使用水泥浆液+化学浆液处理坝体混凝土渗漏水效果分析

王青 丁时伟 杨兴铖

【摘 要】官地水电站蓄水后，受多种因素影响，大坝坝后表面和廊道内出现不同程度的渗漏水，为了确保工程运行安全，使用水泥浆液+化学浆液对坝体混凝土进行了渗漏水处理，堵塞渗漏水通道，提高坝体防渗能力。文章从灌浆过程、浆液注入量、单位注入量变化、透水率变化、检查孔岩芯及廊道、坝后混凝土表面渗漏水情况等六个方面分析了渗漏水处理效果，表明坝体混凝土渗漏水处理实现了预期目标。

【关键词】处理；坝体；混凝土；渗漏水；效果分析

1、工程概述

官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大坝高168.0m，最大坝底宽153.2m，坝顶轴线长516m；整个坝体共24个坝段，从左至右由左岸挡水坝1#～9#坝段、左中孔10#坝段、溢流坝11#～14#坝段、右中孔15#坝段和右岸挡水坝16#～24#坝段组成；溢流坝段布置5孔溢流表孔，每孔净宽15m，溢流堰顶高程1311m，中孔底部高程为1240.00m。碾压混凝土浇筑总量约310万m?，常态混凝土约40万m?。

2012年2月9月大坝开始蓄水，2012年3月底首台机组发电，大坝坝前蓄水水位高程1330.0m后，受多种因素影响，大坝坝后表面和廊道内出现不同程度的渗漏水，为有效的对渗漏水进行堵排，确保工程运行安全，对坝体防渗部位进行渗漏水处理。坝体主要部位渗漏水量情况见表1-1。

坝体主要部位渗漏水量情况汇总表

表1-1

2、渗漏水处理方案

2.1处理范围

根据坝体渗漏水点分布情况和渗漏水量大小，确定的渗漏水处理范围如下：

（1）坝顶EL1334高程2#～10#坝段横缝；

（2）EL1995廊道（EL1995～EL1254）4#～10#坝段、10#坝段横缝；

（3）EL1254廊道（EL1254～1205）7#～10#坝段、7#～10#坝段横缝；

（4）主帷幕廊道6#坝段；

（5）坝体廊道、坝体下游坝面混凝土表面渗漏水部位。

2.2处理方案

（1）在大坝上游防渗部位进行系统的水泥浆液灌浆+化学浆液灌浆处理，阻断渗漏水通道，形成完整的大坝坝体防渗系统。

（2）坝体渗漏水处理：在坝体廊道内和坝顶进行钻孔灌浆。在坝体渗漏水坝段廊道位置施工一排灌浆孔，分序加密，孔间距2.00m（局部可加密1.00m），分两序孔施工。水泥灌浆孔和化学灌浆孔在同一轴线上。

横缝渗漏水处理：每条横缝布置2～4个灌浆孔，沿缝面布置，采用水泥浆液+化学浆液灌浆。

灌浆方式：先采用水泥浆液灌注，再采用化学浆液灌注。以灌浆前压水成果确定灌浆材料，当孔段压水试验透水率大于1Lu时，先进行水泥灌浆，当孔段简易压水试验透水率小于1Lu时，不进行灌浆，直接进行下一段钻孔，直至全孔最后一段水泥灌浆结束或钻孔结束后，再进行化学浆液，封孔采用水泥浆液。

（3）坝体廊道、坝体下游坝面混凝土浅层渗漏水处理：采用在混凝土表面渗水位置钻孔、埋管灌浆，灌浆材料根据漏水量大小确定，有射水或线状流水的孔灌注水泥浆液，有渗水或滴状水流的孔灌注化学浆液。

2.3处理后达到的目标

大坝各廊道、坝体下游坝面混凝土等外露表面渗漏水外观标准：经处理后应基本保持干燥。具体外观要求为混凝土外露表面不出现射水水流、贴面水流、滴水水流等状态，坝体排水孔出口允许出现滴状、线状水流。

渗漏量标准：大坝各廊道内混凝土表面和坝体下游坝面无渗漏水点，渗漏总量0m?/d，坝体排水孔渗漏水量满足大坝安全运行要求。

3、渗漏水处理施工

3.1灌漿材料

（1）水泥材料

水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，要求通过80um方孔筛筛余量不得大于5%。

（2）化学材料

化灌材料采用PSI-530（深圳帕斯卡）环氧浆材。混凝土表面渗水处理可采用PSI-530化学灌浆材料、金砂浆化学灌浆材料和LW化学灌浆材料。

3.2坝体渗漏水处理施工

（1）灌浆材料选择

每个部位的灌浆孔段钻到设计孔深后，先进行压水试验，然后根据压水试验结果确定灌浆材料。

当孔段透水率大于1Lu时，先进行水泥灌浆，结束后钻下一段，直至最后一段灌浆结束后，全孔进行冲洗压水，然后全孔一次性灌注化学浆液。当孔段简易压水试验透水率小于1Lu时，不进行水泥灌浆，直接进行下一段钻孔，直至全孔最后一段水泥灌浆结束或钻孔结束后，进行冲洗压水，然后全孔一次性灌注化学浆。

（2）渗漏处理施工

本次坝体混凝土渗漏水处理：包括EL1334坝顶横缝2#～9#坝段横缝、EL1295廊道4#～10#坝段和10#横缝、EL1254廊道7#～10#坝段和7#～10#坝段横缝、主帷幕廊道6#坝段（EL1236）等部位水泥灌浆和化学灌浆。

共施工灌浆孔121个，钻孔进尺5644.7m，注入水泥240271.9kg，单位水泥注入量75.65kg/m，注入化学浆液50198.1kg，单位化学浆液注入率9.11kg/m。灌浆结束后，施工检查孔5个，钻孔进尺193.26m，岩芯采取率90%以上，获得率90%以上。

3.3表面渗水处理施工

表面渗水处理在主帷幕廊道内施工埋管水泥灌浆孔14个，埋管14套，灌注水泥21982.17kg；施工埋管化学灌浆孔126个，其中灌注PSI-530化学浆液39个孔，灌注量1828.8kg；灌注金砂浆化学浆液58个孔，注入量2079kg；灌注LW化学浆液37个孔，注入量193.5kg。

4、渗漏水处理效果分析

4.1從灌浆过程分析渗漏水处理效果

经统计，水泥灌浆过程，1个孔钻孔内涌水；9个孔在压水、灌浆过程中在11个混凝土排水孔漏水、漏浆；3个孔在廊道排水沟和底板结构缝漏水、漏浆；2个孔与其他孔串水、串浆；8个孔在廊道侧墙漏水、漏浆。

根据压水、灌浆孔深分析，漏水、漏浆对应的孔深分布在不同的高程，漏水、漏浆点对应的钻孔深度基本在混凝土层间缝附近，说明混凝土层间缝是主要的漏水通道，亦是水泥浆液扩散的通道。

对漏水、漏浆采取措施后，水泥灌浆均达到了结束标准，且漏水、漏浆部位渗漏现象消失，表明水泥灌浆得到了充分扩散，堵塞了漏水、漏浆通道。根据灌浆资料统计分析，化学灌浆过程浆液渗漏，主要在廊道内渗出带颜色和浆液气味的水，直接渗出化学浆液的很少，均出现在浆液灌注阶段，表明浆液扩散通道不畅通。

化学灌浆中，23个化学灌浆孔段的灌注时间较长，注入量较大，灌浆过程中采取间歇措施后注入率达到了灌浆结束条件后停止灌浆，说明浆液在坝体混凝土内等扩散顺畅，化学灌浆进入了坝体混凝土孔隙、缝隙，充填了孔隙、缝隙，化学浆液凝固后堵塞了渗水通道，同时对坝体混凝土进行了补强，提高了坝体的防渗能力。

4.2根据浆液注入量分析渗漏水处理效果

（1）水泥灌浆单位注入量分析

由于坝顶横缝、EL1295廊道、主帷幕廊道灌浆孔相对较少，孔距较大，且每个坝段或每条横缝的灌浆孔基本按一个次序施工的，分序不规范，只有EL1254廊道的7#～10#坝段严格按两序孔施工，故以EL1254廊道的7#～10#坝段浆液注入量分析防渗处理效果，如表4-1。

由表4-1可知，7#～10#坝段每个坝段单位水泥注入量均Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，从单位注入量递减率分析，Ⅱ序孔较Ⅰ序孔降低了57.25%～95.76%，平均75.57%，表明Ⅰ序孔灌浆较好的充填了坝体混凝土中的渗水通道（层间缝和连通性空隙），Ⅱ序孔灌浆进行了补充加强。

（2）化学灌浆单位注入量分析（表4-2 EL1254廊道化学灌浆一览表）

由表4-2可知7#、9#、10#坝段单位化学浆液注入量Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，递减率达56%以上，8#坝段单位化学浆液注入量Ⅰ序孔小于Ⅱ序孔，其原因是：8-①-II-6化学灌浆过程中注入量较大，进行了两次间歇，方达到结束条件，注入化学浆液量2360.9kg，这一个孔单位注入量达42.35kg/m，故致使8#坝段浆液注入量Ⅰ序孔小于Ⅱ序孔。

（3）坝体混凝土内孔隙、缝隙填充分析

由于P.O42.5级普通硅酸盐水泥浆液，扩散通道的直径不小于0.2mm，所以水泥浆液充填的是坝体混凝土中大于0.2mm的缝隙或连通的孔隙，结合灌浆过程中在坝体排水孔中漏水、漏浆情况，表明水泥浆液灌浆主要填充、堵塞了遇冷收缩的混凝土中的层间缝和结构缝（横缝）。

化学浆液（PSI-530环氧浆材）是溶液，比重与水接近，流通性好，其扩散、流通的通道的大小亦与水相近，故化学浆液一方面对水泥浆液填充堵塞的渗水缝隙、孔隙进行了加强填充；另一方面填充、堵塞了大量水泥浆液不能通过的小于0.2mm的渗漏水缝隙（遇冷收缩的混凝土中的层间缝和结构缝（横缝）），这从EL125廊道7#～10#坝段化学灌浆过程中23个孔段在灌浆过程中由于注入量较大、灌注时间长、多次采取间歇措施，但廊道内浆液渗漏点少、渗漏量少等现象可以证实。

4.3根据单位注入量变化分析渗漏水处理效果

（1）水泥灌浆单位注入量变化分析（表4-3 EL1254廊道7#～10#坝段水泥灌浆单位注入量区间统计表）

根据水泥灌浆帷幕灌浆经验，单位注入量小于3kg/m的孔段浆液扩散通道小、且距离短，为封闭闭合型通道，浆液在一定的压力的作用下，才能被挤压进入孔隙、缝隙，此部分孔隙、缝隙连通性差、距离短，没有较大的外力作用基本不渗水，不会成为渗水通道。

单位注入量3～20kg/m之间的孔段在孔壁上出露的几个或几条闭合性孔隙、缝隙延伸较长、连通性相对较好，为闭合型通道，在压力的作用下，水泥浆液大部分进入连通性较好的孔隙或缝隙，少部分进入闭合的或连通性差的缝隙，在较大的外力作用下成为渗水漏水通道。

单位注入量大于20kg/m的孔段在孔壁上出露的孔隙、缝隙延伸长、连通性好，畅通性好，存在与其他介质连通的通道，为开放或半开放型通道，根据《大坝基础灌浆》的观点，灌浆效果显著，灌浆过程浆液主要进入了孔隙或缝隙，在较小的外力作用下就成为渗水漏水通道。

由表4-3可知，水泥灌浆166段中单位注入量：小于3kg/m为占70%，为116段，3～20kg/m占19%，为32段，大于20kg/m占11%为24段。说明坝体混凝土70%的防渗性能满足要求。

19%的孔隙或缝隙在水压的作用下发生渗漏水，11%的孔隙缝隙是渗水漏水通道。这与水泥灌浆过程中有23个灌浆段在坝段排水孔、廊道壁漏水、漏浆的情况一致。

（2）化学灌浆单位注入量变化分析（表4-4 EL1254廊道7#～10#坝段化学灌浆单位注入量区间统计表）

由表4-4可知，38%化学灌浆对灌浆孔周围的坝体混凝土进行了加固，浆液凝固填充了混凝土封闭闭合型孔隙或缝隙；41.5%化学灌浆凝固填充了坝体混凝土封闭性渗水漏水的通道；20.5%化学灌浆凝固填充了坝体混凝土开放或半开放型渗水漏水的通道。

由于化学浆液密度与水接近，流通性渗透性好，在外力作用下，不仅进入渗水漏水的孔隙或缝隙，同时渗入混凝土骨料缝隙或孔隙，对混凝土起到了加强作用。

4.4根据透水率变化分析渗漏水处理效果

以每个孔段水泥灌浆前压水试验值作为灌浆部位混凝土灌前透水率，以检查孔压水试验值作为灌后透水率，通过二者比较，分析防渗处理效果。

灌浆结束后在EL1295廊道的5#、10#壩段各施工1各检查孔，EL1254廊道的7#、8#、10#坝段各施工1个检查孔，故对EL1295廊道和EL1254廊道灌浆部位坝体混凝土水泥灌浆前压水成果（透水率）进行了统计，并与相应部位检查孔压水试验成果（透水率）进行对比分析（详见表4-5 EL1295廊道和EL1254廊道灌前、灌后压水成果对比）。

根据帷幕灌浆后透水率不大于1Lu的大坝防渗标准，EL1295廊道灌浆部位的混凝土34%符合防渗要求，66%的混凝土需进行防渗处理；EL1254廊道灌浆部位的混凝土60%符合防渗要求，40%的混凝土需进行防渗处理。

经过水泥灌浆和化学灌浆，EL1295廊道和EL1254廊道检查孔压水试验透水率均小于1Lu，均达到了大坝防渗标准，说明经过灌浆处理灌浆部位坝体混凝土透水率降低明显，防渗能力提高显著。

4.5从检查孔钻取岩芯分析渗漏水处理效果

灌浆结束后，施工了检查孔5个，孔径Φ75mm，钻孔进尺193.26m，岩芯采取率分别为90.2%、91.04%、95.15%、90.31%、92.16%，获得率分别为90%、90%、94.2%、90%、90%。

从检查孔岩芯观察，每个检查孔岩芯中均有水泥结石和化学浆液结石，混凝土空隙、缝隙中浆液结石较多，其中1295-1-J 13.2m处岩芯中水泥结石厚度达3mm，1254-7-J 6.6m处岩芯中化学浆液结石厚度达2～3mm，空隙、缝隙结石充填密实，胶结紧密，表明通过灌浆，浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙，浆液凝固后堵塞了渗漏水通道，提高了坝体混凝土防渗能力。

4.6根据廊道、坝后混凝土表面渗漏水情况分析渗漏水处理效果

经统计，防渗灌浆施工前主帷幕廊道、EL1295排水廊道、EL1254排水廊道、EL1205排水廊道及基础排水廊道共计有14个渗漏水点，最大的一个渗水点在方主帷幕廊道6#坝段内，渗水量为2.6m?/h，坝体排水孔和坝体渗漏水总量为6.7m?/h。

在渗漏水处理过程中，对各部位的渗漏水每天进行定时监测，随着坝体混凝土渗漏水灌浆处理和浅层渗水灌浆处理有序推进，廊道内渗漏点渗水量和坝后混凝土表面渗水量对应减小，同时廊道壁、坝后混凝土表面湿潮区域亦减少，灌浆施工完工检查发现，灌前各渗漏水点渗漏水消失；廊道内和坝后混凝土外露表面无射水水流、贴面水流、滴水水流等状态，坝体排水孔出口只有点滴状水流，廊道壁和坝后混凝土表面基本无湿潮现象。

经测量统计，大坝各廊道内混凝土表面和坝体下游坝面已无法测得渗漏水量，坝体和坝体排水孔渗漏水总量3.12m?/h，较灌浆前减少53.4%，表明坝体渗漏水处理和表面渗水处理达到了预期目的。

5、结束语

从防渗处理效果分析可知，坝体混凝土防渗处理效果显著，通过水泥浆液+化学浆液灌浆处理，灌浆过程浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙，浆液凝固后堵塞了渗漏水通道，提高了坝体混凝土防渗性能，同时浆液渗入混凝土骨料缝隙或孔隙，对混凝土起到了加强作用。

从施工检查孔岩芯观察，每个检查孔岩芯中均有水泥结石和化学浆液结石，水泥结石厚度达3mm，化学浆液结石厚度达2～3mm，混凝土空隙、缝隙中浆液结石较多，充填密实，胶结紧密，表明通过灌浆处理，浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙，堵塞了渗漏水通道。

灌浆完工后，经多次检查发现，大坝各层廊道壁、大坝下游坝面混凝土表面等外露表面，原渗漏水位置渗漏水消失，廊道内和坝后混凝土外露表面无射水水流、贴面水流、滴水水流等状态，坝体排水孔出口只有点滴状水流，廊道壁和坝后混凝土表面没有渗水和浸水，基本干燥。结合廊道渗漏水检查、施工检查孔和灌浆过程渗漏情况检查和防渗效果综合分析，使用水泥浆液+化学浆液处理官地水电站坝体混凝土渗漏水处理方案切合实际，施工过程控制科学，坝体混凝土防渗处理效果实现了预期目标，使用水泥浆液+化学浆液处理官地水电站坝体混凝土渗漏水取得了成功。

作者简介：

王 青：男（1963---），高级工程师，中国水利水电第四工程局有限公司基础分局

丁时伟：男（1976--），高级工程师，中国水利水电第四工程局有限公司基础分局

杨兴铖：男（1973---），高级工程师，中国水利水电第四工程局有限公司基础分局