基于EPC模式的拱坝坝基三角区帷幕灌浆施工技术

刘 均 锋，曹 丽 锋

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内，是国内首个采用EPC模式的百万千瓦级水电站。其挡水建筑为混凝土双曲拱坝，最大坝高155 m。杨房沟电站拱坝坝基2 054～2 102 m高程三角区帷幕灌浆设单排帷幕灌浆孔，孔距均为2 m，孔深均为54 m，左岸19孔，右岸14孔。根据首台机组在2021年11月30日前投产发电的要求，该部位帷幕灌浆待大坝混凝土2021年5月浇筑至高程2 102 m且相应部位接缝及接触灌浆施工完成后再进行施工。根据提前发电的目标要求，杨房沟水电站第二阶段蓄水计划安排在2021年5月1日开始，5月20日前蓄水至2 077.4 m，满足机组带水调试要求，6月30日前蓄水至死水位2 088 m，满足首台机组投产发电要求，坝基2 054～2 102 m高程三角区帷幕灌浆是制约提前发电的关键项目，为此需对该部位施工方案进行优化调整。

2 拱坝坝基三角区帷幕灌浆方案选择

按常规施工进度计划，大坝混凝土浇筑2020年12月中旬完成→大坝接缝灌浆2021年4月上旬完成→接触灌浆2021年4月中旬完成→冷却水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷却水管封堵期间，完成接缝检查)→2 054～2 102 m高程三角区帷幕灌浆2021年8月下旬完成→排水孔2021年10月下旬完成。

根据下闸蓄水形象面貌：2021年5月1日开始水库先蓄水至2 077.4 m高程，以满足带水调试最低水位要求。然后再蓄水至死水位2 088 m高程，最终蓄水至正常蓄水位2 094 m。

常规施工进度计划与下闸蓄水形象面貌相比，2 054～2 102 m高程三角区帷幕灌浆施工是制约2021年7月发电目标的关键部位。

为确保下闸蓄水形象面貌和2021年7月发电目标的要求，2 054～2 102 m高程三角区帷幕灌浆采用“无盖重+有盖重衔接”施工方案，即在2 054～2 102 m高程坝基固结灌浆完成后大坝混凝土浇筑之前，施工完该部位基岩孔深10 m以下的帷幕灌浆(先对基岩0～10 m段灌浆形成封闭岩体盖重)，待大坝浇筑至坝顶时，且该部位接缝、接触灌浆完成后，从坝顶施工两排衔接帷幕对该部位基岩0～15 m段进行帷幕灌浆与原10 m以下的无盖重帷幕灌浆有效衔接。

调整方案后施工进度计划：坝基2 054～2 102 m高程三角区无盖重帷幕灌浆2020年4月30日完成→大坝混凝土浇筑2020年12月中旬完成→大坝接缝灌浆2021年4月上旬完成→接触灌浆2021年4月中旬完成→冷却水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷却水管封堵期间，完成接缝灌浆检查)→2 054～2 102 m高程三角区衔接帷幕灌浆施工2021年6月下旬完成(已利用无盖重帷幕灌浆挡水，满足下闸蓄水形象面貌要求)→排水孔2021年7月下旬完成。

调整方案后施工进度计划满足下闸蓄水形象面貌要求，避免了下闸蓄水后出现渗漏问题，保证了施工质量，加快了施工进度。

3 拱坝坝基三角区帷幕灌浆布孔形式

坝基2 054～2 102 m高程三角区无盖重帷幕灌浆布孔形式为单排，孔距2 m、最大孔深53.32 m、共33孔，见图1、2。

衔接帷幕灌浆布孔形式为双排、矩形布置，孔距2 m、排距1 m、最大孔深54 m、共66孔，见图3、4。

4 帷幕灌浆施工及施工方法

(1)施工程序及方法。无盖重帷幕灌浆施工程序：施工准备→孔位放样→抬动孔施工→先导孔施工→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔施工→质量验收。衔接帷幕灌浆施工程序：待大坝浇筑高程至2 102 m高程平台后进行施工准备→孔位放样→抬动安装→下游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔)→上游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔) →检查孔施工→质量验收。

图1 左岸坝基2 054～2 102 m高程三角区无盖重帷幕灌浆布置图

图2 右岸坝基2 054～2 102 m高程三角区无盖重帷幕灌浆布置图

孔深小于20 m无盖重帷幕灌浆和衔接帷幕灌浆采用“自上而下”孔内阻塞循环式灌浆法，止浆塞阻塞在已灌段底以上0.5 m处，射浆管出口距孔底不大于50 cm。

无盖重帷幕灌浆孔深大于20 m时，帷幕灌浆孔的第一、二段采用 “阻塞灌浆法”进行灌浆，第一段止浆塞阻塞在距离基岩面不大于40 cm处，第二段灌浆塞阻塞在灌浆段段顶以上0.5 m处。止浆塞阻塞在距离灌浆段50 cm处。第三段及以下各段采用自上而下(自孔口向孔底)孔口封闭分段循环式灌浆法。

图3 左岸坝基2 054～2 102 m高程三角区有盖重衔接帷幕灌浆布置图

图4 右岸坝基2 054～2 102 m高程三角区有盖重衔接帷幕灌浆布置图

(2)施工准备和孔位放样。为确保施工期安全，无盖重帷幕灌浆施工平台在坝基固结灌浆已搭设的排架基础上进行加固，以提高安全富裕度，排架间排距及步距由1.8 m×1.8 m×1.8 m调整为0.9 m×0.9 m×1.8 m，排架搭设均采用φ48.3 mm×3.6 mm钢管搭设。

每个灌浆孔均经测量和现场技术质检人员进行孔位放样，所有灌浆孔开孔孔位与设计孔位的偏差不大于10 cm[1]，钻机在孔位、孔向及钻孔角度调整好后，经现场技术质检人员验收合格后方能开钻。因无盖重帷幕灌浆孔孔深较大，帷幕灌浆施工时，钻机固定后，安装三角辅助架等提升系统升降钻具。由于帷幕灌浆孔为非垂直孔，安装三角辅助架时，应尽量使三角架顶部与孔口的连线与孔中心线在一条直线上，以便于施工并减少孔内事故的发生。

(3)帷幕灌浆施工造孔采用XY2型地质回转钻机配相应规格的金刚石钻头和复合片钻头进行钻进，钻孔终孔段孔径不小于φ56 mm[2]。灌浆设备主要选用3SNS高压灌浆泵，灌浆自动记录仪为JT-IV型记录仪。

(4)抬动安装及抬动变形观测。抬动观测装置在压水和灌浆施工前安装完毕。拱坝左右岸坝基2 054～2 102 m高程三角区无盖重，衔接帷幕灌浆每个坝段各布置一个抬动孔，有盖重衔接帷幕灌浆抬动孔通过无盖重帷幕灌浆抬动孔内和外管接长至2 102 m高程坝顶平台。抬动孔内和外管接长控制措施：有盖重衔接帷幕灌浆抬动孔利用无盖重帷幕灌浆抬动孔加长至2 102 m高程坝顶平台，提供有盖重衔接帷幕灌浆抬动观测使用。为确保内、外管接长施工质量，主要采取两条控制措施：①内管和外管管与管之间均利用丝扣管箍连接进行加长，安装时通过加强钢筋并利用大坝结构钢筋进行焊接加固，确保内、外管垂直度并避免混凝土浇筑过程中出现碰撞变形。②为防止混凝土浇筑时堵塞抬动管，安装时抬动管管口高出混凝土面约0.3 m，管口采用丝堵封堵。

灌浆过程中，若观测到变形现象，应立即降低灌浆压力，在不抬动的条件下进行灌注；若经过降压、加浓浆液和较长时间的灌注后仍无法实现升压的目的，就在不抬动的条件下灌至不吸浆后待凝，并检查确定发生变形部位周围无安全隐患和其他特殊情况，待凝24 h后扫孔复灌。

(5)先导孔、检查孔施工方法和压水试验、冲洗控制。无盖重帷幕灌浆、衔接帷幕灌浆先导孔、检查孔均采用自上而下分段压水法，自下而上分段灌浆法。不管采取哪一种方法，灌浆塞阻塞需在各灌浆段段顶以上0.5 m处，射浆管出口距孔底不大于50 cm。先导孔压水试验采用“单点法”进行压水试验。在灌浆前，对所有灌浆孔(段)进行钻孔冲洗；冲洗压力采用灌浆压力的80%，且不大于1 MPa；冲洗时间至回水清净为止，或不大于20 min，孔底沉积厚度不大于20 cm。无盖重帷幕灌浆孔10 m以下各灌浆段在灌浆前进行简易压水试验，衔接帷幕在各序孔中选取不少于5%的灌浆孔进行简易压水试验，压水试验结合裂隙冲洗进行[3]。

(6)无盖重帷幕灌浆孔口管段施工及钻孔、灌浆段长、孔深、压力。

孔口管段指帷幕灌浆孔的第一、二段，镶铸孔口管灌浆孔的孔口段钻孔孔径φ110 mm，第一、二段灌浆结束后镶铸φ89 mm的孔口管。孔口管采用钢管，埋入基岩深度为5.0 m，露出孔口0.1～0.2 m。孔口管段按分排分序的原则一次性将所有灌浆孔的孔口管段全部完成，采用0.5∶1的水泥浆镶铸孔口管。待凝72 h后，按照分排分序逐序加密的原则，再按自上而下分段钻灌施工。镶铸孔口管时技术质检人员进行旁站，确保孔口管镶铸方位角及倾角符合施工图纸要求。在坝顶最后一仓浇筑前预埋φ159 mm衔接帷幕孔定位钢管，避开大坝预埋设施。

灌浆孔分段与钻孔分段一致。灌浆孔进行孔斜测量，控制孔深20 m以内的偏差，孔深20 m以内，每5 m测量一次孔斜，20 m以下每10～15 m测量一次孔斜。无盖重帷幕灌浆0～10 m最大灌浆压力2.0 MPa，10 m～孔底最大灌浆压力5 MPa；衔接帷幕灌浆基岩0～15 m最大灌浆压力2.5 MPa。帷幕灌浆孔口三段以下(10 m以下)灌浆孔段灌前压水透水率<1.0 Lu时，该灌浆段与下一灌浆段合并灌浆，但最多不超过两个灌浆段或10 m。

(7)帷幕灌浆施工采用湿磨细水泥浆液灌注，由稀到浓逐级变换浆液，水泥强度等级不低于P•O42.5。无盖重帷幕灌浆孔0～10 m，水灰比为2、1、0.8、0.5四个比级；无盖重帷幕灌浆孔10 m～孔底，水灰比为3、2、1、0.6四个比级灌注；衔接帷幕灌浆水灰比为5、3、2、1、0.6五个比级。

浆液变化原则：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减小时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不能改变水灰比。②当某级浆液注入量已达500～600 L以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，采用浓一级的水灰比。③逐级变浓，不能越级变浓。

帷幕灌浆各灌浆段的结束条件：当灌浆段在最大灌浆压力下，注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min后，结束灌浆。灌浆结束，封孔如下：①采用自上而下分段灌浆法灌浆结束后，使用水灰比为0.5的浆液置换孔内稀浆或积水，采用全孔灌浆法封孔。封孔灌浆的压力不小于2 MPa，灌浆持续时间不小于1 h。②采用孔口封闭灌浆法灌浆结束后，采用全孔灌浆法封孔，封孔压力使用该孔最大灌浆压力，灌浆持续时间不小于1 h。③坝体混凝土内衔接帷幕钻孔封堵采用纯压式灌浆封孔，水灰比为0.5∶1，封孔灌浆的压力不宜超过0.1 MPa。④采用全孔灌浆法封孔后，待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余部分大于3 m时，继续采用导管注浆法进行封孔。小于3 m时，使用干硬性水泥砂浆人工封填捣实。

5 对施工过程中特殊情况的处理

(1)无盖重帷幕灌浆施工时，为避免浅表层灌浆漏浆，施工时先对浅表层的第一、二段进行预压水，发现裂隙渗漏时，及时对裂隙进行嵌缝、封堵[4]。

(2)灌浆中断。为避免灌浆中断现象发生，可采用四种方法解决：①选择规格达标和质量良好的灌浆管材，并在施工前和施工过程中对管材进行定期检查。②选用满足施工要求的设备，并做好设备的日常维护和保养。③施工过程中应及时校验灌浆仪器、仪表，保证仪器、仪表满足帷幕灌浆施工要求。④定期检修供电系统，以避免由于停电而中断灌浆。若施工中发生灌浆中断，应尽快排除故障，立即恢复灌浆。如中断时间过长(超过30 min)，应立即冲洗钻孔，尽快恢复灌浆；当无法冲洗或冲洗无效时，则扫孔后复灌。

(3)射浆管凝铸。孔口封闭灌浆过程中，存在三个因素：①由于浆液在一定条件下会产生胶结凝固现象；②浆液在压力作用下会失水，且水泥水化热使浆液凝结时间缩短；③射浆管若与孔壁距离过深，浆液循环受堵也会在管口凝结。以上原因均会造成射浆管被水泥浆凝铸，针对上述问题，采取相应的措施预防[5]：在灌浆深孔较大时将孔口封闭器换成旋转孔口封闭器，并经常转动和上下活动灌浆管，回浆管保持有15 L/min以上的回浆量，以防止灌浆管在孔内被水泥浆凝住。同时，对浆液浓度进行定期检测，如灌浆已进入结束条件的持续阶段，改用水灰比为2或1的较稀浆液灌注。

6 无盖重帷幕灌浆效果检查

帷幕灌浆工程的质量检查以检查孔压水试验成果为主，结合对施工记录、施工成果和检验测试资料的分析，进行综合评定。

(1)压水试验。左岸无盖重帷幕灌浆布置1个先导孔，进行“单点法”压水7段，最大透水率2.17 Lu，平均透水率1.20 Lu。灌后共布置2个检查孔，共计进行“单点法”压水18段，最大透水率1.03 Lu，平均透水率0.15 Lu。灌后最大透水率较灌前减少52.53%，灌后平均透水率较灌前减少87.50%，灌后检查孔各段压水透水率仅1段为1.03 Lu，其余均小于1 Lu，压水检查结果符合压水试验合格标准不大于3 Lu的要求。

右岸无盖重帷幕灌浆布置2个先导孔，共计进行“单点法”压水13段，最大透水率13.75 Lu，平均透水率3.67 Lu。灌后共布置3个检查孔，共计进行“单点法”压水21段，最大透水率1.05 Lu，平均透水率0.26 Lu。灌后最大透水率较灌前减少92.36%，灌后平均透水率较灌前减少92.92%，灌后检查孔各段压水透水率仅1段为1.05 Lu，其余均小于1 Lu，压水检查结果符合压水试验合格标准不大于3 Lu的要求。

(2)根据各次序孔透水率及单位注入量的成果分析，平均单位注入量随灌浆次序的增加而减少，符合各次序灌浆的变化规律。

(3)经过灌浆后，灌后检查孔岩芯裂隙内水泥结石充填较明显，岩芯完整性较好。

(4)钻孔全景图像分析。无盖重帷幕灌浆灌后全景图像显示：灌后检测孔孔壁光滑，岩体完整性好，岩体裂隙中水泥充填明显。

(5)无盖重帷幕灌浆成果总体满足设计要求，为加强岩体浅表层灌浆质量，后续应严格按技术措施进行基岩0～15 m衔接帷幕灌浆施工，以确保衔接帷幕灌浆效果。

7 结 语

通过对无盖重帷幕灌浆压水成果、取芯芯样、钻孔全景图像等资料分析，无盖重帷幕灌浆成果满足设计要求。为加强无盖重帷幕灌浆岩体浅表层灌浆质量，后续在大坝浇筑至高程2 102 m且相应部位接缝及接触灌浆施工完成后再进行基岩0～15 m衔接帷幕灌浆施工，以保证无盖重帷幕灌浆浅表层灌浆效果。三角区“无盖重+有盖重衔接”帷幕灌浆通过实践证明，在保证施工质量、安全的前提下，确保了工程下闸蓄水和首台机组发电目标，是一套较为完善的、成熟的施工技术，其优势和效果明显。杨房沟水电站拱坝坝基三角区帷幕灌浆施工技术可行且合理可靠，对下闸蓄水和提前发电的目标实现具有重要意义，同时也为类似水电站坝基三角区帷幕灌浆施工积累了宝贵的经验，具有推广价值。