蓄水条件下的坝基帷幕灌浆试验研究

王　雍　陈冠军

（1.中电投云南国际电力投资有限公司　昆明市　650228；2.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司　长沙市　410123）

蓄水条件下的坝基帷幕灌浆试验研究

王雍1陈冠军2

（1.中电投云南国际电力投资有限公司昆明市650228；2.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410123）

甲岩水电站建成下闸蓄水后，由于坝基砂岩内构造裂隙发育，岩体在高水头作用下渗漏较为严重、为有效形成坝基帷幕，保证大坝安全运行，针对性地选取代表性的区域进行帷幕灌浆生产性试验。研究帷幕灌浆工艺参数、灌浆量、防渗效果，借以指导帷幕灌浆施工。

构造裂隙帷幕灌浆高水头灌浆压力

1　工程概况

甲岩水电站位于云南省禄劝县境内，为普渡河下游河段水电规划的7个梯级电站的最后一个梯级电站，上游与鲁基厂电站衔接，下游为金沙江干流上的白鹤滩水电站。电站于2013年12月29日开始蓄水发电。

水电站下闸蓄水后，导流洞出现明显渗水，量水堰测量渗漏量随着库水位的快速抬升而明显增大。针对蓄水而出现的坝基渗漏问题，在左、右岸新增了帷幕灌浆。帷幕灌浆施工期间库水位保持在EL. 920～EL.968之间运行，灌浆在高水头、动水头情况下施工。由于帷幕灌浆是在150 m左右（孔底）水头的动水条件下进行，灌浆段内构造裂隙受地下水高水头渗流作用的影响，注入的浆液会被不断稀释、渗流冲刷或反向挤出，帷幕的形成将十分困难。

新增上层帷幕灌浆洞位于原灌浆洞底部，帷幕部位地层为震旦系澄江组（Zac）紫红色中厚层状长石石英砂岩夹薄层状砂质泥岩，长石石英砂岩坚硬、强度高，薄层砂质泥岩破碎、强度低。层面裂隙较发育，主要结构面为层面及两组陡倾角结构面，岩层产状与河道大角度相交，此外受地质构造和卸荷作用影响，岩体内沿构造裂隙卸荷严重，卸荷裂隙埋深大，岩体完整性差。面板坝趾板下的防渗问题以及两岸卸荷岩体绕渗问题是本工程蓄水后急须处理的工程难题。

2　帷幕灌浆试验目的

通过选取有代表性的区域作为现场帷幕灌浆生产性试验区，选定施工参数进行试验施工，根据试验区灌浆效果，进一步了解甲岩电站大坝新增上层帷幕灌浆施工区域的地质特性、可灌性及灌浆技术参数的可行性、可靠性，通过试验成果分析确定帷幕灌浆施工参数，指导下一步帷幕灌浆的全面施工。

3　试验场地选择

本次试验场地选择主要考虑帷幕灌浆的代表性。场地选择在上层帷幕灌浆洞坝纵0+402.030～坝纵0+418.14部位，具体生产性帷幕灌浆试验孔布置见图1。

4　灌　浆

4.1灌浆方法

帷幕灌浆采用孔口封闭自上而下分段孔内循环的灌浆方法。

灌浆工艺流程:采用孔口封闭灌浆法时，对孔口段用灌浆栓塞封闭进行首段灌浆后，埋设孔口管，而后自上而下分段钻进，安设孔口封闭器进行灌浆，如此循环钻灌直至结束。

图1　生产性帷幕灌浆试验孔布置图

4.2浆液制备

灌浆现场严格按照设计配比进行按需配浆。配浆参见表1、图2。

表1　浆液比重（参考）

图2　水泥浆液配料

4.3灌浆段长与压力

灌浆段长与压力按表2所示。

表2　帷幕灌浆压力建议值

4.4灌浆压力与注入率的协调控制

（1）灌浆压力和注浆率在施工过程中的控制原则：

①当地层吃浆量很大，在低压或“无压”下即能顺利地注入浆液时，控制注入率不能太大，不宜大于20 L/min。

②当地层吸浆量较小，尽快将压力升到规定值，不能长时间在低压下灌浆。

（2）在灌浆过程中，灌浆压力与注入率的协调关系参见表3。

表3　灌浆压力与注入率关系（参考）

（3）当地表发生抬动时，及时分析引起抬动的原因（如灌浆压力过高或注入率过大），采取降低灌浆压力、降低注入率等措施。

4.5特殊情况处理

4.5.1高水头动水条件下灌注浆液的处理措施

由于灌浆于150 m左右的动水条件下施工，在裂隙连通性较好的条件下浆液被稀释、渗流冲刷或反向压出的可能性极大，影响防渗帷幕形成。为此，采取以下主要措施：

（1）选择较浓水灰比浆液进行灌注，局部结合纯压式灌注。

（2）裂隙细小且密集发育透水率较大浆液易回浆返浓的灌浆孔段，采用添加膨润土、稳定剂，改善水泥浆液失水过快而变浓的情况。一旦回浆返浓，立即采用新浆进行置换后，继续灌注，直至达到结束标准。

4.5.2大吸浆量孔段

右岸Ⅱ区斜趾板部位岩层渗透性非常强，多数孔段单耗较大，待凝次数较多。且在KⅡ-99、KⅡ-103、KⅡ-107、KⅡ-111、KⅡ-115、KⅡ-123等孔第10～14段（孔深45 m～65 m）灌注过程中有部分孔段存在与下层灌浆排水洞连通，灌浆时在下层灌浆排水洞靠大坝侧掌子面附近漏浆，难于灌注结束，采用加水玻璃速凝剂处理措施。

灌浆段注入量大而难以结束时，综合选用下列措施处理：

（1）暂停灌浆作业，对灌浆影响范围内的地下洞井、岸坡、结构分缝等进行彻底检查，如有串通，采取措施后再恢复灌浆。

（2）综合采用低压、浓浆、限流、间歇灌浆、待凝等措施处理。

①遇有大量耗浆孔段时，首先降低灌浆压力，采用浓浆，减少并限制其注入率（15～25）L/min。待浆液流动性降低后，逐渐升高压力，按正常灌浆进行。

②如果压力仍升不上去，且耗浆量达到2 000 kg/m以上，采取待凝措施，待凝时间为（8～12）h，以促使浆液在静止状态下沉积，将通道堵住，待凝后重新扫孔复灌。

4.5.3大量涌水孔段

下层帷幕灌浆存在大量孔口有涌水的灌浆孔段，灌浆前测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况，采用缩短段长；提高灌浆压力；进行纯压式灌浆；灌注浓浆；灌注速凝浆液；屏浆；闭浆；待凝扫孔复灌等措施处理。

5　灌浆效果分析

5.1可灌性分析

5.1.1单位注入量分析

（1）Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔单位注入量分别为1 641.5 kg/m、1 062.6 kg/m、470.3 kg/m，Ⅱ序孔单位注入量比Ⅰ序孔递减35.3%，Ⅲ序孔单位注入量比Ⅱ序孔递减55.7%。各次序孔的单位注灰量随灌浆次序的增进而迅速递减，而且递减量很大，符合灌浆一般规律。充分说明前序孔灌浆有效地充填和密实了较大裂隙（或破碎断层）。

（2）Ⅰ序孔单位注入量大于1 000 kg/m的孔段占78%；Ⅱ序孔单位注入量大于1000 kg/m的孔段占57%；Ⅲ序孔单位注入量大于1 000 kg/m的孔段占13%；随着灌浆次序的增加，单位注入量的分布区间逐序向较小单位注入量方向显著移动，前序孔的灌浆是有效的。

5.1.2岩体可灌性分析

试验区岩石为震旦系澄江组（Zac）紫红色中厚层状长石石英砂岩夹薄层状砂质泥岩，弱风化。主要发育顺层结构面及两组陡倾角结构面，平均单位耗灰量为953.7 kg/m，可灌性极好。造成可灌性极好的主要原因，通过对钻孔、灌浆过程分析认为：

（1）钻孔过程中，灌段经常出现卡钻、掉钻、不返水现象，岩体破碎，裂隙连通性强。

（2）灌浆时，多数段次出现长时间无回浆，一旦有回浆，在进行灌浆升压过程中又出现击穿，导致很多孔段要多次重复灌浆才能满足结束标准。

5.2防渗效果分析

透水率改变情况分析如下：

（1）Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔灌前透水率平均值分别为136.1 Lu、50.1 Lu、18.2 Lu。Ⅱ序孔平均透水率比Ⅰ序孔递减了63.2%，Ⅲ序孔平均透水率比Ⅱ序孔递减了63.7%；充分说明透水率发生次序递减关系，前序孔的灌浆是有效的。

（2）Ⅰ序孔灌前透水率大于50 Lu的孔段占64%，Ⅱ序孔灌前透水率大于50 Lu的孔段占21%，Ⅲ序孔灌前透水率大于50 Lu的占3%；随着灌浆次序的增加，透水率分布趋势向较小值方向显著移动，也说明了前序孔的灌浆是有效的。

（3）灌前透水率大于3 Lu的孔段占92%，其中大于10 Lu的孔段占79%，区域平均透水率为60.4 Lu；灌后透水率全部孔段小于5 Lu，其中小于3 Lu的孔段为42%，最大值4.76 Lu，区域平均透水率为3.29 Lu，灌浆效果显著。

（4）参照前述帷幕灌浆工程质量的评定标准，帷幕灌浆试验区的灌浆效果满足设计要求5 Lu。

6　结论

生产性灌浆试验成果表明：后序孔钻进过程中，岩芯上发现大量水泥结石充填物，透水率明显递减，下层灌浆廊道内原渗漏水点和渗漏量减少十分明显。试验选择的灌浆方法、工艺参数可应用于本工程新增帷幕灌浆施工。但对于构造破碎段、不返水段、多次重复灌注段等地质条件差的部位，建议适当增加补强灌浆孔，加强新增帷幕的防渗效果和安全性。

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王雍（1969-），男，武汉大学工学硕士，教授级高工，主要从事水工设计与研究及工程建设管理。

（2015-10-12）