硅溶胶在老挝南欧江七级水电站帷幕灌浆中的应用

石 峰

中国电建集团海外投资有限公司

1 工程概述

南欧江七级水电站位于老挝丰沙里省境内，为南欧江规划七个梯级水电站的最上游一个梯级即第七级。工程以发电为主，等别为一等大（1）型工程，最大坝高约143.5m，总装机容量210MW（共两台机组），正常蓄水位635m，对应库容16.94×108m3，死水位590m，相应库容4.49×108m3，调节库容12.45×108m3，具有多年调节性能。工程主要枢纽布置由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系统、坝后岸边厂房和GIS开关站等组成，固结及帷幕灌浆主要分布在堵头、大坝基础、量水堰、闸室段、泄槽段、挑流鼻坎等部位，其中大坝基础固结灌浆工程量约15700m，大坝帷幕灌浆工程量约58587m。

在南欧江七级水电站在进行帷幕灌浆生产性试验过程中，发现由于工程地质条件复杂，普遍存在吸水不吸浆及回浆返浓现象，其中Ⅲ序孔尤为突出。有鉴于国内使用硅溶胶灌浆的成功案例，对于岩体细微裂隙发育部位，水泥浆液不能充分渗入充填，采用硅溶胶浆液具有良好的可灌性，灌浆效果较好。经有关参建方研究后决定对Ⅲ序孔透水率≤5Lu的孔段采用硅溶胶材料进行灌浆。

2 硅溶胶与纯水泥浆液灌注对比试验

（1）为验证硅溶胶灌注效果，为后续硅溶胶灌注提供施工参数和指导依据，选择在左岸趾板原帷幕试验Ⅱ区向水平趾板方向延伸4个灌浆孔进行硅溶胶与纯水泥浆液对比试验，其中Ⅰ序孔、Ⅱ序孔采用纯水泥浆液进行灌注；Ⅲ序孔当透水率≤5Lu段次采用硅溶胶进行灌注。（2）设计要求透水率合格标准≤3Lu，根据检查孔压水试验成果，灌硅溶胶的段次最大透水率1.71Lu，最小透水率1.09Lu，灌注效果良好，浆液充分充填到细微裂隙中去，证明硅溶胶的性能及可灌性良好。

3 硅溶胶灌注施工

3.1 硅溶胶材料性能

（1）硅溶胶灌浆材料主要由硅溶胶、固化剂、促进剂和偶联剂等组成，均为无机材料，反应原理为羟基的脱水缩合反应。经国家材料检测中心检测，硅溶胶灌浆材料无毒无害绿色材料，硅溶胶为二种液体A 液和B 液通过搅拌混合后形成硅溶胶液体。本次硅溶胶灌浆采用M-II型，性能见表1。

表1 硅溶胶性能指标

（2）硅溶胶为无色透明液体，比重为1.14具有很强的流动性和可灌性，硅溶胶中无数胶团产生的无数网络结构空隙，在一定条件下能够对无机物及有机物具有一定的吸附作用。

（3）硅溶胶具有较好的粘结性:因其胶团尺寸均匀，在10m/u～20m/u 左右，自身风干即产生一定的粘结强度，如果将硅溶胶加入到纤维或粒状材料中，然后干燥固化即可成为坚固的凝胶结构，会产生较大的粘结性。

（4）硅溶胶具有较好的亲水性和较强的憎油性：可以用蒸馏水或无离子纯水稀释至任意浓度，而且随稀释度的增加而稳定性增强。

3.2 硅溶胶灌注

通过对比试验的相关数据及参数，对帷幕灌浆孔Ⅲ序孔当压水透水率≤5Lu地层段采用硅溶胶进行灌注；压水透水率大于5Lu段次采用纯水泥浆液进行灌注，灌注工艺按帷幕灌浆施工方案实施。

3.3 硅溶胶浆液制备

（1）采用D200-2低速搅拌机（每分钟转速32转，一次最大可以制浆400L搅拌机）进行硅溶胶浆液拌制，两者按体积比1:1的比例现场混合搅拌，采用人工方式加料，首先将称量好的A液倒入搅拌机中，随后在称量倒入B液，均匀搅拌约10min，形成硅溶胶溶液，通过送浆泵连Φ32管路输送至用浆点。

（2）硅溶胶浆液通过改变固化剂掺量可以准确地控制其胶凝时间，从而控制其扩散半径。根据现场施工经验和类似工程经验情况，按灌浆孔段压水时的压入流量Q 来控制浆液的凝结时间，胶凝时间采用35min～63min的M-II型浆液；初始灌浆的浆量以满足管路和孔段占浆量再加开始10min的吸浆量为限，以后每批浆量按满足10min的吸浆量配制，这样既保证正常灌浆，又最低限度减少浆材浪费。

3.4 硅溶胶灌注方法

硅溶胶灌注采用3SNS灌浆泵进行灌注，在固结灌浆施工范围内压水透水率无论大小采用纯水泥浆进行灌注，单孔初次灌注硅溶胶时采用孔口封闭法进行整孔灌注以补充以上段次细小裂隙，第二次及以下灌注硅溶胶采用孔内卡塞进行灌注，灌浆塞卡在灌注段次以上约30cm进行纯压式灌注，硅溶胶灌注过程中采用限流措施灌注流量不大于10L/min。

3.5 硅溶胶灌注压力

硅溶胶灌注过程中采用单一压力进行灌注，灌浆压力见表2。

表2 硅溶胶灌浆分段和灌浆压力见下表

3.6 硅溶胶灌注结束标准

在规定压力下，当注入率不大于1.0L/min 时，继续灌注30min，灌浆即可结束；为保证灌浆质量采用硅溶胶灌注结束后闭浆4h，然后取出射浆管及灌浆塞进行下一段钻灌施工。

4 抬动观测及灌浆封孔

4.1 抬动观测

（1）帷幕灌浆每个单元钻孔安设1套抬动观测装置，抬动观测孔最先施工，同一个单元灌浆孔共用一处抬动观测点，抬动孔深度为入岩20.0m。在进行简易压水和灌浆施工过程中进行抬动变形监测，压水灌浆过程中，抬动变形允许值为≤0.1mm，若发现混凝土开裂等异常情况，立即暂停灌浆，待分析原因后调整灌浆压力。

（2）抬动变形观测过程中，经常检查抬动变形观测使用的千分表，确保其灵敏度和准确性。

（3）灌浆工作结束后，对抬动观测孔进行全孔扫孔后按技术要求进行封孔。

4.2 封孔

封孔采用纯水泥浆“全孔灌浆封孔法”：全孔灌浆完毕后，先用导管注浆法将孔内稀浆液置换为0.5:1的水泥浆液，然后将灌浆塞塞在孔口，继续使用0.5：1浆液进行纯压式灌浆封孔。封孔压力不小于1.5MPa，帷幕灌浆孔封孔结束标准为当注入率不大于1.0L/min时，继续灌注60min封孔即可结束。

5 施工技术措施及特殊情况处理

5.1 施工技术措施

（1）灌浆过程采用自动灌浆记录已实施自动记录，以避免人为因素的影响。

（2）严格执行从最稀级水灰比开灌的规定，以避免浓浆堵塞细微裂隙而造成不吸浆的表面现象，并严格按技术要求进行浆液变换。

（3）严格控制灌浆压力，按设计要求及灌浆试验参数执行。（4）原始记录准确、齐全、及时、规范。

（5）准确地记录施工情况及施工过程中每一个技术数据。

5.2 特殊情况处理措施

灌注硅溶浆液时如注入量较大难以结束时采用下列措施。

（1）检查灌浆管路是否破损或松动。

（2）检查灌浆泵密封是否损坏存在漏浆现像。

（3）向灌浆孔内加水检查灌浆塞是否松动或硅溶胶浆液绕塞，当发现灌浆塞松动及时将塞子塞紧；当出现硅溶胶绕塞时将灌浆塞向上每次提升30cm～50cm，重新卡塞直至问题消除，经确认后方继续进行灌注；

（4）采取间歇、低压、限量灌注措施。

6 硅溶胶灌浆成果

南欧江七级水电站帷幕灌浆施工，对Ⅲ序透水率≤5Lu的段次采用硅溶胶灌注后，根据检查孔压水试验成果，灌硅溶胶的段次最大透水率1.85Lu，最小透水率1.07Lu，平均透水率1.21Lu，满足设计≤3Lu的合格标准要求。检查孔取芯显示，硅溶胶充分堵塞了岩体中的裂隙，改善了基岩物理性能，提高了基岩的整体性。

7 结语

老挝南欧江七级水电站根据工程地质条件和帷幕灌浆试验成果，采用硅溶胶作为帷幕灌浆材料进行Ⅲ序灌浆施工，解决了岩体存在风化夹层、构造破碎带及细微裂隙发育等不良地质条件下浆液难以灌入的技术难题。硅溶胶作为帷幕灌浆材料，通过采用成熟的施工工艺，选定合适的灌浆参数，并加强关注过程中的质量管控，其技术可行，效果良好。