硅溶膠在老撾南歐江七級水電站帷幕灌漿中的應(yīng)用

石 峰

中國電建集團(tuán)海外投資有限公司

1 工程概述

南歐江七級水電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，為南歐江規(guī)劃七個梯級水電站的最上游一個梯級即第七級。工程以發(fā)電為主，等別為一等大（1）型工程，最大壩高約143.5m，總裝機(jī)容量210MW（共兩臺機(jī)組），正常蓄水位635m，對應(yīng)庫容16.94×108m3，死水位590m，相應(yīng)庫容4.49×108m3，調(diào)節(jié)庫容12.45×108m3，具有多年調(diào)節(jié)性能。工程主要樞紐布置由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系統(tǒng)、壩后岸邊廠房和GIS開關(guān)站等組成，固結(jié)及帷幕灌漿主要分布在堵頭、大壩基礎(chǔ)、量水堰、閘室段、泄槽段、挑流鼻坎等部位，其中大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿工程量約15700m，大壩帷幕灌漿工程量約58587m。

在南歐江七級水電站在進(jìn)行帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗過程中，發(fā)現(xiàn)由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜，普遍存在吸水不吸漿及回漿返濃現(xiàn)象，其中Ⅲ序孔尤為突出。有鑒于國內(nèi)使用硅溶膠灌漿的成功案例，對于巖體細(xì)微裂隙發(fā)育部位，水泥漿液不能充分滲入充填，采用硅溶膠漿液具有良好的可灌性，灌漿效果較好。經(jīng)有關(guān)參建方研究后決定對Ⅲ序孔透水率≤5Lu的孔段采用硅溶膠材料進(jìn)行灌漿。

2 硅溶膠與純水泥漿液灌注對比試驗

（1）為驗證硅溶膠灌注效果，為后續(xù)硅溶膠灌注提供施工參數(shù)和指導(dǎo)依據(jù)，選擇在左岸趾板原帷幕試驗Ⅱ區(qū)向水平趾板方向延伸4個灌漿孔進(jìn)行硅溶膠與純水泥漿液對比試驗，其中Ⅰ序孔、Ⅱ序孔采用純水泥漿液進(jìn)行灌注；Ⅲ序孔當(dāng)透水率≤5Lu段次采用硅溶膠進(jìn)行灌注。（2）設(shè)計要求透水率合格標(biāo)準(zhǔn)≤3Lu，根據(jù)檢查孔壓水試驗成果，灌硅溶膠的段次最大透水率1.71Lu，最小透水率1.09Lu，灌注效果良好，漿液充分充填到細(xì)微裂隙中去，證明硅溶膠的性能及可灌性良好。

3 硅溶膠灌注施工

3.1 硅溶膠材料性能

（1）硅溶膠灌漿材料主要由硅溶膠、固化劑、促進(jìn)劑和偶聯(lián)劑等組成，均為無機(jī)材料，反應(yīng)原理為羥基的脫水縮合反應(yīng)。經(jīng)國家材料檢測中心檢測，硅溶膠灌漿材料無毒無害綠色材料，硅溶膠為二種液體A 液和B 液通過攪拌混合后形成硅溶膠液體。本次硅溶膠灌漿采用M-II型，性能見表1。

表1 硅溶膠性能指標(biāo)

（2）硅溶膠為無色透明液體，比重為1.14具有很強(qiáng)的流動性和可灌性，硅溶膠中無數(shù)膠團(tuán)產(chǎn)生的無數(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙，在一定條件下能夠?qū)o機(jī)物及有機(jī)物具有一定的吸附作用。

（3）硅溶膠具有較好的粘結(jié)性:因其膠團(tuán)尺寸均勻，在10m/u～20m/u 左右，自身風(fēng)干即產(chǎn)生一定的粘結(jié)強(qiáng)度，如果將硅溶膠加入到纖維或粒狀材料中，然后干燥固化即可成為堅固的凝膠結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生較大的粘結(jié)性。

（4）硅溶膠具有較好的親水性和較強(qiáng)的憎油性：可以用蒸餾水或無離子純水稀釋至任意濃度，而且隨稀釋度的增加而穩(wěn)定性增強(qiáng)。

3.2 硅溶膠灌注

通過對比試驗的相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)，對帷幕灌漿孔Ⅲ序孔當(dāng)壓水透水率≤5Lu地層段采用硅溶膠進(jìn)行灌注；壓水透水率大于5Lu段次采用純水泥漿液進(jìn)行灌注，灌注工藝按帷幕灌漿施工方案實施。

3.3 硅溶膠漿液制備

（1）采用D200-2低速攪拌機(jī)（每分鐘轉(zhuǎn)速32轉(zhuǎn)，一次最大可以制漿400L攪拌機(jī)）進(jìn)行硅溶膠漿液拌制，兩者按體積比1:1的比例現(xiàn)場混合攪拌，采用人工方式加料，首先將稱量好的A液倒入攪拌機(jī)中，隨后在稱量倒入B液，均勻攪拌約10min，形成硅溶膠溶液，通過送漿泵連Φ32管路輸送至用漿點。

（2）硅溶膠漿液通過改變固化劑摻量可以準(zhǔn)確地控制其膠凝時間，從而控制其擴(kuò)散半徑。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗和類似工程經(jīng)驗情況，按灌漿孔段壓水時的壓入流量Q 來控制漿液的凝結(jié)時間，膠凝時間采用35min～63min的M-II型漿液；初始灌漿的漿量以滿足管路和孔段占漿量再加開始10min的吸漿量為限，以后每批漿量按滿足10min的吸漿量配制，這樣既保證正常灌漿，又最低限度減少漿材浪費(fèi)。

3.4 硅溶膠灌注方法

硅溶膠灌注采用3SNS灌漿泵進(jìn)行灌注，在固結(jié)灌漿施工范圍內(nèi)壓水透水率無論大小采用純水泥漿進(jìn)行灌注，單孔初次灌注硅溶膠時采用孔口封閉法進(jìn)行整孔灌注以補(bǔ)充以上段次細(xì)小裂隙，第二次及以下灌注硅溶膠采用孔內(nèi)卡塞進(jìn)行灌注，灌漿塞卡在灌注段次以上約30cm進(jìn)行純壓式灌注，硅溶膠灌注過程中采用限流措施灌注流量不大于10L/min。

3.5 硅溶膠灌注壓力

硅溶膠灌注過程中采用單一壓力進(jìn)行灌注，灌漿壓力見表2。

表2 硅溶膠灌漿分段和灌漿壓力見下表

3.6 硅溶膠灌注結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0L/min 時，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束；為保證灌漿質(zhì)量采用硅溶膠灌注結(jié)束后閉漿4h，然后取出射漿管及灌漿塞進(jìn)行下一段鉆灌施工。

4 抬動觀測及灌漿封孔

4.1 抬動觀測

（1）帷幕灌漿每個單元鉆孔安設(shè)1套抬動觀測裝置，抬動觀測孔最先施工，同一個單元灌漿孔共用一處抬動觀測點，抬動孔深度為入巖20.0m。在進(jìn)行簡易壓水和灌漿施工過程中進(jìn)行抬動變形監(jiān)測，壓水灌漿過程中，抬動變形允許值為≤0.1mm，若發(fā)現(xiàn)混凝土開裂等異常情況，立即暫停灌漿，待分析原因后調(diào)整灌漿壓力。

（2）抬動變形觀測過程中，經(jīng)常檢查抬動變形觀測使用的千分表，確保其靈敏度和準(zhǔn)確性。

（3）灌漿工作結(jié)束后，對抬動觀測孔進(jìn)行全孔掃孔后按技術(shù)要求進(jìn)行封孔。

4.2 封孔

封孔采用純水泥漿“全孔灌漿封孔法”：全孔灌漿完畢后，先用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)稀漿液置換為0.5:1的水泥漿液，然后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)使用0.5：1漿液進(jìn)行純壓式灌漿封孔。封孔壓力不小于1.5MPa，帷幕灌漿孔封孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)注入率不大于1.0L/min時，繼續(xù)灌注60min封孔即可結(jié)束。

5 施工技術(shù)措施及特殊情況處理

5.1 施工技術(shù)措施

（1）灌漿過程采用自動灌漿記錄已實施自動記錄，以避免人為因素的影響。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行從最稀級水灰比開灌的規(guī)定，以避免濃漿堵塞細(xì)微裂隙而造成不吸漿的表面現(xiàn)象，并嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行漿液變換。

（3）嚴(yán)格控制灌漿壓力，按設(shè)計要求及灌漿試驗參數(shù)執(zhí)行。（4）原始記錄準(zhǔn)確、齊全、及時、規(guī)范。

（5）準(zhǔn)確地記錄施工情況及施工過程中每一個技術(shù)數(shù)據(jù)。

5.2 特殊情況處理措施

灌注硅溶漿液時如注入量較大難以結(jié)束時采用下列措施。

（1）檢查灌漿管路是否破損或松動。

（2）檢查灌漿泵密封是否損壞存在漏漿現(xiàn)像。

（3）向灌漿孔內(nèi)加水檢查灌漿塞是否松動或硅溶膠漿液繞塞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)灌漿塞松動及時將塞子塞緊；當(dāng)出現(xiàn)硅溶膠繞塞時將灌漿塞向上每次提升30cm～50cm，重新卡塞直至問題消除，經(jīng)確認(rèn)后方繼續(xù)進(jìn)行灌注；

（4）采取間歇、低壓、限量灌注措施。

6 硅溶膠灌漿成果

南歐江七級水電站帷幕灌漿施工，對Ⅲ序透水率≤5Lu的段次采用硅溶膠灌注后，根據(jù)檢查孔壓水試驗成果，灌硅溶膠的段次最大透水率1.85Lu，最小透水率1.07Lu，平均透水率1.21Lu，滿足設(shè)計≤3Lu的合格標(biāo)準(zhǔn)要求。檢查孔取芯顯示，硅溶膠充分堵塞了巖體中的裂隙，改善了基巖物理性能，提高了基巖的整體性。

7 結(jié)語

老撾南歐江七級水電站根據(jù)工程地質(zhì)條件和帷幕灌漿試驗成果，采用硅溶膠作為帷幕灌漿材料進(jìn)行Ⅲ序灌漿施工，解決了巖體存在風(fēng)化夾層、構(gòu)造破碎帶及細(xì)微裂隙發(fā)育等不良地質(zhì)條件下漿液難以灌入的技術(shù)難題。硅溶膠作為帷幕灌漿材料，通過采用成熟的施工工藝，選定合適的灌漿參數(shù)，并加強(qiáng)關(guān)注過程中的質(zhì)量管控，其技術(shù)可行，效果良好。