改性环氧树脂在两河口水电站帷幕灌浆中的应用

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，陕西 西安 710061)

1 工程概况

两河口水电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段，坝址控制流域面积6.57万km2，多年平均流量666m3/s。为雅砻江中、下游的“龙头”水库，正常蓄水位高程2865.00m，总库容为107.67亿m3。电站装机容量3000MW，多年平均年发电量110亿kW·h。砾石土直心墙堆石坝最大坝高为295m，坝顶高程2875m，河床部位心墙底开挖高程2580m。大坝帷幕灌浆通过沿心墙基础面布设的河床基础灌浆廊道，左、右两岸分层设置的灌浆平洞及左、右两岸盖板进行。左、右两岸分别在高程2575.50m、2640.00m、2700.00m、2760.00m、2820.00m、2875.00m处设置了六层帷幕灌浆平洞，各层平洞轴线位于同一竖直断面内。河床灌浆廊道和左、右两岸灌浆平洞基础布置两排灌浆帷幕，左、右岸坝肩盖板基础布置三排灌浆帷幕(即三角区帷幕)，帷幕灌浆底线高程2640以下比高程2575.5m底层灌浆平洞低9.5m，高程2640m以上帷幕灌浆底线比下层灌浆平洞低8m。河床廊道基础帷幕及左、右两岸底层灌浆平洞基础帷幕为铅直帷幕，其他各层灌浆平洞及左、右岸坝肩盖板基础灌浆帷幕为倾向上游的斜孔帷幕，上下相邻两层灌浆平洞基础帷幕通过设置于下层平洞朝向上游的搭接帷幕连接。防渗要求按透水率不大于1Lu控制。

地层岩性：左岸边坡出露地层岩性为三叠系上统两河口组中、下段(T3lh1、T3lh2)砂板岩，堆石坝心墙部位主要为T3lh2(2)-①层变质粉砂岩；右坝肩边坡主要由三叠系上统两河口组下段(T3lh1)及中段(T3lh2)地层组成，其岩性以变质粉砂岩、粉砂质板岩为主，向下游渐变为粉砂质板岩夹绢云母板岩，以及粉砂质板岩与绢云母板岩互层。岩层产状为N60°～75°W/SW∠60°～75°，与河流近垂直相交。

物理地质作用：坝址工程枢纽区岩体主要为砂、板岩，岩石抗风化能力较强，风化作用主要沿断层、错动带和裂隙等弱面进行，以裂隙式风化和夹层状风化为主要特点。坝址区岩体卸荷主要沿已有构造结构面进行。主要表现如下：

a.强卸荷带内主要沿顺坡向中、陡倾角裂隙普遍张开，顺坡向裂隙普遍充填次生泥、岩屑；隐裂隙显现，裂隙多松弛张开0.5～15cm，渗滴水；弱卸荷带中裂隙张开较少，局部充填泥膜。

b.卸荷带深度随岸坡结构、局部地形地貌差异变化较大。岸坡弱卸荷水平深度10～129m，强卸荷在岸坡局部出现，水平深度0～79m。岸坡卸荷的总体规律是：随着高程的增加，卸荷深度增大。

2 三角区防渗帷幕水泥灌浆施工情况

2.1 三角区防渗帷幕水泥灌浆原材料试验检测

a.普通水泥原材料检测。左右岸三角区高程2581～2700m帷幕灌浆施工期间共完成水泥检测136批次，检测结果均满足规范要求[1]，检测结果见表1。

表1 帷幕灌浆普通水泥检测试验成果统计

b.左右岸三角区高程2581～2700m帷幕灌浆施工期间共完成磨细水泥检测10批次，检测结果均满足规范及设计要求，检测结果见表2。

2.2 三角区防渗帷幕水泥灌浆施工工艺

左右岸三角区帷幕设计3排灌浆孔，水平孔距2.0m，排距1.0m，梅花形布置，孔向倾向上游5°，排内分两序由低到高施工，最大帷幕灌浆深度为74.5m，采用自上而下分段、孔口封闭灌浆法，按2m、3m、5m等的分段方式，采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1的细水泥浆液灌浆，起始水灰比3∶1，遇灌前压水流量大于30L/min时采用普通水泥浆液灌注，起始水灰比3∶1。施工时安排专人观测抬动变化，严格控制施工抬动变形，要求无抬动灌浆施工[2-3]，详见表3。

表2 帷幕灌浆磨细水泥检测成果统计

表3 三角区帷幕水泥灌浆分段方式及压力

2.3 三角区防渗帷幕水泥灌浆施工完成情况

左右岸三角区高程2700m以下水泥灌浆共完成18个单元(左右岸各9个单元)，平均注灰量为30.89kg/m，Ⅰ序孔注灰量为37.27kg/m，Ⅱ序孔注灰量为24.46kg/m，平均单耗低，表明砂、板岩地层的可灌性较差。灌后检查孔压水7个单元一次检查合格，合格率偏低(38.9%)，不合格孔段均在孔深20m以上，孔深20m以下均一次检查合格。采用普通水泥和磨细水泥严格按照设计参数和技术要求多次补灌后，部分孔段的透水率仍处于1～3Lu之间，说明在三角区岩石侧向埋深浅、抗抬能力弱、高处孔宜通过顺坡向裂隙向低处孔串浆并引起低处孔频繁抬动和劈裂的条件下，用普通水泥和磨细水泥补灌仍无法达到透水率不大于1Lu设计防渗标准。

3 三角区防渗帷幕水泥灌浆施工分析

综合分析地质条件和物探检测资料，对左岸三角区帷幕浅表部灌浆质量有影响的主要有2组优势裂隙，分别为N65°W/SW∠70°～80°陡倾角裂隙及N30°～75°E/NW(SE)∠65°～85°中等倾角裂隙，且两组裂隙相互切割；对右岸三角区帷幕浅表部灌浆质量有影响的主要有2组优势裂隙，分别为N75°～90°W/SW(NE)∠75°～80°陡倾角裂隙及N30°～40°W/NE∠40°～50°中等倾角裂隙。水泥灌浆后压水检查时，压力水易击穿顺坡发育的陡倾角—中等倾角裂隙薄弱结构面，通过卸荷裂隙薄弱结构面形成近似垂直坡面方向的渗漏通道，并引起浅部产生抬动变形或劈裂，造成压水检查不合格。

左右岸三角区帷幕灌浆施工存在如下困难：不利地质条件带来的高灌低串、易劈裂抬动、可灌性差，且部分灌孔采用水泥灌浆后压水试验无法达到设计防渗标准；高陡边坡带来的安全风险大、施工困难等。

4 三角区防渗帷幕改性环氧树脂化学灌浆施工情况

为保证三角区防渗帷幕灌浆施工质量及永久防渗性能，经与目前市场上其他化学灌浆材料(如：水玻璃、聚氨酯、丙烯酸盐、硅溶胶等)对比，改性环氧树脂具有起始黏度低、可操作时间长、抗压强度高、黏结强度高、耐久性好、防渗效果好等优特点，且已完工水电站工程有成熟的应用经验，经分析后采用改性环氧树脂进行化学灌浆生产性试验。

4.1 三角区防渗帷幕改性环氧树脂灌浆原材料试验检测

左右岸三角区高程2581～2700m帷幕灌浆施工期间，改性环氧树脂化学灌浆材料委托国内具有专业检测资质的机构进行检测，检测结果满足规范要求，检测成果见表4。

表4 改性环氧树脂检测结果统计

4.2 三角区防渗帷幕改性环氧树脂灌浆施工工艺

左右岸三角区帷幕化学灌浆在相应部位水泥灌浆施工完成后实施，化学灌浆孔布置在上、下游排水泥灌浆孔轴线上，与水泥灌浆孔交错布置，共布置2排孔，排内分两序由低到高施工，孔向与水泥灌浆孔一致，孔径56mm，采用“自下而上、分段卡塞、纯压式”灌浆法。化学灌浆孔深入基岩20～30m并深入下层基岩5m，孔深、分段根据工程地质条件和施工情况可适当调整。施工时分级升压，严格控制抬动变形，要求无抬动灌浆。施工采用PSI系列改性环氧树脂材料，型号分为PSI-501和PSI-530，PSI-501浆材配比为A∶B=9∶1，PSI-530浆材配比为A∶B=8.5∶1。化学灌浆适当延长灌浆时间，各段灌浆结束后进行闭浆，待压力表压力归零后再施工下一段(浆液返流孔段适当延长闭浆时间)。大吸浆孔段采取限流、限压、间歇、灌注速凝浆液等技术措施或采用总量控制原则(避免浆液向幕体外扩散浪费)，在保证质量的前提下节约浆材；出现串浆时，及时封堵被串浆孔并继续灌注至结束，严禁多个孔段同时灌注，避免群孔效应；孔口返浆的孔采取复灌措施并保持孔口封闭状态，至浆液达到初凝状态时起塞。三角区帷幕化学灌浆结束后，灌浆段以上部分(0～0.5m)封孔采用0.38∶1∶1的水泥砂浆封填密实并压抹齐平。详见表5～表6。

表5 三角区帷幕化学灌浆分段方式及压力

表6 三角区帷幕检查孔分段及压水试验压力

4.3 三角区防渗帷幕改性环氧树脂灌浆施工措施及完成情况

三角区帷幕改性环氧树脂化学灌浆生产性试验(右岸4单元)施工用时1个月，完成灌浆350.40m，灌注环氧树脂791.15kg，孔占量1966.80kg，废弃浆液27.90kg，单元平均单位注入量为2.26kg/m(不含孔占)。化学灌浆试验共完成灌浆42段，纯灌浆总用时7805min，平均每段纯灌用时186min(3.1h)。灌后检查孔入岩深度25m，压水检查最大透水率0.02Lu，最小透水率0.00Lu，满足透水率不大于1Lu的设计防渗标准，表明采用改性环氧树脂进行化学灌浆效果明显，同时提高了施工功效。

化学灌浆生产性试验施工总结后，左右岸三角区高程2700m以下帷幕共完成化学灌浆11个单元，灌浆2465.4m，灌注环氧树脂8293.83kg，平均单位注入量为3.36kg/m。根据检查孔的钻孔全景图像成果统计分析，孔深20m以上平均每米约1～2条裂隙，孔深20m以下平均每米约1条裂隙，且水泥灌浆后仅有少数微细裂隙没有得到充填，此类微细裂隙在改性环氧树脂灌浆后已经充填饱满。混凝土与基岩均结合紧密，裂隙内有明显化学浆液结石充填，灌浆效果明显。先导孔钻孔取芯22个，检查孔钻孔取芯36个，先导孔的岩芯获得率为86.0%，检查孔的岩芯获得率为94.8%，灌浆后岩体完整性较灌前有明显提高。左右岸三角区帷幕灌浆后压水检查18个单元，一次检查合格17个单元，不合格单元经化学浆材加强灌浆后已复检合格，均达到了透水率不大于1Lu设计防渗标准，合格18个单元，合格率100%，优良17个单元，优良率94.4%。

5 结 论

经分析施工数据并结合施工实践经验总结，为保证左右岸三角区防渗帷幕灌浆质量，使用普通水泥灌浆后压水检查不合格单元，透水率在1～3Lu时可采用改性环氧树脂进行化学灌浆加强处理。左右岸高程2581～2700m三角区防渗帷幕灌浆施工资料齐全、数据可靠、质量合格。通过改性环氧树脂化学灌浆单位注浆量和检查成果分析总结，证明采用改性环氧树脂进行化学灌浆处理是可行的，且灌浆效果明显，进一步提升了防渗帷幕施工质量，既保证了三角区防渗帷幕灌浆施工质量满足设计要求，又保证了大坝心墙有序填筑施工。通过采用改性环氧树脂化学材料以及合适的施工工艺、质量控制措施等，三角区帷幕灌浆取得了很好的效果，给类似工程施工提供了参考。

考虑三角区高程2700m以上岩石完整性变差，卸荷裂隙发育深度加深，为保证帷幕防渗性能和方便施工，三角区防渗帷幕灌浆施工后续将采取以下工艺流程和措施：帷幕轴线盖板增设抗抬锚杆→加长孔口管镶铸深度→适当降低浅层段洗孔、压水及灌浆压力→主帷幕上游侧增设辅助帷幕→水泥灌浆后压水检查透水率1～3Lu的采用改性环氧树脂进行加强灌浆处理→心墙填筑前进行混凝土与基岩接触面质量普查。

考虑灌浆平洞洞口受岸坡和平洞双重爆破开挖作用影响，岩体松弛，卸荷裂隙发育，岩体整体完整性差，后续将对洞口封堵段及影响区进行水泥加强灌浆处理，并视具体情况采用改性环氧树脂进行加强灌浆处理。