可控双液灌浆技术在坝基防渗堵漏工程中的应用

谭勇黄立新张素华

（1.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司 长沙市 410007；2.湖南五凌电力工程有限公司 长沙市 410004）

1 工程概况

土木溪水电站位于湖南省张家界市永定区三岔乡境内，属澧水一级支流九斗溪上游。土木溪水库大坝位于张家界市永定区三岔乡许家庄村境内，澧水河一级支流九渡溪的上游——土木溪。河流自西南向东北注入澧水，坝址处河流走向为40°。两岸山体高程（460～520）m。河谷峡窄，河床宽度（50～80）m。河谷断面呈不对称的“U”字型。

土木溪水库坝址以上控制流域面积93.384 km2，干流长度18.72 km，干流平均坡降10.63‰。多年平均径流总量0.75亿m3，多年平均径流量2.31 m3/s。土木溪水库总库容1 319万m3。两级电站总装机15 600 kW，多年平均发电量4 340万kW·h，同时向张家界市城市供水规模为5万t/d，是以发电为主，结合供水、防洪的中型水利水电工程。

由于修建大坝时坝基及坝肩基础处理不到位，加之地质条件复杂，顺河向卸荷裂隙发育，水库修建好之后，坝基及坝肩出现大量漏水，漏水量达到1.0 m3/s以上，严重影响大坝安全运行和电站效益保证。之前多家单位曾进行过灌浆防渗处理，但效果甚微，未能从根本上解决大坝渗漏问题。

2 工程、水文地质条件

2.1 地层岩性

通过地质勘探查明，库区地层为震旦系板溪群五强溪组灰绿色、紫红色中～厚层长石砂岩。一级电站隧洞0+700 m段为五强溪组砂岩，700+3 500 m段为震旦系陡山沱组白云质灰岩，其间遇杨家山～三岔区域断层通过。

2.2 地质构造

（1）褶皱：工程地区处于天门山——黄洞向斜的南西冀和金珠山——管山到转背斜的北西冀的过渡段。

（2）断层：自北西向南西方向依次出现三条大的区域性断层。

三望坡逆断层（马子坪～庄家峪）：走向NE，倾向NW，倾角50°，距坝址左岸700 m通过。

南公塌～三岔道断层：走向NE，倾向NW，倾角50°，距坝址左岸6.5 km通过。

观音山～毛家岭正断层：走向NE，倾向NW（库内），从水库右岸5.5 km通过。

2.3 右岸坝肩工程地质条件

坝址处河床为U型，河床右岸坝肩上发育二级滑坡，受地形、构造和岩性影响，岩体完整性差，强风化埋深达20 m以上，顺坡向卸荷裂隙发育，部分钻孔中出现掉钻（20～50）cm，钻进无回水，甚者从钻孔内可听到流水声。此外，层间错动、软弱夹层亦较发育，控制边坡稳定与变形。坝肩内风化变形岩体、卸荷裂隙、强透水层是防渗处理的重点和关键。

3 选择水泥-水玻璃双液灌浆的原由

针对坝基及坝肩特殊的水文、工程地质条件，采用单一水泥浆液进行防渗处理，浆液需要一定的时间后才能凝固，对于裂隙发育、透水性强、可灌性好的透水介质，动水条件下浆材凝固前可能被流水带走，浆材消耗多，很难形成理想幕体。为了阻止地下水流动使浆液在粗大孔隙内快速流失，快速形成有效的防渗幕体，在水泥浆液中加入一定量的速凝剂-水玻璃混合后，短时间内浆液粘滞度增加，减缓浆液扩散速度，控制扩散半径。随着灌入量增多，时间增长，胶体越来越多，强度也会越来越高，最终水泥水玻璃双液浆结石体堵塞水体渗漏途径，形成帷幕，使之既达到防渗止漏、又节省材料降低造价的目的。

4 强渗漏地层可控双液灌浆施工技术

双液灌浆技术即水泥-水玻璃灌浆是利用水玻璃硅酸钠和水泥水解产生氢氧化钙的快速反应，生成凝胶状水化硅酸钙，充填节理和空隙，达到堵水防渗和控制扩散半径的目的。双液灌浆胶凝时间是随浆液的浓度和水玻璃浓度掺量不同而变化的。由于节理裂隙大小、充填水体多少和地下水流速的不同，须根据地层实际灌入量情况，调整水泥水玻璃配比[1]、混合方式、凝胶时间等。

4.1 可控双液灌浆混合的主要方式及特点

在双液灌浆过程中，根据不同地质情况，双液混合方式分别有孔口混合直接灌注、搅拌桶内混合单管灌注和孔内混合双管灌注等，三种双液浆液混合方式的使用及特点如下：

（1）双液孔口混合直接灌注法。即水玻璃和水泥浆液在孔口附近混合后直接灌入孔内。本方法多在孔口无压力、吸浆量大，浆液处在自流状态的孔段中采用。根据孔内漏浆情况不同，水玻璃掺入比例5%～30%不等。其特点是工艺最简单，操作方便，见效快，在漏量很大的浅部孔段中使用效果更明显。

（2）双液搅拌桶内混合单管灌注法。即将计量好的水玻璃溶液配制好后，再加入水泥，搅拌均匀后输入灌段。本方法适用性广，操作简便，但水玻璃掺量一般不能太多，以3%～8%为宜。不足的是，灌注时间太长后易于堵塞。因此，搅拌桶应尽量靠近孔口，保持管道通畅。若配合采取单液-双液交替灌注等工艺措施，则灌注过程和效果将更为理想。

（3）双液孔内混合双管灌注法。即将配制好的水泥浆液和水玻璃溶液通过两套管路输送到孔内，经过特制的孔内混合器混合后灌入灌段内。根据孔内情况不同，水玻璃掺用比例一般为5%～20%之间。其特点是浆液在灌段内混合，胶凝时间和灌入量可以按配比调整控制，堵塞效果好，操作较简便，适用性广。

4.2 土木溪水电站可控双液灌浆混合灌注工艺流程

鉴于坝基及坝肩地质条件十分复杂，各灌段的节理裂隙发育情况、透水性强弱、吸浆量大小又各不相同，单一的灌浆工艺不能完全适合变化复杂的地质条件，因此，在施工过程中，须根据实际的不同地质情况，及时设计有针对性的灌注工艺和采取各种保证措施。在土木溪水电站防渗堵漏施工时，在防渗堵漏灌浆过程中，除了常规水泥灌浆经常采用的各种堵塞方式和限压限流、间歇灌注、停灌待凝等措施外，主要采用以下几种工艺：

（1）定配比连续灌注。本工程中的帷幕灌浆孔W1至W35，节理裂隙有部分充填、连通性不太好、坝体及坝基近距离有串浆、冒浆、漏浆情况，在双液浆灌注过程中，采用一个配比连续灌注结合双液搅拌桶内混合单管灌注法至正常灌浆结束。

（2）变配比连续灌注。本工程中的帷幕灌浆孔W45至W70，孔深相对较浅，节理裂隙发育、栓塞不能止水、钻进时无回水、右坝肩串浆、冒浆、漏浆现象严重、多个灌段预充填时无压力，渗漏较严重。在双液浆灌注过程中根据吸浆情况将配比变换灌注，同时结合双液孔口混合直接灌注法直至达到正常结束标准。

（3）变配比间歇灌注和单液-双液浆交替灌注。本工程中的帷幕灌浆孔W36至W45，节理裂隙相当发育，钻孔时岩芯相当破碎，全孔无回水，渗漏严重、串浆、冒浆、漏浆现象十分严重，钻孔探明与坝下大渗漏通道相通，是本次灌浆的重要位置。因渗漏通道较大，同时有动水影响，采用双液浆灌注一次不能正常结束，为确保浆液有效灌注，同时保证浆液足够填满空隙，为防止双液浆堵塞混合器而冲洗灌具和钻孔，不致使灌段充填不够导致非正常结束，采用双液浆间歇灌注和单液-双液浆交替灌注，间歇时间一般为（10～30）min，视灌注双液浆配比和实际情况决定，重新灌注时，一般变换配比，或浓或稀，直至达到正常结束标准；在采取双液浆灌注一段时间后又改用纯水泥浆灌注，必要时用清水灌注，多次交替反复，灵活掌握。施工时，采用变配比间歇灌注和单液-双液浆交替灌注法结合双液浆搅拌桶内混合单管灌注法和孔口混合直接灌注法直至正常结束。

5 可控双液灌浆效果分析

（1）通过坝基及坝肩灌前灌浆孔及灌后质量检查孔所取岩芯的对比分析，灌浆孔在施工过程中，岩芯较破碎，多呈短柱状或块状，钻进时孔壁严重掉块、垮塌、卡钻，施工时多数孔段钻进时都没有回水，成孔较难，施工速度较慢。在灌后质量检查孔施工中，岩芯多呈长柱状，大部分裂隙均被水泥结石充填，胶结紧密。说明坝基及坝肩经过可控双液浆灌注后，坝基及坝肩空洞和裂隙基本已被水泥浆充填，坝基及坝肩岩层的完整性得到了有效改善，渗漏通道被有效封堵，灌浆封堵效果较好。

（2）双液灌浆施工前后，下游漏水情况对比见图 1、图 2。

通过灌浆前后渗漏情况对比，双液灌浆后，坝下游漏水基本消失，渗漏通道被有效封堵，灌浆效果较好。

（3）经过可控双液浆灌注后，坝后漏水点基本消失，灌浆检查孔压水试验透水率全部小于5 Lu，全部满足设计要求，说明渗漏通道被有效封堵，灌浆效果好。

图1 灌浆前漏水点渗漏情况照片

图2 灌浆后漏水点渗漏情况照片

6 结 语

（1）通过工程实践证明，在强透水、大渗漏地层中采用以水泥-水玻璃浆液灌注方法为主的一整套灌浆堵漏方法和工艺技术是行之有效的，和常规灌浆方法相比，既具有能有效控制浆液扩散范围，克服强渗漏、节理裂隙发育地层灌浆经常遇到的串冒漏浆严重、无法达到正常结束标准的困难，增加有效灌注量，扩大有效充填半径，促使幕体和空隙内堵体形成，同时又具有节省工程量，减少灌浆材料损耗，降低成本，提高工效等优越性。

（2）水泥-水玻璃双液灌浆，合理选择配比至关重要，这也是已往许多工程未能推广开展的关键原因之一。事实证明，室内配比试验是十分必要的，但不顾具体地质情况，照搬室内试验最优配比，或只按一个设计配比实施，不一定能取得满意的效果。

（3）要保证双液灌浆的实施效果，达到工程量少，成本低，又能实现有效控制的目的，必须仔细地分析地质情况，及时设计制定和采用各种有针对性的灌注工艺和措施，这是保证双液灌浆效果的关键。在土木溪水电站工程，除了常规灌浆采用的方法和措施外，与双液灌浆配套的工艺和方法主要是：

① 对孔口段和大空隙段采用反复复灌的多种栓塞灌注方法。

② 在双液灌浆前实施的预充填过程。

③ 根据不同地质条件，坚持灵活运用双液孔口混合直接灌注法、双液搅拌桶内混合单管灌注法和双液孔内混合双管灌注法等多种双液浆混合灌注方式。

④ 在混合灌注的工艺流程上，坚持灵活运用定配比连续灌注、变配比连续灌注、变配比间歇灌注和单液-双液交替灌注等多种方式。

［1］龚高武，吴毅.松散渗透水地层内防渗堵漏双液灌浆技术研究[A].地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集[C].北京∶中国水利水电出版社，2009.