獅子坪水電站壩基帷幕灌漿施工工藝

蒲 洪， 王榮新

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072)

1 工程概況

獅子坪水電站首部樞紐防滲帷幕由混凝土防滲墻下灌漿帷幕、左右岸坡與平洞灌漿帷幕及搭接帷幕組成。

(1)從2 544 m至2 410.5 m高程，左右岸各設三層灌漿廊道(平洞)，高程分別為2 544 m、2 475 m、2 410.5 m;河床廊道高程為 2 410.5 m。廊道混凝土襯砌厚度為0.5 m，凈斷面尺寸為3.5 m×4 m。

(2)布置了兩排防滲帷幕鉆孔，排距1.5 m，沿壩軸線方向水平孔距2.5 m，孔位為梅花形布置;在保證不破壞止水的前提下，灌漿鉆孔距混凝土板結構縫邊至少30 cm，縫邊鉆孔位置可根據現場情況適當調整。

(3)對于下方有廊道和平洞的防滲帷幕，采用傾向上游、傾角為5°的斜幕(伸至下層平洞底板高程以下5 m)，其余部位為鉛直帷幕。鉛直帷幕與傾斜帷幕的結合部位采用局部加密灌漿孔逐步過渡的處理方法。

(4)布置搭接帷幕灌漿孔3排(角度分別為下傾15°、水平、上仰15°)，孔深7 m 左右，縱向孔距2 m，梅花形布置。

(5)帷幕灌漿單孔深5～110.5 m。2 410.5 m高程廊道灌漿孔深度最大，為110.5 m。

2 帷幕灌漿施工工藝

為進一步了解巖體的情況，提供設計及各方所需的各類參數，驗證機具的適宜性及工藝的合理性，確定鉆孔布置方式、分序、灌注方法、孔深、灌段長度、灌漿壓力、開灌水灰比、變漿原則、終灌標準等試驗參數，在進行正式帷幕灌漿施工前，根據設計帷幕灌漿試驗大綱，監理工程師和設計方共同選擇了地質條件與實際灌漿區相似的地段作為灌漿試驗區進行帷幕灌漿試驗，并在灌漿過程中對一些詳細控制措施進行了一定探索。最后，根據試驗成果確定了本工程帷幕灌漿的施工工藝、參數及一些詳細控制的方法。

2.1 帷幕灌漿工藝流程

采用“孔內循環、孔口封閉、自上而下、分段灌漿”進行灌漿施工時，在孔口段(1～2 m左右)進行首段灌漿后，埋設孔口管，而后自上而下分段鉆進，其下各段安設孔口封閉器進行灌漿，如此循環鉆灌直至結束。

2.2 灌漿孔分序

帷幕灌漿按分序加密的原則進行。

(1)搭接灌漿孔布置3排，帷幕灌漿孔布置兩排。

(2)兩排孔帷幕先灌注下游排，后灌注上游排。

(3)灌漿孔分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序。

(4)同排灌漿孔按分序加密的原則施灌，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，最后灌Ⅲ序孔。

(5)采用自上而下分段灌漿法或孔口封閉灌漿法進行帷幕灌漿時，同一排相鄰的兩個次序孔之間以及后序排的第一次序孔與其相鄰部位前序排的最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的高差不小于15 m。

2.3 灌漿孔段的長度劃分及調整原則

2.3.1 灌漿段長度

灌漿段長度采用2～5 m，見表1～2。

表1 搭接灌漿孔鉆灌段長初擬值表

表2 帷幕灌漿孔鉆灌段長初擬值

2.3.2 灌漿段長度的調整原則

灌漿段的長度根據被灌地層的裂隙發育程度、孔壁破碎與穩定情況、滲透性、鉆孔過程中巖性的變化情況以及實際送漿能力等因素綜合確定。

(1)地層的透水性和吸漿率愈大，灌漿段長度愈短;反之，則可適當加長。

(2)在保證設備的供漿能力大于全灌漿段的吸漿率并可使灌漿很快達到要求壓力的條件下，灌漿段可適當加長。

(3)在鉆遇大裂隙及嚴重不返水地段時，立即停止鉆進并作為一段進行灌漿。

(4)灌漿段巖體盡量為同一巖性。

(5)根據地質體滲透性進行調整:①弱透水性(＜5 Lu)巖層，段長5～8 m，不大于10 m;②中等透水性(5～10 Lu)巖層，段長5 m;③透水性較大(＞10 Lu)巖層，段長＜5 m。

2.4 灌漿壓力

2.4.1 灌漿壓力的影響

灌漿壓力是注漿擴散能量的來源，亦是控制灌漿質量的重要因素。

(1)對于孔隙發育、可灌性較好的地層配套適宜的灌漿壓力，其作用為:①將漿液壓入地層孔隙并使其在壓力連續作用下，結石充填飽滿、密實。②漿液獲得較大的擴散半徑，可使孔距增大、孔數減少，期望達到減少工程量的目的。

(2)對于由細小孔隙組成的可灌性差的地層，使用水灰比較大的漿液及較高的灌漿壓力，期望在地層中產生下列效應:①孔隙被擴寬，使細小的巖縫也能灌入顆粒狀材料并可使其滲入到較遠的距離，從而有效防滲。②可灌性不好的地層受劈裂作用產生了一些新的孔隙，可接受更多的漿液，獲得更好一些的灌漿效果。③水灰比較大的漿液能在孔隙內擴散，形成強度較高的結石體。④使地層獲得一定程度的預加應力，此應力可以抵消一部分荷載，增強地層的抗剪強度，有助于漿液的排水固結和結石密實。

(3)灌漿壓力過大的危害:①使漿液擴散半徑過大，造成浪費。②超過地層的臨界灌漿壓力，使地層發生過量抬動，破壞地層原生結構。③對于可灌性差的巖體，高壓力的水泥灌漿并不一定形成有效的防滲體系。

2.4.2 灌漿壓力選擇原則

(1)適宜的灌漿壓力既要大到使地層孔隙得到充分的灌注，又不致給地層帶來不利影響。

(2)選擇合適的灌漿壓力，使之既取得好的灌漿技術效果，又能獲得合理的經濟指標。

2.4.3 灌漿壓力采用值

根據上述分析，結合本工程大壩水頭影響情況，選取的帷幕灌漿孔灌漿壓力值見表3。

2.4.4 灌漿壓力的調整

在灌漿過程中，應盡量盡快采用大的灌漿壓力并根據實際情況進行適當調整。

表3 帷幕灌漿灌漿壓力表

(1)結合被灌地質體結構、埋深、透水性進行調整。灌漿深度并不完全決定灌漿壓力。深部巖體漿力劈裂與否決定于鉆孔周圍的巖體強度，而巖體強度與巖體埋藏深度無關，因此，灌漿壓力隨灌漿深度增加并不一定切合實際。

(2)根據地層抬動情況進行調整。

(3)結合漿液水灰比進行調整。

(4)后次序孔的灌漿壓力可較前序孔依次提高10%～15%左右。

2.5 灌漿壓力與注入率的協調控制

灌漿過程中，選用適宜的漿液、適時地變換漿液配合比、合理地控制灌漿壓力并使它們之間很好地配合是保證灌漿質量的重要因素。

2.5.1 灌漿壓力與注漿率是互相關聯、互為因果的兩個參數

(1)一般規律為:灌漿壓力越高，注漿率越大;當壓力升高到超過巖石強度或突破軟弱充填物時，會出現注漿率異常增大或壓力突降。

(2)灌漿壓力與注漿率的匹配原則:①當地層吃漿量很大、注入率很高時，采用低壓或“無壓”灌注，并及時調整漿液水灰比;②當地層吃漿量較小、注入率較低時，盡快將壓力升到最大值，并適時調整漿液水灰比。

2.5.2 灌漿過程中灌漿壓力和注入率的協調控制方法

灌漿壓力與注入率的協調關系見表4。

表4 灌漿壓力與注入率關系表

(1)地層吸漿量較小(注入率≤10 L/min)。

盡快將灌漿壓力升到規定值，在規定的灌漿壓力下灌注。①灌漿開始時，將壓力盡快升到規定壓力，單位吸漿量不限，在規定的壓力下按規范要求變換漿液水灰比，逐級加濃，直至達到結束標準。②此法用于透水性不大、孔隙不甚發育地層;但對于由多組細小孔隙組成的地層和透水率較大的地層，在試驗過程中也采用該法。

(2)地層吸漿量較大(10 L/min＜注入率≤30 L/min)。

將灌漿壓力分為幾個階段，逐級升高到規定的壓力值并嚴格控制升壓速度。①灌漿開始，如果吸漿量大，使用最低一級的壓力灌注;②當注入率減少到一定限度(20 L/min)，則將壓力升高一級;③當注入率減少到10 L/min，再升高一級壓力;④如此進行，直到在規定壓力下灌至注入率減少到結束標準時即可結束灌漿;⑤此法擬用于孔隙發育等透水率較大地層。在使用此法過程中，避免過快變換漿液水灰比，以增強灌漿效果的可靠性。

(3)地層吸漿量很大(注入率＞30 L/min)。

采用低壓或“無壓”灌注較濃漿液，控制注入率≤20 L/min，單延米耗灰在一定數量時開始間歇或待凝。

2.5.3 灌漿時地表出現抬動時的處理措施

當地表發生抬動時，及時分析引起抬動的原因(如灌漿壓力過高或注漿量過大)，采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施。

2.6 漿液比級的選擇及變換

2.6.1 漿液及比級

漿液水灰比初步選用 5 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.6 ∶1(或 0.5 ∶1)六個比級(重量比級)。

2.6.2 開灌水灰比

開灌水灰比的大小對灌漿效果、灌漿成本有很大的影響。開灌水灰比過大，將使大量稀漿流到設計帷幕以外很遠的地方而造成浪費;開灌水灰比過小，將使裂隙過早被堵塞，導致灌漿達不到理想效果。開灌水灰比根據灌前簡易壓水值確定，設計的基本原則為:

(1)當地層q≤5 Lu時，采用水灰比為5∶1的漿液開灌。

(2)當地層5＜q≤10 Lu時，選擇水灰比為2∶1的漿液開灌。

(3)當地層q≥10 Lu時，選擇水灰比為1∶1的漿液開灌。

實際開灌水灰比根據實際情況進行調整。

2.6.3 漿液變換

合理的漿液變換有利于提高灌漿質量。過早地使用濃漿，常易將細小裂縫進口堵塞，從而影響灌漿效果;灌注稀漿過多，也易延長灌注時間，導致漿液過度擴散，造成材料的浪費，而且稀漿形成的水泥結石耐久性差。

灌漿漿液由稀至濃逐級變換，其變換原則為:

(1)當灌漿壓力保持不變、注入率持續減少時，或注入率不變而壓力持續升高時不得改變水灰比。

(2)當某一比級漿液注入量已達300 L以上、或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級水灰比。

(3)當注入率大于30 L/min時，可根據具體情況越級變濃。

(4)灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應立即查明原因，采取相應的措施進行處理。

2.7 回漿量控制

灌漿過程中，經常轉動并上下活動灌漿管，且保持回漿量大于15 L/min，以防止灌漿管在孔內被水泥凝住，造成灌漿中斷。

2.8 灌漿結束標準

帷幕灌漿各灌漿段的結束條件為:

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時，灌漿段在最大設計壓力下、注入率不大于1 L/min后，繼續灌注60 min后可結束灌漿。

2.9 特殊情況處理

2.9.1 冒漿、漏漿

灌漿過程中發現冒漿、漏漿時，根據具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限量、間歇灌漿等方法進行處理。

2.9.2 串 漿

灌漿過程中發生串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，可一泵一孔同時進行灌漿。否則，塞住串漿孔，待灌漿孔灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續鉆進或灌漿。

2.9.3 灌漿中斷

灌漿須連續進行。若因故中斷，按下述原則處理:

(1)盡快恢復灌漿，否則立即沖洗鉆孔，而后恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效則掃孔后復灌。

(2)恢復灌漿時，使用開灌比級的水泥漿灌注。若注入率與中斷前的相近，采用中斷前的比級水泥漿灌注，如注入率較中斷前減少較多，則逐級加濃漿繼續灌注;如注入率較中斷前減少很多，且在短時間內停止吸漿，則采取補救措施。

(3)涌水孔段。對于孔口有涌水的灌漿孔段，灌漿前測記涌水壓力和涌水量，根據涌水情況，綜合選用純壓式灌漿、提高灌漿壓力、濃漿、閉漿、待凝等措施進行處理。

(4)灌漿段注入量大而難以結束時，可采用下列措施進行處理:①低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿;②加速凝劑。

(5)灌漿孔段遇特殊情況時，無論采用何種措施進行處理，其復灌前都應進行掃孔，復灌后都應達到規定的結束條件。

2.10 封 孔

灌漿孔灌漿結束后，采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

(1)全孔灌漿完畢，先采用灌漿管將孔內余漿置換成水灰比為0.5∶1的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續使用這種濃漿進行純壓式灌漿封孔。封孔灌漿的壓力可使用該孔最大灌漿壓力，灌漿持續時間不小于1 h。

(2)待孔內水泥漿液凝固后，對鉆孔空余部位使用干硬性水泥砂漿封填密實。

3 結語

作為地下隱蔽工程，帷幕灌漿的質量控制一直以來都較為困難。本工程監理工程師主要采用編制質量控制點和全過程旁站的監理方法進行質量控制。

對于孔位、孔徑、孔斜、孔深、分序分段、裂隙沖洗、灌漿結束標準、封孔等必須進行嚴格量化或有明確標準的控制項目，嚴格按照規范和設計的要求進行控制;對于灌漿中需要靈活控制的如灌漿初始壓力(升壓控制)、初始漿液選擇和變換、注入率控制、注入率與壓力的協調控制、灌漿間歇或待凝時間選擇、特殊情況處理等，原則上均按上述參數確定的原則進行控制。

通過帷幕灌漿檢查孔壓水試驗檢查、取芯以及大壩的初期蓄水檢驗，獅子坪水電站大壩帷幕灌漿效果明顯，無滲漏，達到了大壩防滲的設計要求，論證了獅子坪水電站帷幕灌漿所采用的施工工藝、灌漿參數是合理的，工程質量控制達到了預期目標。