泸定水电站防渗墙下深厚覆盖层帷幕灌浆施工技术

李 伟，郑远建

（中国人民武装警察部队水电第三总队第九支队，四川 成都 610036）

1 工程概况

泸定水电站坝址位于四川省甘孜藏族自治州泸定县城上游2.5 km处，挡水坝为粘土心墙堆石坝，基础防渗采用 “混凝土防渗墙+水平粘土铺盖+混凝土防渗墙下接两排帷幕”灌浆形式。大坝基础防渗墙下帷幕灌浆起始范围桩号为0+077.00～0+526.33，坝基防渗墙厚1.0 m，防渗墙上、下游各布置一排帷幕孔，排距0.6 m，间距1.5 m和2.0 m不等。主河床段长100.54 m，桩号0+113.47～0+214.01，采用悬挂式防渗墙，最大墙深110 m。墙下接覆盖层帷幕灌浆，帷幕灌浆孔入岩深度10 m，最大单孔深度达154.8 m。

坝址区河谷覆盖层深厚，层次结构复杂，最大厚度为148.6 m，一般为120～130 m。现代河床及高漫滩主要为冲积漂卵砾石层，Ⅰ级阶地为冲、洪积混合堆积的含漂 （块）卵 （碎）砾石土层，Ⅱ级阶地为冰缘泥石流、冲积混合堆积的碎 （卵）砾石土层，河谷底部为冰水堆积的漂 （块）卵 （碎）砾石层。

2 施工过程

2．1 施工程序

（1）帷幕灌浆按分排分序逐级加密、自上而下的原则，每排孔分两序施工。

（2）先施工墙内下游排，后施工墙内上游排；灌浆孔钻灌施工完毕后，待14 d后进行检查孔的施工。

（3）每排帷幕灌浆孔施工顺序为：I序孔钻孔及灌浆→Ⅱ序孔钻孔及灌浆→灌浆质量检查孔钻孔（取芯）及压水检查。

（4）同一排相邻的两个次序孔之间，以及后序排第I序孔与相应部位前序排第Ⅱ序孔之间钻孔、灌浆间隔高差不小于15 m。

（5）覆盖层帷幕灌浆。为保证灌浆质量，避免灌入的水泥浆液向上部非灌段大量渗透，每排施工时第一段不分孔序限制。首先施工第一段，形成施工盖板，以减少浆液上窜。

2．2 施工工艺

坝基覆盖层帷幕灌浆采用 “孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法”，孔口采用旋转封闭器，射浆管下设至距孔底50 cm处，循环封闭灌浆。施工工艺流程见图1。

图1 防渗墙下覆盖层帷幕灌浆施工工艺流程

2.2.1 钻孔

（1）使用回转式地质钻机，采用金刚石钻头钻进，帷幕灌浆孔开孔孔径为φ76 mm，终孔孔径不小于φ56 mm，检查孔不小于φ91 mm。钻孔编号、孔深、孔向以及孔排序的划分，按设计图纸及规范要求执行。第一段钻孔灌浆不受孔序及排序限制可提前完成，以便在上部形成盖板防止浆液上串。严格控制帷幕灌浆孔深度，帷幕孔钻至设计帷幕线深度时，最后一段岩体透水率不满足≤3 Lu要求，则加钻一段 （长5 m），加钻深度一般不超过2段。在两排孔帷幕区域，墙内下游排为深帷幕，墙内上游排为浅帷幕，浅帷幕灌浆孔深度按设计浅帷幕深度线控制。若钻至设计浅帷幕深度线时，最后一段岩体透水率>5 Lu，则加钻一段。

（2）钻进时尽量使用较长的钻具，以减少钻孔的偏斜。主要措施有：①孔口段或安设的孔口管必须符合设计孔向的要求，这是保证全孔能按设计孔向钻进的关键。②钻机立轴方向要正确，机座要稳固。如需要往返移动钻机时，应采取能正确对准原孔位和孔向的可靠措施。③钻机就位后，用φ50 mm钢管抵到灌浆廊道边墙上并在灌浆廊道底板上打锚筋加以固定，防止钻机钻进过程中由于自身震动发生偏移。钻孔过程中要不断用水平尺校正立轴垂直度，要正确地控制压力，适量地给水，钻具超过一定重量时，要采取减压措施。

2.2.2 灌前注水试验和声波测试

根据DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》，钻孔冲洗及压水试验适用于基岩帷幕灌浆工程，而覆盖层地质条件决定其无法进行钻孔冲洗及简易压水。根据设计要求，覆盖层区域选取典型部位进行灌前注水试验，在下游排Ⅰ序孔中选取5段进行声波单孔及跨孔声波试验；在试验区旁边的部位选取一个下游排Ⅰ序孔进行全孔单孔声波试验。

2.2.3 地下水位的测定

在无地下水位资料时，在一定范围内利用Ⅰ序孔测定一次地下水位，作为该部位地下水位的代表值。每5 min测读一次孔内水位，当水位下降速度连续两次均小于5 cm/min时，可认为是稳定地下水位值。

2.2.4 浆液

针对覆盖层帷幕灌浆部位，浆液类型宜以水泥粘土混合的形式为主。

（1）水泥粘土浆液配比。经过多次试验发现，由于掺入了粘土，水泥粘土浆液增强了浆液的塑性，浆液凝固时间延长，在灌后的扫孔过程中，极易影响已灌段的灌浆效果。经过试验摸索及调整，水泥粘土浆液中的水泥与粘土质量比控制在1∶0.6～1∶0.5。

（2）水泥粘土浆制备。先将泥浆池内泥浆按所需量加入高速制浆机，并测定泥浆比重，再查配浆表计算水泥粘土浆配比所需的水泥量和水量，加入高速制浆机内混合。或者先将水泥浆与粘土浆分别在制浆站拌制成浓浆，然后按所需量在搅浆机内混合，再通过加水量调配所需的浆液浓度。各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和黏度等参数，并做好记录。浆液搅拌时间在使用普通搅拌机时不少于3 min，在使用高速搅拌机时不少于30 s；浆液在使用前应过筛，从开始制备到用完的时间宜小于4 h。

（3）浆液比级。覆盖层帷幕灌浆浆液采用水泥黏土浆， 水灰比选用 4∶1、 3∶1、 2∶1 和 1∶1 等 4 个比级，水泥与粘土的掺合比在1∶0.6～1∶0.5之间。制浆站拌制水灰比为1∶1的原浆，泵送至灌浆工作面，施工机组根据所需要的灌浆水灰比进行配制。

（4）浆液变换标准。灌浆液应由稀到浓逐级变换，开灌采用水灰比为4∶1的浆液开灌。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。当每级浆液注入量已达1 000 L或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级浆液。当单位注入率大于30 L/min且小于60 L/min时，可换浓一级的浆液。当单位注入率大于60 L/min时，浆液浓度可越级，但一般不允许越两级变浆。当吸浆量很大时，灌注水泥黏土砂浆或掺加水玻璃等外加剂，外加剂掺量根据试验或现场出现的实际情况确定。

2.2.5 灌浆方法

采用 “孔口封闭、孔内循环、自上而下分段”的灌浆方法。每钻完一个段长，提起钻具，采用钻杆作射浆管，下入孔段内，射浆管距孔底不大于50 cm。孔口管顶部安设孔口封闭器，灌浆过程中经常活动灌浆管，以免埋管。为防止浆液上串和上部形成盖板，第一段灌浆不受孔排序限制可提前完成，完成后待凝24 h以上再钻灌下一段。其他灌浆段灌浆完成后，一般不待凝，即可钻进下一段。

灌浆过程数据采集系统采用经率定合格的灌浆自动记录仪进行数据采集和浆液计量。灌浆自动记录系统记录数据应齐全、准确，系统运行稳定，自动生成资料报表。

2.2.6 灌浆压力及段长划分

段长划分：对于墙内帷幕灌浆，第一段为混凝土防渗墙与覆盖层或基岩的接触段，段长较小，为2.0 m；第二段长3.0 m，第三段及其以下各段长5.0 m，终孔段长不大于8 m。如遇特殊情况，段长可根据成孔长度作适当调整。

根据技术要求，Ⅰ序孔灌浆压力采用2.5 MPa，后序孔较前序孔依次提高15%左右，即Ⅱ序孔灌浆压力采用2.9 MPa。灌浆压力应尽快达到设计值。在灌浆试验过程中根据灌浆情况对灌浆压力进行适当调整，当吸浆量较小时，适当提高灌浆压力；吸浆量大时，应分级升压。

2.2.7 灌浆结束标准

（1）在试验压力下，注入率不大于1 L/min，连续灌注60 min以上。

（2）当吸浆量很大时，采用定量灌注，即灌入孔段内的干料累计达到6 t/m时，可适当降低灌浆压力，达到上条标准后即可结束。

（3）各灌浆段在未达到结束标准时，不得进行下一灌浆段的钻孔与灌浆作业。

2.2.8 终孔验收及封孔

（1）每个帷幕灌浆孔钻终后，进行孔深测量验收，控制终孔孔深误差小于20 cm，并进行终孔孔斜验收。

（2）终孔段灌浆结束后，采用 “置换和压力灌浆封孔法”进行纯压式灌浆封孔，封孔采用0.5∶1的水泥浆，达到最大灌浆压力后再延灌30 min即可结束。

（3）待孔内水泥浆液凝固后，采用机械法封堵灌浆孔上部少许空余部分。

2.2.9 特殊情况处理

（1）灌浆过程中，对冒浆和漏浆问题，视具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。

（2）含砂量较大的地层的钻灌施工。含砂量较大的地层 （或砂层）往往吸水不吸浆。对此，可适当加大灌浆压力或适当改变水泥与粘土的比例，采用稀浆灌浆的方法进行施工。

（3）失浆地层的钻灌施工。非灌段多为漂块石层，地层孔隙率大，在钻进过程中会严重失浆。为避免发生烧钻、塌孔等孔内事故，可采取小钻压、低转速、大泵量冲洗液的钻进方法，并结合从孔口填黏土捣实、填水泥黏土球 （直径3～5 cm）以及注浆堵漏待凝等措施。采用缩短灌浆段长的施工方法进行施工，发现大量失浆即停钻进行灌浆处理。

（4）大漏量处理。除了采用提高浆液的浓度、降低灌浆压力或限量灌注、间歇灌浆、多次复灌等措施外，还可在浆液中加入速凝剂或高效堵漏剂或灌注水泥砂浆等方法。

（5）若灌浆中断，应立即冲洗钻孔，尽快恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，再恢复灌浆。恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注。如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注。如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

（6）灌浆过程中，若遇回浆变浓，采用同比级的新浆灌注；若浆液继续变浓，则继续灌注30 min结束。

（7）灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，一泵一孔同时进行灌浆。否则，应塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫扎、冲洗后，继续钻进或灌浆。

2.2.10 灌浆质量检查

（1）以分析检查孔压水试验成果为主，并结合钻孔、取芯资料、灌浆记录和测试成果等进行综合评定。

（2）在灌浆区域中心位置钻孔，钻取岩芯并做岩芯编录及保存，逐段做压水试验。检查孔的数量为灌浆孔总数的8%～10%。

（4）压水试验检查在灌浆结束14 d后进行。

（5）检查孔采用五点法压水试验，压力为0.3、0.6、1.0、0.6 MPa和0.3 MPa。经压水检查，透水率为0.61～4.93 Lu，合格率100%，满足规范和设计标准。

3 结语

（1）防渗墙下覆盖层帷幕灌浆孔入岩深度10 m，最大单孔深度达154.8 m。采取打锚筋、不断校正钻机立轴，减压等控制孔斜的施工措施。

（2） 水泥与粘土质量比控制在 1∶0.6～1∶0.5 之间。水泥黏土浆液由于掺入了黏土，增强了浆液的塑性，节约了工程成本，保证了灌浆质量。

（3）选择合适的分段长度和灌浆压力对灌浆效果和工程成本控制非常重要。分段长度和灌浆压力需通过现场生产性试验确定。