两江口水电站大坝帷幕灌浆的质量管理

朱志文，刘剑平

(汝城县水利局，湖南汝城424100)

1 工程概况

两江口水电站位于湖南省汝城县集龙乡，赣江二级支流——上犹水干流集龙江上，坝址控制流域面积343 km2，多年平均径流总量3.37亿m3。水库总库容3 510万m3，电站装机容量2×4 MW，年发电量3 160万kW·h，是1座以发电为主的小型水电工程。枢纽主要由大坝、坝后式厂房、升压站、开关站等主要建筑物组成。大坝为混凝土空腹重力坝，坝顶高程333.75 m，最大坝高53.75 m，坝顶轴线长156.50 m，溢流坝顶高程323 m，上设2扇10 m×8 m(宽×高)的弧形钢闸门。

2 坝址地质情况及存在问题

坝址位于距集龙江峡谷出口约500 m，河谷呈“V”型，山体雄厚，河床宽30～40 m。岩体中层间错动和节理裂隙发育，坝址区发现多条层间错动裂隙，其中大部分分布在坝线上。对工程影响较大的裂隙有2组，其中一组为卸荷节理，走向与山坡平行，在不同高程均较发育，出现于弱风化岩体中；另一组为缓倾角节理，倾向下游，局部倾向上游，在两岸及河床均有出露。缓倾角节理与卸荷节理相交方向与河流流向基本一致。地质条件除第四系地层外，灌浆区主要为寒武纪深灰、灰色巨厚层中～细粒浅变质长石石英砂岩夹灰绿色条带状板岩、砂质板岩。岩层产状N15°-30°E,SE∠35°-60°。右岸地基岩体主要有顺河向断层F1、F2及F4断层发育；节理发育以顺河向陡倾角节理为主；局部缓倾角节理集中发育，形成密集带，无充填或部分有石英充填。

以上断层及裂隙均可引发水库中水沿坝基岩石的孔隙、裂隙、溶洞、断层等处向下游的渗漏，增大对坝底的扬压力，还可能引起坝基岩土体潜蚀，导致坝基失稳。坝基帷幕灌浆是控制坝基渗流较好的处理手段。

3 帷幕灌浆设计要求

大坝坝顶轴线长156.50 m，防渗帷幕设计为单排孔直线三序均匀布置，孔距2.00 m，钻孔深度2～3号坝段和7～8号坝段建基面以下15.00～21.00 m；4～6号坝段为建基面以下20.00 m。帷幕分三序施工，后序排上的第一序孔需在前序排上最后次序孔在岩石中均灌完后再开始钻进。设计防渗帷幕质量检查控制标准为单位透水率q≤5.0 Lu。

4 帷幕灌浆质量管理要点

4.1 准备工作及工艺流程

灌浆施工中采用SCZ150型地质钻机造孔，孔径φ59 mm；灌浆采用100/100型高压灌浆泵， 200×200立式制浆桶，配高压灌浆管。水文地质资料显示本区域无抗酸碱要求，灌浆材料采用425号普通硅酸盐水泥，水泥材料从东江水泥厂采购，试验水泥细度满足要求。灌浆水泥储存在专用防潮仓库，且在1个月内使用。

4.1.1 施灌前重点工作

(1)检查钻孔放样的孔位、孔序是否准确，控制孔位偏差小于10 cm，并做好实际孔位记录。检查设备、压力表、流量计是否正常，不合格的和已损坏的压力表严禁使用。

(2)检查钻机要平稳，钻孔立轴方向要准确，孔斜度根据孔深不得大于规范值。

(3)钻进前送水至孔内，孔内向外返水说明钻进正常，否则应查明原因。

(4)灌浆前需做好扫孔、冲洗、压水试验。先导采用自上而下分段进行压水试验，压水用80%的灌浆设计压力。

(5)检查射浆管是否下到预定位置，确保射浆管距孔底不得大于50 cm。

(6)检查密封装置的可靠性。

(7)施工单位自检后报监理和业主工程师现场检查确认。

4.1.2 灌浆施工工艺流程

钻孔放样→钻孔→冲洗→压水试验→测斜→灌浆→待凝→以下灌段直至全终孔→回填封孔→灌浆成果整理→检查孔→单元质量评定→验收。

4.2 灌浆段长及灌浆压力控制

灌浆采用不同段长灌浆压力随孔深增加，不同随孔序不同灌浆压力的方法，分段进行灌注。第一段为坝基接触段长控制2 m，压力控制在0.6 MPa，随孔深增加。灌浆原则上采用自下而上分段灌浆法(见表1)。

表1 灌浆压力段次

4.3 浆液配合比的控制

防渗帷幕浆液水灰比采用5∶1至0.5∶1等7个比级(重量比)，采用5∶1开灌(见表2)。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比；当某级浆液注入量已达300 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级水灰比；当注入率大于30 L/min，根据具体情况改浓一级水灰比。一次浆液使用时间不超过4 h，细水泥不超过2 h。 灌浆段注入率不大于0.4 L/min，且持续时间不得小于30 min；达到最大允许灌浆压力的持续时间不小于1 h。

表2 各种水灰比浆液的水泥及体积关系

4.4 回填封孔

终孔段灌注结束后，提出射浆管，在孔口安装闭浆装置，及时向孔内压入0.5∶1浓浆，并用终孔段灌浆压力进行屏浆。屏浆时间不小于1.5 h，而后闭浆48 h，待浆液凝固后，浓浆补填孔口部分。

4.5 灌浆施工过程控制要点

4.5.1 灌浆质量控制

(1)作为项目法人，应落实专人负责大坝帷幕灌浆质量管理工作，建立健全“项目法人负责，监理单位控制，施工单位保证，水行政主管部门质量监督机构监督”的质量保证体系和严格的质量责任制。施工中严格自检、质检程序，作好关键工序的自检验收工作，自检合格方报监理工程师和业主代表现场验收。

(2)施工前按照灌浆试验确定的设计文件进行了详细的技术交底，员工均进行了技术培训。

(3)现场施工放样点位清楚，并分阶段提交灌浆成果表，灌浆质量检查孔压水试验按设计及规范要求的程序进行。

(4)灌浆孔岩心注明孔号孔深，每公尺1块代表性岩块留存。如果遇到断层破碎带应将整个断层破碎带部分岩心留存,检查孔岩心全部留存。

(5)建立严格的现场和内业资料整理制度。在钻进时对孔内各种情况，如混凝土厚度、岩石情况以及漏水、坍塌、断层、换层、洞穴、破碎带、回水颜色等应详细的记入班报中;施灌中原始记录准确真实，特殊情况处理有关措施易行可靠，灌浆成果分析整理有序。

4.5.2 特殊情况的处理措施

在钻灌过程中，遇到有涌水、吸浆量大，且不易起压、串浆、灌浆中断等特殊情况时，分别采取了以下措施：

(1)遇灌段吸浆量很大且不能起压，又无串冒浆现象时，在灌注水泥达2 t后，采用限流灌浆，限流灌注浆量逐渐减少至10～15 L/min。当灌段总耗灰量达3 t而吸水量仍未减少，则改用歇灌灌注，间歇时间10～20 min。

(2)在有涌水的孔段灌浆时，灌前对涌水压力和涌水量进行了测定；采取缩短段长、加大灌浆压力、纯压式灌注、掺加速凝剂、延长持续灌浆时间、屏浆、闭浆、待凝等适宜措施。屏浆时间不少于1.5 h，待凝时间不少于48 h。

(3)灌浆过程中发现灌浆孔之间串浆时，当被串孔正在钻进时，则立即停钻，用栓塞堵住被串孔；对灌浆孔继续进行灌浆至灌注结束，然后对被串孔进行扫孔，再继续钻进。如与待灌孔串浆，串浆量不大时，可于灌浆的同时在被串孔内通入水流，使水泥浆不致在孔内沉淀而堵塞钻孔内的岩石裂隙；串浆量较大时，如条件具备可同时灌浆，如不具备同时灌浆的条件，则封闭被串孔，待灌浆孔灌注结束之后，立即打开被串孔扫孔冲洗后尽快灌浆。

(4)灌浆因停水、停电或供浆不上等原因造成中断时，尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆；当中断时间超过30 min时，应采取立即冲洗钻孔或扫孔等措施后再恢复灌浆。

5 成果分析

5.1 各序孔单位耗灰分析

根据帷幕灌浆成果表中单耗分析：2～3号坝段、7～8号坝段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔之间单位耗灰量随孔序的增加而递减，特别是Ⅰ、Ⅱ序孔与Ⅲ序孔之间单位耗灰量随孔序的增加而递减变化明显。2号坝段Ⅱ序孔平均单耗为Ⅰ序孔的77.1%；3号坝段Ⅱ序孔平均单耗为Ⅰ序孔的49.1%；7号坝段Ⅱ序孔平均单耗为Ⅰ序孔的25.3%；8号坝段Ⅱ序孔平均单耗为Ⅰ序孔的26.9%；说明经Ⅰ序孔灌浆后大的节理裂隙得到有效灌注。Ⅱ、Ⅲ序孔平均单耗值较接近，与基础陡倾角裂隙发育的地质条件也相吻合(见表3)。

从单位耗灰频率成果表看出单位注入量的递减速率与灌浆次序有着密切的关系，单位灌浆材料的用量序与序之间有着明显的变化，4～6号坝段平均单耗呈降低趋势，各序孔单耗趋于接近。4号坝段Ⅱ序孔单耗为Ⅰ序孔的80.0%；5号坝段Ⅱ序孔单耗为Ⅰ序孔的38.5%；6号坝段Ⅱ序孔单耗为Ⅰ序孔的89.2%；而且各序孔平均单耗>50 kg/m的孔段较两岸灌区明显减少。

分析说明：两岸坝段帷幕可灌性较河床坝段可灌性好，河床坝段大耗量的孔段显著减少;随浆液的扩散，灌区裂隙逐渐被水泥浆液充填，逐渐形成了连续帷幕；灌浆成果与灌区地质条件的可灌性相一致，符合灌浆的正常规律。

5.2 透水率区间频率分析

透水率区间频率分布分析综合成果如下所示(见表4)。

表3 帷幕灌浆各序孔单位耗灰频率分析

表4 透水率区间频率分布分析综合成果

从表4中看出，2～3号坝段各序孔灌浆前进行压水试验77段，其中透水率>5.0 Lu 的I序孔66.6%段，Ⅱ序孔降为33.4%，Ⅲ序孔降为31.1%。4～6号坝段各序孔灌浆前进行压水试验130段，其中透水率>5.0 Lu 的I序孔23.6%段，Ⅱ序孔降为11.7%，Ⅲ序孔降为9.0%。7～8号坝段各序孔灌浆前进行压水试验89段，其中透水率>5.0 Lu的I序孔79.4%段，Ⅱ序孔降为23.7%。

通过对灌浆前后压水试验透水率分析表可看出,灌浆前压水试验296段,其中透水率>5.0 Lu的I序孔占47.3%；Ⅱ序孔占19.2%；Ⅲ序孔降为15.70%；I、Ⅱ序孔灌浆漏、串浆现象，Ⅲ序孔时明显减少。质量检查孔压水试验33段，其透水指标均≤5.0 Lu，满足设计要求。

5.3 质量检查分析

检查孔压水试验在灌浆结束14 d后进行。帷幕灌浆检查孔的数量为灌浆孔数的10%，每个单元工程内至少布置有1个质量检查孔。帷幕灌浆检查孔压水试验采取五点法，帷幕灌浆先导孔自上而下分段进行五点法压水试验，试验压力采用0.3、0.6、1.0、0.6、0.3 MPa。 根据设计和灌浆规范进行了钻孔取芯及压水试验检查(见表5)。

表5 检查孔压水试验成果汇总

6 大坝帷幕灌浆效果

(1)帷幕密实性。从7个检查孔取出的岩心中，节理裂隙面上或破碎岩块中可见片状和星点状水泥结石附着,说明节理裂隙内已充填水泥浆体。

(2)帷幕抗渗性。设计防渗帷幕质量检查控制标准为透水率≤5.0 Lu。从质量检查孔压水试验得出的透水率指标分析，各试验段透水率指标满足设计要求。

(3)帷幕连续性。帷幕孔采用φ59mm小孔径金刚石钻头钻孔，钻孔摆动幅度小，有效的保证了钻孔的正确导向；灌孔测斜成果表明钻孔孔斜满足规范要求，保证了帷幕连续性。

7 结 语

在两江口水电站大坝帷幕灌浆的施工实践中严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T 5148—2001)和设计要求实施，防渗帷幕灌浆灌入纯水泥61.2 t，较大的裂隙得到有效灌注，质量检查透水率指标全部小于透水率≤5.0 Lu的防渗帷幕灌浆设计质量标准，施工质量控制良好。在工程后续运行中还应加强坝基渗漏观测和扬压力观测，并做好帷幕后的排水。