两河口水电站庆大河拦水坝帷幕灌浆试验

黄 辉，施召云，叶秋强

（雅砻江流域水电开发有限公司两河口建设管理局，四川雅江 627450）

1 概 况

1.1 工程概述

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游梯级电站的“龙头水库”，坝址位于鲜水河河口以下约1.8 km河段上，控制流域面积约65 599 km2，坝址处多年平均流量670 m3/s，水库正常蓄水位2 865.0 m，相应库容101.54亿m3，死水位2 785.00 m，调节库容65.6亿m3，水库具有多年调节能力，电站装机容量300万kW，多年平均发电量113.68亿kW·h。

庆大河沟水处理工程挡水坝坝顶高程2 684.00 m，最大坝高约54.40m。坝顶宽10.00 m，坝顶轴线长约148.35 m，上游边坡为 1∶2.5，下游边坡为1∶2.5。拦水坝两岸地层为T3xd新都桥组砂质板岩夹变质砂岩，层面产状N55°W/NE∠70°，岸坡浅表层岩体大部分为弱风化强卸荷带，坝体防渗采用土工膜心墙、坝基混凝土防渗墙及坝基、坝肩帷幕灌浆体系进行。此工程设计采用单排帷幕对坝体基岩进行防渗处理。

1.2 拦水坝帷幕灌浆目的

根据设计下发的灌浆试验技术要求及相关参数，选择合理的施工程序，良好的施工工艺、合宜的灌浆材料和最优的浆液配合比，确定满足坝基帷幕设计标准的钻孔冲洗、灌浆材料、灌浆孔及灌浆参数（孔距、排距、防渗帷幕厚度等）、施工工艺（包括灌浆压力、注浆率、浆液浓度等）等技术参数和数据，使帷幕灌浆设计和施工更符合实际情况，灌浆孔布置更为合理。

1.3 试验区选择及孔位布置

灌浆试验段布置在右岸坝坡碴场临时道路以下已浇筑盖板上，试验段内沿坝轴线布置1排试验孔，共5个试验孔，其中2个I序孔、1个II序孔、2个III序孔，试验孔间距2 m。其中2个I序孔作为先导孔，利用先导孔钻孔取芯对基岩地质情况进行复勘，先导孔孔深按50m控制，其它灌浆孔按照灌前岩体透水率小于0.1 L/(min·m·m)即可终孔的原则进行。具体见图1。

图1 帷幕灌浆试验区孔位布置图

1.4 帷幕灌浆试验需解决的难题

1）因该拦水坝坝基岩体防渗仅设置为单排帷幕，故各单孔帷幕灌浆孔斜控制要求极高，如孔斜控制不满足要求，施工完成后无法形成连续整体帷幕线，拦水坝蓄水期将会出现“漏点”，严重影响两河口电站主体大坝基坑施工，为此试验过程中必须制定可行的孔斜控制工艺及措施。

2）因帷幕灌浆孔布置在拦水坝盖板混凝土坝轴线位置，岸坡浅表层岩体大部分为弱风化强卸荷带，灌浆施工过程中不可避免的会出现在盖板混凝土周边位置坝体漏、冒浆及大耗浆情况，为此试验过程中必须采取可行、的控制措施以保证施工质量及控制工程投资。

2 帷幕灌浆施工

2.1 抬动观测装置安装与基岩抬动变形观测

在灌浆试验区域的中部位置安设抬动观测装置，在灌浆前安装调试完毕。抬动观测孔采用φ75 mm金刚石钻具回转钻进，钻孔总孔深5.8 m，抬动观测装置如图2所示。抬动变形观测采用千分表测量，在灌浆过程中，抬动值控制在0.1 mm以内，如果发现变形值达到或超过0.1 mm，采取降低灌浆压力、降低注浆率等措施进行处理，避免破坏盖板混凝土。

图2 抬动观测装置示意图

说明：1.图中单位为cm。2.千分表距灌浆孔的距离由灌浆混凝土影响的范围确定。

2.2 帷幕灌浆方式方法

帷幕灌浆采用“孔内循环、孔口封闭、自上而下、分段灌浆”法进行灌浆施工，在孔口段灌浆完成后埋设孔口管，而后自上而下分段钻进，其下各段安设孔口封闭器进行分段灌浆，如此循环钻灌直至结束。

2.3 测放孔位

严格按照孔位布置图布置孔位，孔位偏差不大于10 cm，在所测放孔位处设置明显标记。

2.4 灌浆孔分序

帷幕灌浆分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ序施工，灌浆孔分序布置见图3。

图3 灌浆孔分序布置图

2.5 灌浆孔钻灌段长划分

1）帷幕灌浆段长划分为：第一段2 m，第二段3 m、以下各段一般为5 m，终孔段段长不大于6 m。在钻灌过程中，可根据被灌岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性，结合钻孔过程中岩性变化情况等因素经监理人批准来调整钻灌段长。

2）根据设计技术要求及确定的施工方案，试验单元中2个I序孔按照50 m进行施工，其他灌浆孔按照以下原则进行孔深控制：当灌浆段灌前压水试验透水率小于0.1 L/(min·m·m)，该孔段即为该孔终孔段，不再继续进行灌浆施工。

2.6 钻孔

1）钻孔方向。灌浆孔沿铅垂方向进行施工。

2）钻孔孔斜。钻孔孔斜必须严格的控制，所有钻孔都要进行测斜。测斜使用KXP-1型测斜仪，为了控制钻孔孔斜偏差，每段钻孔完成后均应进行孔斜测量，钻孔孔底最大允许偏差值要符合表1规定:

表1 最大允许偏差值

3）钻孔方法。①帷幕灌浆先导孔（每单元1个Ⅰ序孔）、检查孔采用φ75 mm金刚石单动双管钻具回转钻进；②帷幕灌浆孔采用φ75 mm金刚石单管钻具回转钻进成孔。

4）孔口管埋设。孔口管埋设长度为2.5 m，为避免混凝土抬动，孔口管应深入基岩0.5 m。因此，孔口管应在第一段灌浆结束后进行。孔口管段钻孔结束后，将0.5∶1的纯水泥浆液置于孔内，然后将φ89 mm的孔口管下入到孔底，并导正孔口管。孔口管上端与灌孔孔口平，上接孔口封闭器，孔口封闭器与孔口管采用丝扣连接。

5）钻孔孔斜质量保证措施。①开钻前严格检查钻孔平台的稳定性，钻进过程中对钻孔平台稳定性进行经常性检查，如果作业平台不稳，则必须停止钻孔施工进行加固处理。②钻机与钻孔平台必须进行平面接触并固定牢固，严禁钻机机台底面与钻孔平台呈“间接点”接触状态。③加强钻孔过程中的孔斜测量，每钻孔完成一段后及时进行孔斜测量。及时对偏差原因进行分析，制定纠偏方案。④根据钻进过程中采取的岩芯、孔内返出岩粉颗粒及返水颜色对地层进行预测和判断，严格控制回次进尺，遇破碎岩体时减少没回次钻进进尺。⑤增长岩芯管长度。将原长1.5 m的岩芯管加长为3.5 m。⑥当钻进过程中由硬岩体换层进入软岩体时，适当降低泵量，增加转速高速钻进，如果钻速持续不降，适当增加压力，使岩心堵塞后，提取岩芯。

2.7 裂隙冲洗

所有孔段在灌浆或压水前必须采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗有效压力为该段灌浆压力的80%，冲洗有效压力大于1 MPa时，采用1 MPa，直至回水变清为止，经冲洗后的孔底沉积厚度不超过20 cm。遇地质情况特别复杂地段，钻孔的冲洗手段应通过现场试验，由监理工程师确定。

2.8 压水试验

1）压水试验方法选择。先导孔采用“单点法”压水试验，其余各次序孔做简易压水试验，检查孔采用“五点法”压水试验。

2）单点法压水试验。帷幕灌浆孔单点法压水试验按DL/T 5148-2001附录A（灌浆工程压水试验）执行。

①压水试验压力值。帷幕灌浆孔单点法压水试验压力值见表2。

表2 帷幕灌浆孔单点法压水试验压力 MPa

②压入流量稳定标准。在稳定的压力下，每3～5 min测读一次压入流量，连续4次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1 L/min时，此阶段试验即可结束，取最终值作为计算值套入公式（1）进行计算，得出结果。

3）五点法压水试验

检查孔五点法压水试验压力值分别为0.3，0.6，1.0，0.6，0.3 MPa。五点法压水试验成果计算：以压水试验三级压力中最大压力（P）及其相应的压入流量（Q）代入套入式（1）进行计算，得出结果。

4）简易压水试验

简易压水压力为灌浆压力的80%，并不大于1 MPa。压水20 min，每5 min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量。其成果以透水率表示，按下式计算。

式中：q——透水率，L/(min·m·m)；Q——压入流量，L/min；P——作用在试段内的全压力，MPa；L——压水试验段长度，m。

2.9 灌浆

1）灌浆材料。①水泥：采用峨塔牌普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O42.5。水泥细度要求为通过80 m方孔筛的筛余量不大于5%。不使用受潮结块的水泥，水泥不存放过久，出厂期超过2个月的水泥不使用。②水：符合拌制水工混凝土用水。水温不得高于40℃。

2）灌浆主要设备、器具。①主要设备：XY-2钻机，3SNS灌浆泵，高速搅拌机。②器具：孔口封闭器，射浆管，灌浆塞，高压管路及接头，压力表等；灌浆自动记录仪。

2.10 灌浆压力

1）灌浆压力初拟为：第一段0.4 MPa，第二段0.6 MPa，第三段1.0 MPa，再以下各段2.0 MPa，实际灌浆压力可根据地质情况作适当调整。

2）灌浆压力与注入率控制。①当地层吸浆量较小（注入率不大于10 L/min）时，尽快将灌浆压力升到规定值，在规定的灌浆压力下灌注。②当地层吸浆量较大时，将灌浆压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力值，并严格控制升压速度，升压速度与注入率协调，见表3。灌浆开始，如果吸浆量大时，使用最低一级的压力灌注，当注入率减少到一定限度，则将压力升高一级，如此进行下去，直到在规定压力下，灌至注入率减少到结束标准时，可结束灌浆。

表3 灌浆压力与注入率关系

③当抬动变形值超过规定值时，采取降低灌浆压力或停止灌浆，并按指示进行。

2.11 浆液比级

选用 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1（0.5∶1）7 个比级，开灌水灰比为5∶1（重量比级）。

2.12 灌浆结束标准

在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1 L/min时，再继续灌注60 min即可结束灌浆。

2.13 特殊情况处理

1）冒浆、漏浆

为了较少因冒、漏浆造成灌浆浆液浪费而增大工程投资，在进行压水试验过程中如出现冒、漏水情况，直接采用W/C=0.5的浓浆进行灌注，灌注过程中如出现冒、漏浆而采用嵌缝、表面封堵等方法后效果不佳时，直接进行待凝处理，待凝8 h后扫孔进行复灌。

2）大耗浆量孔段

①灌浆过程中如出现异常大耗浆量孔段，先对灌浆区域周边进行检查，确认是否存在冒、漏浆情况，如存在，则采取以上方法进行处理。

②当进行压水试验时灌浆孔段出现无回水或回水很小情况时，直接采用W/C=0.5的浓浆进行灌注，灌注采用限流方式进行（控制流量在10～15 L/min），当灌注单耗达到200 kg/m时灌浆压力无上升、流量无减小趋势时，采取待凝进行处理，待凝8 h后扫孔进行复灌。

③当灌浆孔段进行一次复灌后灌浆压力和流量仍无变化时，在浆液中加入10%的细砂或加入一定的水玻璃、速凝剂进行处理。

④当进行3次以上复灌后孔内仍无余浆（即每次灌浆完成后浆液均通过大裂隙渗流至大坝防渗灌浆区域，灌浆孔段内无浆液），则可以采取直接在孔口加入粗砂，利用水泥浆液携带对大裂隙进行充填封堵（采用无压力方式），待孔内出现余浆后再扫孔按照灌浆压力进行补强灌浆施工。

2.14 封孔

灌浆孔灌浆结束后，采用全孔灌浆封孔法封孔。① 灌浆孔采用全孔灌浆封孔法封孔。② 待孔内水泥浆液凝固后，对钻孔空余部位使用干硬性水泥砂浆封填密实。

2.15 灌浆工程质量检查

帷幕灌浆工程的质量检查以检查孔压水试验成果为主，并结合对施工记录、成果资料、取芯岩样等资料的分析，进行综合评定。检查孔压水试验在该部位灌浆结束14 d后进行，采用自上而下分段卡塞方式进行压水试验。该工程质量检验合格标准为0.1 L/(min·m·m)。检查孔检查工作结束后，按技术要求进行检查孔灌浆和封孔。

3 结语

灌浆前试验单元灌浆孔各孔段平均透水率为0.348 L/(min·m·m)，灌浆完成后通过压水试验检查，拦水坝帷幕灌浆试验单元质量检查孔压水试验平均为0.0255 L/(min·m·m)，满足设计技术要求的合格标准（不大于0.1 L/(min·m·m)），其中最大孔压水为 0.055 L/(min·m·m)，最小为0.014 L/(min·m·m)；灌浆完成后岩体透水率减小92.7%，灌浆效果非常明显；采取孔斜控制措施后，试验单元5个孔平均孔底偏距为0.4 m，符合设计技术要求，确保了灌浆帷幕线的连续整体性。采取冒、漏浆及大耗浆控制措施后，试验灌浆平均单耗为164.4 kg/m,很好地控制了工程投资，杜绝了浆液浪费。由以上数据可知，此工程部位防渗帷幕灌浆在上述施工工艺、技术参数及现场技术控制下完全能满足设计要求的质量检验标准，灌浆质量优良。通过此部位帷幕灌浆的工艺技术分析，可以积累一定的施工经验，为后期拦水坝帷幕灌浆打好施工技术基础。

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