆形成（4～6）m厚的防渗帷幕体。底部要求进入基岩2.0 m，上部与粘土心墙搭接长度为3.0 m。由于是在动水情况下灌浆，参照以往施工经验，孔排距分别定为1.5 m和2.0 m。

2.3 浆液类型

电站处于石灰岩溶地区，围堰基础主要由漂石、块石夹少量砂砾石以及施工过程中的弃碴组成。堰基孔隙大、透水性强，灌浆施工中还存在一定的渗透水压力和渗透流速，其防渗处理比较适合采用低水灰比，掺少量稳定剂形成有一定塑性屈服强度和流变性能的稳定水泥浆液。这样可避免浆液过分流失，省去排除浆液多余水份的灌浆时间，且不会因灌浆后浆液继续析水而留下空隙，可提高结石强度及抗渗性。

经综合考虑成本因素后，本工程上下游排采用混合浆液，即在浆液中掺人一定量的粉煤灰以取代水泥，节约成本。中间排采用稳定浆液，即在浆液中加入少量的膨润土和塑化剂。

2.4 灌浆压力及方式

灌浆压力为（0.20～0.50）MPa，钻孔时压入水量Q≥50 L/min，则采用纯压式灌浆方法，若Q＜50 L/min，则采用循环式灌浆方法。

3 塑性灌浆施工

3.1 施工工艺流程

3.2 钻 孔

测量放样—→固机—→调整角度—→Φ/75 mm钻至粘土层底—→下Φ/73 mm套管到—→粘土层底—→Φ46 mm钻至设计孔深—→自下而上分段灌浆—→封孔—→结束。

钻孔均采用冲击器开孔，穿过粘土进入砂卵层时再改用XY-2PC地质钻机带Φ46 mm金钢石全断面钻头一次钻入设计孔深，自下而上分段灌浆。

11.2.6 防治杂菌：在埋段后如发现裂褶菌、树舌等杂菌，应用利器将污染处刮去，涂上浓福尔马林或波尔多液，感染严重的将杂菌菌段烧掉。细菌性病害首先保持通风，适当降低温度和空气相对湿度，减少温差；第二是发病时及时用药，控制病害程度，选择国家规定的杀菌剂进行防治。

3.3 灌 浆

3.3.1 灌浆材料

（1）水泥：425#普通硅酸盐水泥，细度要求通过 80μm的方孔筛，筛余量不超过5%，性能满足GB175-92标准有关要求。

（2）粉煤灰：细度和质量要求满足一级粉煤灰要求，烧失量小于8%。

（3）膨润土：液限应大于400%，小于0.08 mm颗粒含量应大于80%。

（4）塑化剂：含固量大于95%；细度为60目筛余＜15%；pH 值 7～9。

3.3.2 灌浆顺序

先施工下游排，再施工上游排，最后施工中间排，每排先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

3.3.3 灌浆浆液

根据设计要求，上下游排采用混合浆液，浆液配比为水泥∶粉煤灰∶水=1∶2∶1.5；中间排采用稳定浆液，浆液配比为水泥∶粉煤灰∶水=7∶1∶4，并在稳定浆液中掺入总灰量（水泥与粉煤灰的总和）1%的膨润土和1.3%的塑化剂。浆液比重在1.75 g/cm3以上。

3.3.4 灌浆压力

下游排、上游排Ⅰ序孔灌浆进浆压力一般为0.5 MPa，上游排的Ⅱ序孔及中间排进浆压力一般控制在（1.0～1.5）MPa。

3.3.5 结束标准

当灌浆注入率Q≤0.5L/min时，再持续30 min；或每米单耗（干料）达3 t时，均可结束该段灌浆。

3.3.6 特殊情况处理

在施工中主要碰到地表面冒浆而不易封堵的情况，一般采用间歇灌浆或扫孔后复灌的方法。

3.3.7 灌浆质量检查

塑性灌浆施工结束7 d后，钻检查孔进行压水试验，压水试验压力0.3 MPa。验收合格标准：透水率q≤10 Lu。共布置6个检查孔。

4 灌浆效果分析

塑性灌浆孔完成166个，总进尺2419.14m，灌浆总段长1 479.85 m，纯灌入水泥1 394.5 1t，平均单位耗灰量942.3 kg/m。在灌浆过程中，下游排采用的灌浆压力相对较小，而上游排部分Ⅰ序孔和全部Ⅱ序孔及中间排各孔采用的灌浆压力相对较大，因而中间排Ⅰ序孔单耗＞3 000 kg/m的孔段最多，但中间排Ⅱ序孔＜200 kg/m的孔段出现的频率最大，远大于其它各排Ⅱ序孔，表明灌浆效果较好。由于上游围堰砂卵石层较厚，钻孔时很难取到砂卵石芯样，一般孔均用Φ56 mm钻具钻进，自上而下分段作压水试验，压水采用单点法，压力为0.3 MPa。根据压水试验结果，灌浆效果良好，透水率均满足设计要求。

5 结 论

江口水电站上游围堰防渗施工采用塑性灌浆施工方案在技术上是可行的，实际运行中基坑渗水小，表明灌浆效果良好，达到预期目的，这对于类似地层施工中防渗处理具有一定的借鉴意义。在施工过程中，应根据实际施工情况对灌浆压力作适当调整，灌注孔隙率大或较松散的砂卵石层时，可采用（0.2～0.5）MPa压力，但在灌注级配良好的砂卵石层，尤其是粉细砂层时，应将灌浆压力适当提高。与高喷灌浆相比，塑性灌浆工艺简单，受其他条件限制少、造价低、工期短，一般不会发生质量问题，施工质量易于控制。塑性灌浆作为一种新的施工工艺，在灌浆压力、浆液配比、结束标准等方面有待进一步的探讨和研究。