淺論溪洛渡拱壩基礎(chǔ)帷幕水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)

胡世英，曾曉洲

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

淺論溪洛渡拱壩基礎(chǔ)帷幕水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)

胡世英，曾曉洲

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

溪洛渡拱壩基礎(chǔ)防滲帷幕穿越層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、泥化夾層和基體裂隙等地質(zhì)巖層復(fù)雜多變，且滲控標(biāo)準(zhǔn)高、施工技術(shù)復(fù)雜、灌前透水率大等原因，以致壩基防滲帷幕面臨眾多困難。基礎(chǔ)帷幕灌漿控制采取了從灌漿原材料、灌前施工準(zhǔn)備、灌漿施工工藝及灌后質(zhì)量檢查等全過程精細(xì)化的控制管理措施；通過定期組織召開的專題會(huì)和專家技術(shù)咨詢會(huì)，實(shí)現(xiàn)了防滲帷幕灌漿的提前預(yù)防、技術(shù)方案的實(shí)時(shí)優(yōu)化預(yù)控管理。為工程在施工管理中敢于采用新技術(shù)、新工藝及新標(biāo)準(zhǔn)提供了切實(shí)可行的方案。

拱壩；基礎(chǔ)帷幕；水泥－化學(xué)；灌漿試驗(yàn)；溪洛渡水電站

1 拱壩概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江溪洛渡峽谷中，是金沙江下游梯級(jí)開發(fā)的第三級(jí)水電站，水電站樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成；攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.50 m，壩頂高程610.00 m，頂拱中心線弧長(zhǎng)681.51 m。

大壩防滲帷幕中心線在壩體內(nèi)近似平行拱壩軸線在壩頭分別折向上游與廠前帷幕接為一體，大壩帷幕主要在基礎(chǔ)廊道和灌漿平洞內(nèi)完成，部分于壩頂公路上進(jìn)行。左右岸各設(shè)置6條灌漿平洞，供大壩澆筑到一定高度時(shí)，正常開展帷幕灌漿施工作業(yè)，各層灌漿平洞之間的高差在36.00～75.00 m之間。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，河床壩基基巖由二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖（P2β）組成。二疊系下統(tǒng)茅口組石灰?guī)r（P1m）埋深于壩基以下約80 m，屬堅(jiān)硬巖類。壩基地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為層間錯(cuò)動(dòng)帶，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓帶和基體裂隙。

河床壩基高程306 m以上巖體呈中等偏強(qiáng)透水性（q≥30 Lu）為主；高程238～306 m間巖體呈中等偏弱透水性（q＝10～30 Lu），其中右岸較左岸分布范圍大，透水性稍強(qiáng)；高程238 m以下巖體呈弱偏微透水性（q＝1～3 Lu）。但P1m石灰?guī)r上部分布寬約85 m、厚約30 m向下游尖滅的中等偏弱透水楔形體（q＝10～20 Lu），與石灰?guī)r上部局部發(fā)育溶孔溶隙、出現(xiàn)承壓水等相對(duì)應(yīng)；高程180～200 m以下為矛口組灰?guī)r，巖體完整，巖溶不發(fā)育，巖體透水率小于1 Lu。建基面高程350 m以下地下水豐富，規(guī)模較大的層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶及主要裂隙有滲水現(xiàn)象。

3 工程設(shè)計(jì)指標(biāo)

溪洛渡大壩防滲帷幕灌漿質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄和鉆孔全景圖像孔成果等綜合評(píng)定其質(zhì)量。為方便施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制和質(zhì)量檢查驗(yàn)收，設(shè)計(jì)具體明確了工程質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)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）經(jīng)孔壓水試驗(yàn)檢查，混凝土與基巖接觸段及其下一段透水率的合格率為100%，其余各段的透水率不小于90%；

（3）563 m高程以下不合格試段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的200%，563 m高程以上不合格試段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且不合格試段不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

4 灌漿試驗(yàn)條件

4.1 灌漿試驗(yàn)區(qū)域選擇

根據(jù)施工單位提供的灌漿成果資料和業(yè)主第三方壓水質(zhì)量檢查成果（見表1），可分析16號(hào)壩段在建基面以下30～40 m深度范圍內(nèi)，經(jīng)采用濕磨細(xì)水泥系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)灌漿，局部區(qū)域仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)防滲要求。為了提高帷幕強(qiáng)度和形成封閉帷幕區(qū)，結(jié)合壩區(qū)基本地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮施工方便、灌區(qū)巖體代表性及灌后質(zhì)量檢查成果資料，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，重點(diǎn)選擇河床中部16號(hào)壩段的軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)。

表1 16號(hào)壩段帷幕灌漿第三方壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查綜合統(tǒng)計(jì)

4.2 灌漿試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）了解層間層內(nèi)構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)帶及節(jié)理裂隙系統(tǒng)經(jīng)灌漿處理后其整體性、剛度和強(qiáng)度的提高幅度，以及相應(yīng)的巖石力學(xué)參數(shù)；

（2）為了解弱風(fēng)化巖體的可灌性、灌漿工藝和灌漿材料等以及灌后壩基巖體的均一性和承載能力提高的強(qiáng)度，為拱壩建基面防滲要求優(yōu)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為之相應(yīng)的壩基基礎(chǔ)處理灌漿設(shè)計(jì)提供有益的依據(jù)；

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)及要求，以提高防滲帷幕強(qiáng)度，延長(zhǎng)滲透路徑，降低壩踵揚(yáng)壓力，同時(shí)對(duì)壓水檢查不合格試段，進(jìn)行加固處理，使壩體形成封閉帷幕區(qū)；

（4）分析研究水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿在復(fù)雜地質(zhì)條件下，灌漿防滲處理效果，優(yōu)選灌漿材料、鉆灌設(shè)備和施工工藝，提出不同區(qū)域和不同性狀弱風(fēng)化巖體灌漿處理方案，為后期編制施工技術(shù)要求提供重要的參數(shù)。

4.3 灌漿試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)具有較強(qiáng)的針對(duì)性，根據(jù)揭露不同深度的巖層性狀和現(xiàn)場(chǎng)壓水透水率的變化情況，采用水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿中的“自上而下分段灌漿法”，進(jìn)行濕磨細(xì)水泥－化學(xué)漿液“同孔復(fù)合”灌漿，濕磨細(xì)水泥灌漿采用孔口封閉循環(huán)式灌漿，化學(xué)灌漿采用孔內(nèi)阻塞純壓式灌漿。

5 施灌工藝控制

針對(duì)不同的地質(zhì)構(gòu)造，采取相應(yīng)的施灌工藝。濕磨細(xì)水泥灌漿主要用于封堵被灌區(qū)域的大裂隙、大孔洞，使被灌區(qū)形成一個(gè)大的封閉區(qū)域，從而提高化學(xué)灌漿效果；CW510系環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿主要用于濕磨細(xì)水泥灌漿無法灌注的層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓帶及節(jié)理細(xì)微裂隙處，以提高巖體的均一性、整體性和防滲強(qiáng)度。

5.1 鉆孔施工

鉆孔設(shè)備采用重探XY－2型回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī)，金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭循環(huán)鉆進(jìn)。鉆孔孔深為入巖25 m，開孔孔位偏差不得大于10 cm，開孔孔徑為φ91 mm，入基巖2 m為第一段，以下各段鉆孔孔徑為φ60 mm，化學(xué)灌漿用φ76 mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)掃孔，灌漿孔每段段長(zhǎng)誤差不超過20 cm。

在鉆孔開孔和鑲嵌孔口裝置時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制孔斜，每鉆5～10 m測(cè)量一次孔斜保證孔向準(zhǔn)確，同時(shí)在鉆灌施工中，應(yīng)不定期檢查鉆機(jī)是否錨固、發(fā)生移位等現(xiàn)象，以提高整孔鉆孔質(zhì)量。帷幕灌漿孔孔底允許偏差見表2。

表2 帷幕灌漿孔孔底允許偏差

5.2 壓水試驗(yàn)控制

在鉆孔洗孔完成后，即采用孔內(nèi)阻塞在本段頂部50 cm處進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)可結(jié)合裂隙沖洗同時(shí)進(jìn)行，壓力為灌漿壓力80%，但不大于1 MPa，壓水時(shí)間為30 min，取最終值作為計(jì)算透水率q的計(jì)算值。若透水率q≥1.0 Lu時(shí)灌注濕磨細(xì)水泥漿液，若透水率q＜1.0 Lu時(shí)采用化學(xué)漿液直接灌注。

5.3 灌漿工藝控制

5.3.1 灌漿工序選擇

濕磨細(xì)水泥灌漿時(shí)，采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)法”施工；CW510系環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿時(shí)，采用“自上而下分段灌漿，孔內(nèi)阻塞純壓式灌漿法”施工。灌漿段起始長(zhǎng)度依次按照2.0 m、3.0 m和以下均5.0 m控制，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)特殊情況，可適當(dāng)調(diào)整段長(zhǎng)。

5.3.2 灌漿前壓風(fēng)趕水

在進(jìn)行化學(xué)灌漿時(shí)，需要采用電動(dòng)式移動(dòng)空氣壓縮機(jī)送風(fēng)將灌漿孔和灌漿管路內(nèi)積水通過回漿管排出，間歇性開啟空壓機(jī)，盡量排干積水。當(dāng)吹風(fēng)趕水量較小時(shí)，卸下進(jìn)漿管路，將它連接在化灌泵上。

5.3.3 灌漿材料配制及力學(xué)性能

CW510系環(huán)氧樹脂材料分為A、B雙組份漿材，兩組份按A組份（基液）∶B組份（固化劑）＝6∶1（重量比），第一次配漿用CW511（6∶1）漿液，配制量應(yīng)略大于管路和鉆孔占漿，后面根據(jù)注入量大小而定。

A組份（基液）和B組份（固化液）混合過程中，注意將B組份（固化液）緩慢注入A組份（基液）中，邊注入邊攪拌，控制注入速度以保持漿液在30℃以下。當(dāng)注入率在0.1～0.3 kg／min時(shí)配漿量宜控制在8 kg以內(nèi)，低于0.1 kg／min時(shí)配漿量控制在4 kg為宜。若漿液配制后長(zhǎng)時(shí)間未使用，且漿液粘度明顯變大，或出現(xiàn)爆聚等情況則須將桶內(nèi)余漿作為廢棄處理，重新配制新鮮漿液繼續(xù)灌注。CW滲透性環(huán)氧灌漿材料物理力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 CW滲透性環(huán)氧灌漿材料物理力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果（室溫23℃）

從表3可知：CW511、CW512環(huán)氧灌漿材料的力學(xué)性能都比較高，CW511初凝時(shí)間較長(zhǎng)，可操作時(shí)間長(zhǎng)，適合細(xì)微裂隙和泥化夾層的浸潤和滲透；CW512（漿比6∶1）可操作時(shí)間適中，適合裂隙較大層間錯(cuò)動(dòng)帶，擠壓帶；CW512（漿比5∶1、4∶1）初凝時(shí)間短，適合滲水封堵處理。

5.3.4 灌漿施工控制

（1）灌前漿材控制。經(jīng)檢查管路連接無滲漏后，打開回漿閥啟動(dòng)化學(xué)灌漿泵，利用CW漿液將孔內(nèi)漿液進(jìn)一步趕出，直至回漿管管口有持續(xù)漿液排出，關(guān)閉回漿閥。配制CW511（6∶1）漿液進(jìn)行灌注，同時(shí)將一根水管插入灌漿塞頂部位置，以觀察灌漿過程中管路及阻塞器是否存在漏漿現(xiàn)象，以便及時(shí)采取處理措施。

灌漿過程中，為了保持漿液良好的可灌性，每8～10 h需要檢查孔內(nèi)漿液是否變稠，同時(shí)必須保證漿液桶的入孔溫度小于30℃。

（2）灌漿升壓原則。灌漿過程中，主要以“逐級(jí)升壓、緩慢浸潤”為原則，每段灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，緩慢升壓，按4級(jí)進(jìn)行升壓控制，依次是初始?jí)毫樽畲蠊酀{壓力的30%，2級(jí)壓力為最大灌漿壓力的50%，3級(jí)壓力為最大灌漿壓力的80%，4級(jí)壓力為最大灌漿壓力的100%（見表4）。

當(dāng)注入率低于0.1 kg／min，且持續(xù)時(shí)間超過1 h后，可升高化學(xué)灌漿泵設(shè)定壓力0.2～0.3 MPa，逐步升壓至灌漿最大設(shè)計(jì)壓力。

表4 壩基河床16號(hào)壩段化學(xué)灌漿段長(zhǎng)、壓力參數(shù) MPa

（3）漿液變換控制原則。充填管孔使用CW511（6∶1）環(huán)氧樹脂灌漿材料。灌漿開灌一般使用CW511（6∶1）漿液灌注，壓力上升緩慢或超過4 h壓力變化不大，可變換漿液至CW511（5∶1）繼續(xù)灌注；出現(xiàn)壓力值與注入率嚴(yán)重不相符時(shí)（如壓力1.0～1.5 MPa，流量大于0.5 kg／min），可變換漿液至CW512（6∶1）續(xù)灌。

（4）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)控制。對(duì)于非層間錯(cuò)動(dòng)帶灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在該段最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.02 kg／min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min或達(dá)到膠凝時(shí)間，可結(jié)束該段灌漿。灌漿持續(xù)時(shí)間超過72 h，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)放寬至0.05 kg／min。

對(duì)于層間錯(cuò)動(dòng)帶灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在該段最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率達(dá)到不吃漿或≤0.01 kg／min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min或達(dá)到膠凝時(shí)間，可結(jié)束該段灌漿。

（5）拔管清洗?；瘜W(xué)灌漿結(jié)束后，用0.5∶1水泥漿液置換孔內(nèi)殘留CW環(huán)氧樹脂，待清理干凈方可拔出阻塞器。將灌漿管路拔出后，先用水對(duì)進(jìn)返漿管路帶壓沖洗，再用丙酮清洗管道接頭及阻塞器，灌漿泵泵頭用丙酮沖洗干凈后，加上潤滑油。

（6）灌漿封孔。灌漿孔封孔采用“自下而上分段置換灌漿封孔法”，封孔壓力為灌漿孔的最大灌漿壓力。當(dāng)灌漿孔上部存在空腔時(shí)，可使用水泥砂漿人工封填密實(shí)。

5.4 特殊情況處理

（1）孔內(nèi)漏漿。灌漿過程中若孔口出現(xiàn)有不溶于水的黃色液體時(shí)，應(yīng)將阻塞器拔起，重新試壓檢查管路及阻塞器是否存在漏漿，待全部檢查合格，方可下塞繼續(xù)灌注。

（2）長(zhǎng)時(shí)間大耗漿情況。在灌漿過程中，如吸漿量較大，且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不減小，超出灌區(qū)范圍時(shí)，可采取降低灌漿壓力，縮短漿液凝固時(shí)間，增大漿液粘度或使用間歇灌漿法，直至待凝等綜合處理措施。

6 復(fù)合灌漿成果分析

6.1 濕磨細(xì)水泥灌漿成果

壩基河床16號(hào)壩段濕磨細(xì)水泥灌漿，共計(jì)完成12段52 m，灌漿平均單位注入量為5.23 kg／m，各孔段注入量均較小，其中有2段單位注入量大于10 kg／m，1段單位注入量最大為32.07 kg／m，5段注入量為0 kg／m，占總段數(shù)的42.7%；從各孔段單位注入量分析，濕磨細(xì)水泥灌漿對(duì)于該復(fù)雜地層，可灌性較差，基本不吃漿。

6.2 CW環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿成果

壩基河床16號(hào)壩段化學(xué)灌漿，共計(jì)完成156段650 m，灌漿平均單位注入量為33.65 kg／m，其中Ⅰ序孔平均單位注入量49.37 kg／m，Ⅱ序孔平均單位注入量為15.30 kg／m，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔單位注入量主要集中在小于50 kg／m以內(nèi)，分別占到總孔數(shù)的66.66%和90.28%；由此說明隨著灌漿次序的增進(jìn)，巖體裂隙逐漸被灌注密實(shí)，灌漿效果明顯。

6.3 灌后效果檢查及評(píng)價(jià)

根據(jù)16號(hào)壩段復(fù)合灌漿成果資料，對(duì)灌漿試驗(yàn)區(qū)域共布置3個(gè)質(zhì)量檢查孔。經(jīng)對(duì)各孔段采用五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)、孔內(nèi)錄像及聲波檢測(cè)相結(jié)合，經(jīng)檢查全部滿足設(shè)計(jì)要求（見表5）。

從表5可看出：16號(hào)壩段經(jīng)化學(xué)灌漿處理后，檢查孔壓水全部滿足設(shè)計(jì)要求；表明CW環(huán)氧漿材不僅能滲入水泥漿液無法進(jìn)入的細(xì)微裂隙，而且對(duì)破碎巖體和碎屑也有較好的粘結(jié)效果。16號(hào)壩段復(fù)合灌漿前后聲波波速分布統(tǒng)計(jì)見表6。

表5 16號(hào)壩段復(fù)合灌漿壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查綜合統(tǒng)計(jì)

表6 16號(hào)壩段復(fù)合灌漿前后聲波波速分布統(tǒng)計(jì)

從表6可知：16號(hào)壩段經(jīng)化學(xué)灌漿處理后，聲波波速得到明顯提升，基巖均一性和承載能力強(qiáng)度整體得到增強(qiáng)，巖體裂隙灌注密實(shí)，防滲能力成效顯著。

7 結(jié)束語

溪洛渡拱壩基礎(chǔ)帷幕經(jīng)多次普通水泥灌漿，局部區(qū)域仍無法滿足設(shè)計(jì)防滲要求，通過對(duì)16號(hào)壩段進(jìn)行水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿處理，從灌后綜合質(zhì)量檢查效果可以看出，CW環(huán)氧樹脂在層間錯(cuò)動(dòng)帶，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓帶和基體裂隙等復(fù)雜地質(zhì)條件下，具有較好的可灌性和滲透性，且能提高基巖整體性、均一性和力學(xué)強(qiáng)度，大壩防滲標(biāo)準(zhǔn)得到增強(qiáng)，為編制施工技術(shù)要求提供了強(qiáng)有力的保障和依據(jù)。

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，助理工程師，從事水利水電工程監(jiān)理工作。