浅论溪洛渡拱坝基础帷幕水泥－化学复合灌浆试验

胡世英，曾晓洲

（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072）

浅论溪洛渡拱坝基础帷幕水泥－化学复合灌浆试验

胡世英，曾晓洲

（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072）

溪洛渡拱坝基础防渗帷幕穿越层间层内错动带、泥化夹层和基体裂隙等地质岩层复杂多变，且渗控标准高、施工技术复杂、灌前透水率大等原因，以致坝基防渗帷幕面临众多困难。基础帷幕灌浆控制采取了从灌浆原材料、灌前施工准备、灌浆施工工艺及灌后质量检查等全过程精细化的控制管理措施；通过定期组织召开的专题会和专家技术咨询会，实现了防渗帷幕灌浆的提前预防、技术方案的实时优化预控管理。为工程在施工管理中敢于采用新技术、新工艺及新标准提供了切实可行的方案。

拱坝；基础帷幕；水泥－化学；灌浆试验；溪洛渡水电站

1 拱坝概况

溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江溪洛渡峡谷中，是金沙江下游梯级开发的第三级水电站，水电站枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成；拦河大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.50 m，坝顶高程610.00 m，顶拱中心线弧长681.51 m。

大坝防渗帷幕中心线在坝体内近似平行拱坝轴线在坝头分别折向上游与厂前帷幕接为一体，大坝帷幕主要在基础廊道和灌浆平洞内完成，部分于坝顶公路上进行。左右岸各设置6条灌浆平洞，供大坝浇筑到一定高度时，正常开展帷幕灌浆施工作业，各层灌浆平洞之间的高差在36.00～75.00 m之间。

2 工程地质条件

根据工程地质勘察资料，河床坝基基岩由二叠系上统峨眉山玄武岩（P2β）组成。二叠系下统茅口组石灰岩（P1m）埋深于坝基以下约80 m，属坚硬岩类。坝基地质构造主要表现为层间错动带，层内错动带、挤压带和基体裂隙。

河床坝基高程306 m以上岩体呈中等偏强透水性（q≥30 Lu）为主；高程238～306 m间岩体呈中等偏弱透水性（q＝10～30 Lu），其中右岸较左岸分布范围大，透水性稍强；高程238 m以下岩体呈弱偏微透水性（q＝1～3 Lu）。但P1m石灰岩上部分布宽约85 m、厚约30 m向下游尖灭的中等偏弱透水楔形体（q＝10～20 Lu），与石灰岩上部局部发育溶孔溶隙、出现承压水等相对应；高程180～200 m以下为矛口组灰岩，岩体完整，岩溶不发育，岩体透水率小于1 Lu。建基面高程350 m以下地下水丰富，规模较大的层间、层内错动带及主要裂隙有渗水现象。

3 工程设计指标

溪洛渡大坝防渗帷幕灌浆质量控制标准以检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取岩芯资料、灌浆记录和钻孔全景图像孔成果等综合评定其质量。为方便施工现场的质量控制和质量检查验收，设计具体明确了工程质量的控制标准如下：

（1）563 m高程以下透水率不大于1 Lu，563 m高程以上透水率不大于3 Lu；

（2）经孔压水试验检查，混凝土与基岩接触段及其下一段透水率的合格率为100%，其余各段的透水率不小于90%；

（3）563 m高程以下不合格试段的透水率不超过设计规定值的200%，563 m高程以上不合格试段的透水率不超过设计规定值的150%，且不合格试段不集中，灌浆质量可认为合格。

4 灌浆试验条件

4.1 灌浆试验区域选择

根据施工单位提供的灌浆成果资料和业主第三方压水质量检查成果（见表1），可分析16号坝段在建基面以下30～40 m深度范围内，经采用湿磨细水泥系统补强灌浆，局部区域仍不能达到设计防渗要求。为了提高帷幕强度和形成封闭帷幕区，结合坝区基本地质条件及设计要求，同时考虑施工方便、灌区岩体代表性及灌后质量检查成果资料，经现场实地考察，重点选择河床中部16号坝段的软弱结构面进行水泥－化学复合灌浆试验。

表1 16号坝段帷幕灌浆第三方压水试验质量检查综合统计

4.2 灌浆试验目的

（1）了解层间层内构造错动带及节理裂隙系统经灌浆处理后其整体性、刚度和强度的提高幅度，以及相应的岩石力学参数；

（2）为了解弱风化岩体的可灌性、灌浆工艺和灌浆材料等以及灌后坝基岩体的均一性和承载能力提高的强度，为拱坝建基面防渗要求优化奠定坚实的基础，并为之相应的坝基基础处理灌浆设计提供有益的依据；

（3）根据设计防渗标准及要求，以提高防渗帷幕强度，延长渗透路径，降低坝踵扬压力，同时对压水检查不合格试段，进行加固处理，使坝体形成封闭帷幕区；

（4）分析研究水泥－化学复合灌浆在复杂地质条件下，灌浆防渗处理效果，优选灌浆材料、钻灌设备和施工工艺，提出不同区域和不同性状弱风化岩体灌浆处理方案，为后期编制施工技术要求提供重要的参数。

4.3 灌浆试验方法

本次试验具有较强的针对性，根据揭露不同深度的岩层性状和现场压水透水率的变化情况，采用水泥－化学复合灌浆中的“自上而下分段灌浆法”，进行湿磨细水泥－化学浆液“同孔复合”灌浆，湿磨细水泥灌浆采用孔口封闭循环式灌浆，化学灌浆采用孔内阻塞纯压式灌浆。

5 施灌工艺控制

针对不同的地质构造，采取相应的施灌工艺。湿磨细水泥灌浆主要用于封堵被灌区域的大裂隙、大孔洞，使被灌区形成一个大的封闭区域，从而提高化学灌浆效果；CW510系环氧树脂化学灌浆主要用于湿磨细水泥灌浆无法灌注的层间层内错动带、挤压带及节理细微裂隙处，以提高岩体的均一性、整体性和防渗强度。

5.1 钻孔施工

钻孔设备采用重探XY－2型回转地质钻机，金刚石钻头或硬质合金钻头循环钻进。钻孔孔深为入岩25 m，开孔孔位偏差不得大于10 cm，开孔孔径为φ91 mm，入基岩2 m为第一段，以下各段钻孔孔径为φ60 mm，化学灌浆用φ76 mm钻头进行扩扫孔，灌浆孔每段段长误差不超过20 cm。

在钻孔开孔和镶嵌孔口装置时，应严格控制孔斜，每钻5～10 m测量一次孔斜保证孔向准确，同时在钻灌施工中，应不定期检查钻机是否锚固、发生移位等现象，以提高整孔钻孔质量。帷幕灌浆孔孔底允许偏差见表2。

表2 帷幕灌浆孔孔底允许偏差

5.2 压水试验控制

在钻孔洗孔完成后，即采用孔内阻塞在本段顶部50 cm处进行简易压水试验，压水试验可结合裂隙冲洗同时进行，压力为灌浆压力80%，但不大于1 MPa，压水时间为30 min，取最终值作为计算透水率q的计算值。若透水率q≥1.0 Lu时灌注湿磨细水泥浆液，若透水率q＜1.0 Lu时采用化学浆液直接灌注。

5.3 灌浆工艺控制

5.3.1 灌浆工序选择

湿磨细水泥灌浆时，采用“小口径钻孔、孔口封闭、自上而下分段、孔内循环法”施工；CW510系环氧树脂化学灌浆时，采用“自上而下分段灌浆，孔内阻塞纯压式灌浆法”施工。灌浆段起始长度依次按照2.0 m、3.0 m和以下均5.0 m控制，现场根据特殊情况，可适当调整段长。

5.3.2 灌浆前压风赶水

在进行化学灌浆时，需要采用电动式移动空气压缩机送风将灌浆孔和灌浆管路内积水通过回浆管排出，间歇性开启空压机，尽量排干积水。当吹风赶水量较小时，卸下进浆管路，将它连接在化灌泵上。

5.3.3 灌浆材料配制及力学性能

CW510系环氧树脂材料分为A、B双组份浆材，两组份按A组份（基液）∶B组份（固化剂）＝6∶1（重量比），第一次配浆用CW511（6∶1）浆液，配制量应略大于管路和钻孔占浆，后面根据注入量大小而定。

A组份（基液）和B组份（固化液）混合过程中，注意将B组份（固化液）缓慢注入A组份（基液）中，边注入边搅拌，控制注入速度以保持浆液在30℃以下。当注入率在0.1～0.3 kg／min时配浆量宜控制在8 kg以内，低于0.1 kg／min时配浆量控制在4 kg为宜。若浆液配制后长时间未使用，且浆液粘度明显变大，或出现爆聚等情况则须将桶内余浆作为废弃处理，重新配制新鲜浆液继续灌注。CW渗透性环氧灌浆材料物理力学性能测试结果见表3。

表3 CW渗透性环氧灌浆材料物理力学性能测试结果（室温23℃）

从表3可知：CW511、CW512环氧灌浆材料的力学性能都比较高，CW511初凝时间较长，可操作时间长，适合细微裂隙和泥化夹层的浸润和渗透；CW512（浆比6∶1）可操作时间适中，适合裂隙较大层间错动带，挤压带；CW512（浆比5∶1、4∶1）初凝时间短，适合渗水封堵处理。

5.3.4 灌浆施工控制

（1）灌前浆材控制。经检查管路连接无渗漏后，打开回浆阀启动化学灌浆泵，利用CW浆液将孔内浆液进一步赶出，直至回浆管管口有持续浆液排出，关闭回浆阀。配制CW511（6∶1）浆液进行灌注，同时将一根水管插入灌浆塞顶部位置，以观察灌浆过程中管路及阻塞器是否存在漏浆现象，以便及时采取处理措施。

灌浆过程中，为了保持浆液良好的可灌性，每8～10 h需要检查孔内浆液是否变稠，同时必须保证浆液桶的入孔温度小于30℃。

（2）灌浆升压原则。灌浆过程中，主要以“逐级升压、缓慢浸润”为原则，每段灌浆压力结合现场实际情况确定，缓慢升压，按4级进行升压控制，依次是初始压力为最大灌浆压力的30%，2级压力为最大灌浆压力的50%，3级压力为最大灌浆压力的80%，4级压力为最大灌浆压力的100%（见表4）。

当注入率低于0.1 kg／min，且持续时间超过1 h后，可升高化学灌浆泵设定压力0.2～0.3 MPa，逐步升压至灌浆最大设计压力。

表4 坝基河床16号坝段化学灌浆段长、压力参数 MPa

（3）浆液变换控制原则。充填管孔使用CW511（6∶1）环氧树脂灌浆材料。灌浆开灌一般使用CW511（6∶1）浆液灌注，压力上升缓慢或超过4 h压力变化不大，可变换浆液至CW511（5∶1）继续灌注；出现压力值与注入率严重不相符时（如压力1.0～1.5 MPa，流量大于0.5 kg／min），可变换浆液至CW512（6∶1）续灌。

（4）结束标准控制。对于非层间错动带灌浆结束标准：在该段最大设计压力下，注入率不大于0.02 kg／min时，继续灌注30 min或达到胶凝时间，可结束该段灌浆。灌浆持续时间超过72 h，结束标准放宽至0.05 kg／min。

对于层间错动带灌浆结束标准：在该段最大设计压力下，注入率达到不吃浆或≤0.01 kg／min时，继续灌注60 min或达到胶凝时间，可结束该段灌浆。

（5）拔管清洗。化学灌浆结束后，用0.5∶1水泥浆液置换孔内残留CW环氧树脂，待清理干净方可拔出阻塞器。将灌浆管路拔出后，先用水对进返浆管路带压冲洗，再用丙酮清洗管道接头及阻塞器，灌浆泵泵头用丙酮冲洗干净后，加上润滑油。

（6）灌浆封孔。灌浆孔封孔采用“自下而上分段置换灌浆封孔法”，封孔压力为灌浆孔的最大灌浆压力。当灌浆孔上部存在空腔时，可使用水泥砂浆人工封填密实。

5.4 特殊情况处理

（1）孔内漏浆。灌浆过程中若孔口出现有不溶于水的黄色液体时，应将阻塞器拔起，重新试压检查管路及阻塞器是否存在漏浆，待全部检查合格，方可下塞继续灌注。

（2）长时间大耗浆情况。在灌浆过程中，如吸浆量较大，且长时间内不减小，超出灌区范围时，可采取降低灌浆压力，缩短浆液凝固时间，增大浆液粘度或使用间歇灌浆法，直至待凝等综合处理措施。

6 复合灌浆成果分析

6.1 湿磨细水泥灌浆成果

坝基河床16号坝段湿磨细水泥灌浆，共计完成12段52 m，灌浆平均单位注入量为5.23 kg／m，各孔段注入量均较小，其中有2段单位注入量大于10 kg／m，1段单位注入量最大为32.07 kg／m，5段注入量为0 kg／m，占总段数的42.7%；从各孔段单位注入量分析，湿磨细水泥灌浆对于该复杂地层，可灌性较差，基本不吃浆。

6.2 CW环氧树脂化学灌浆成果

坝基河床16号坝段化学灌浆，共计完成156段650 m，灌浆平均单位注入量为33.65 kg／m，其中Ⅰ序孔平均单位注入量49.37 kg／m，Ⅱ序孔平均单位注入量为15.30 kg／m，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔单位注入量主要集中在小于50 kg／m以内，分别占到总孔数的66.66%和90.28%；由此说明随着灌浆次序的增进，岩体裂隙逐渐被灌注密实，灌浆效果明显。

6.3 灌后效果检查及评价

根据16号坝段复合灌浆成果资料，对灌浆试验区域共布置3个质量检查孔。经对各孔段采用五点法压水试验、孔内录像及声波检测相结合，经检查全部满足设计要求（见表5）。

从表5可看出：16号坝段经化学灌浆处理后，检查孔压水全部满足设计要求；表明CW环氧浆材不仅能渗入水泥浆液无法进入的细微裂隙，而且对破碎岩体和碎屑也有较好的粘结效果。16号坝段复合灌浆前后声波波速分布统计见表6。

表5 16号坝段复合灌浆压水试验质量检查综合统计

表6 16号坝段复合灌浆前后声波波速分布统计

从表6可知：16号坝段经化学灌浆处理后，声波波速得到明显提升，基岩均一性和承载能力强度整体得到增强，岩体裂隙灌注密实，防渗能力成效显著。

7 结束语

溪洛渡拱坝基础帷幕经多次普通水泥灌浆，局部区域仍无法满足设计防渗要求，通过对16号坝段进行水泥－化学复合灌浆处理，从灌后综合质量检查效果可以看出，CW环氧树脂在层间错动带，层内错动带、挤压带和基体裂隙等复杂地质条件下，具有较好的可灌性和渗透性，且能提高基岩整体性、均一性和力学强度，大坝防渗标准得到增强，为编制施工技术要求提供了强有力的保障和依据。

TV543.2

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1003－9805（2015）01－0093－04

2013－06－05

胡世英（1987－），男，湖北孝感人，助理工程师，从事水利水电工程监理工作。