響水澗抽水蓄能電站上水庫帷幕灌漿試驗分析

張希孟，楊曉誠

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

響水澗抽水蓄能電站位于安徽省蕪湖市繁昌縣峨橋鎮，距蕪湖市區45km。電站樞紐工程由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群和地面開關站等組成，裝機容量1000MW。上水庫由主壩、南副壩、北副壩和庫岸山嶺組成，主、副壩均為鋼筋混凝土面板堆石壩。上水庫正常蓄水位高程220m，總庫容為1748萬m3。

2 試驗目的和任務

本次試驗屬施工階段生產性試驗，目的是從技術上論證擬采用水泥灌漿方案的可行性、效果的可靠性和經濟上的合理性，探索壩址基巖體及庫岸巖體的可灌性，對帷幕灌漿的設計參數指標(孔距、排距、孔深、孔徑、灌漿壓力等)進行實地驗證，推薦合理的施工工序及工藝，選擇適宜的灌漿材料和最優的灌漿水灰比。

3 原材料室內試驗成果

在施工開始前，對各個比級的漿液進行了室內試驗，摻加了JC－002型高效減水劑。主要試驗成果見表1。漿液試驗結果表明能滿足設計要求。

表1 水泥漿液物理性能檢驗成果表

4 帷幕灌漿試驗場地的選擇與試驗參數

根據上水庫地質條件以及設計要求，將灌漿試驗場地選擇在主壩ZZ21和NZ9兩塊趾板做趾板帷幕試驗，上進、出水口上方做無蓋重條件下的帷幕灌漿試驗。在設計給定的孔距條件下共分3個試區，各試區布孔情況如圖1、2、3所示。根據前期固結灌漿參數，擬定第一、二試驗區灌漿壓力第一段為0.8MPa、第二段為1.1MPa，第三段以后為1.5MPa;第三試驗區第一段為0.6MPa、第二段為0.9MPa，第三段以后為1.5MPa。

5 試驗工藝方法

5.1 鉆進與沖洗方法

造孔采用孔徑為75mm的金剛石鉆頭鉆孔。造孔試驗表明第一試驗區選用胎體硬度為20～25度的金剛石鉆頭、回旋地質鉆機造孔比較合適;第二、三試驗區選用胎體硬度為25～30度的金剛石鉆頭、回旋地質鉆機造孔比較合適。

圖1 ZZ21第一試驗區帷幕試驗布孔圖

圖2 NZ9第二試驗區帷幕試驗布孔圖

圖3 第三試驗區上進出水口無蓋重帷幕試驗布孔圖

第一、三試驗區采用壓力水沖洗至返水清潔時止或不大于20min，第二試驗區采用脈沖壓力水進行鉆孔沖洗至返水清潔時止或不大于20 min，孔底巖粉沉渣厚度小于20cm，洗孔壓力為灌漿壓力的80%。

5.2 壓水試驗

先導孔、檢查孔采用五點法壓水試驗，其他孔采用簡易壓水試驗，壓水壓力為該段灌漿壓力的80%且不大于1MPa。

5.3 灌漿施工

5.3.1 施工工藝

灌漿采用先下游排，再上游排的施工順序，同排孔分為兩個次序，依據先Ⅰ序后Ⅱ序、逐漸加密的原則施工，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五個比級。具體施工工藝如圖4、5所示。

圖4 趾板帷幕灌漿施工工藝流程圖

圖5 上進、出水口無蓋重帷幕灌漿施工工藝流程圖

5.3.2 灌漿方法

第一、二試驗區第一段采用孔口卡塞、孔內循環灌漿法施工，第三試驗區以及趾板帷幕灌漿試驗區第一段以后采用孔口封閉、孔內循環、自上而下分段灌漿法施工，其射漿管距段底不超過0.5 m。灌漿分段為灌漿段長，第一段為2m，第二段為4m，以下各段均為5m。

5.3.3 灌漿結束標準及封孔

帷幕灌漿各灌漿段的結束標準為:在該灌漿段最大設計壓力下，當注入率不大于1L/min后，繼續灌注60min，結束灌漿。

帷幕封孔采用“全孔灌漿封孔法”，封孔漿液水灰比為0.5∶1，從孔底注漿至孔口后，封閉孔口，采用1.5MPa壓力孔口純壓1h后結束封孔。

表2 第一試驗區注灰頻率和透水頻率統計表

表3 第二試驗區注灰頻率和透水頻率統計表

表4 第三試驗區注灰頻率和透水頻率統計表

表5 各試驗區注入率與灌前透水率統計表

6 灌漿試驗效果分析

6.1 各次序孔灌前單位透水率分析

由表2可知，第一試驗區Ⅰ序孔平均透水率為4.61Lu，Ⅱ序孔平均透水率為3.21Lu，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的69.6%。表4中第一試驗區Ⅰ序孔平均透水率為8.71Lu，Ⅱ序孔平均透水率為4.25Lu，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的48.8%;由表5可知，Ⅰ序孔平均透水率為30.1Lu，Ⅱ序孔平均透水率為10.6Lu。Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的35.2%。各試驗區灌前單位透水率隨灌漿序次遞增減小明顯。

6.2 各次序孔單位注入量統計分析

對表5中的統計數據進行分析得知，各次灌漿試驗中:第一試驗區平均單位注入量Ⅰ序孔為110.3kg/m，Ⅱ序孔為77.3kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的70.1%。第二試驗區單位注入量Ⅰ序孔為251.0kg/m，Ⅱ序孔為143.6kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的57.2%;第三試驗區平均單位注入量Ⅰ序孔為504.4kg/m，Ⅱ序孔為254.2kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的50.4%。單位注入量隨施工加密遞減的規律顯著。

6.3 注灰頻率與透水率頻率分析

6.3.1 注灰頻率分析

表2～4的統計數據顯示，第一試驗區灌漿段共45段，Ⅰ序孔10～30kg/m的1段，頻率為3%，30～50kg/m的3段，頻率為10%;50～100 kg/m的12段，頻率為40%，100～500kg/m的14段，頻率為47%;Ⅱ序孔30～50kg/m的6段，其頻率為40%，50～100kg/m的5段，頻率為33%，100～500kg/m的4段，頻率為27%。

第二試驗區灌漿段共78段，Ⅰ序孔﹤10kg/m的1段，頻率為2.6%，10～30kg/m的1段，頻率為2.6%，30～50kg/m的2段，頻率為5.3%，50～100kg/m的4段，頻率為10.5%;100～500 kg/m的6段，頻率為15.8%，﹥500kg/m的24段，頻率為63.2%;Ⅱ序孔﹤10kg/m的7段，頻率為17.5%，10～30kg/m的2段，頻率為5%，50～100kg/m的6段，頻率為15%，100～500kg/m的15段，頻率為37.5%，﹥500kg/m的10段，頻率為25%。

第三試驗區灌漿段共31段，Ⅰ序孔10～30 kg/m的1段，頻率為5%，30～50kg/m的4段，頻率為19%，50～100kg/m的0段，頻率為0%;100～500kg/m的11段，頻率為52%，﹥500kg/m的5段，頻率為24%;Ⅱ序孔10～30kg/m的2段，頻率為20%，30～50kg/m的1段，頻率為10%，100～500kg/m的5段，頻率為50%，﹥500 kg/m的2段，頻率為20%。

對以上數據進行分析表明，三個試驗區灌漿效果均較明顯，巖石可灌性較好。6.3.2透水率頻率分析

對表2～4中的統計數據進行分析得知第一試驗區壓水試驗計45段，Ⅰ序孔﹤1Lu的4段，頻率為9%，1～3Lu的13段，頻率為29%，3～5 Lu的13段，頻率為29%，5～10Lu的14段，頻率為31%，10～50Lu的1段，頻率為3%;Ⅱ序孔﹤1Lu的2段，頻率為13%，1～3Lu的6段，頻率為40%，3～5Lu的4段，頻率為27%，5～10Lu的2段，頻率為20%。

第二試驗區壓水試驗計78段，Ⅰ序孔﹤1Lu的3段，頻率為7.9%，1～3Lu的5段，頻率為13.2%，3～5Lu的7段，頻率為18.4%，5～10Lu的21段，頻率為55.3%，10～50Lu的1段，頻率為2.6%，﹥50Lu的1段，頻率為2.6%;Ⅱ序孔﹤1Lu的3段，頻率為7.5%，1～3Lu的9段，頻率為22.5%，3～5Lu的15段，頻率為37.5%;5～10Lu的12段，頻率為30%，10～50Lu的1段，頻率為2.5%。

對以上數據進行分析說明:隨序加密灌漿后透水率(Lu)各區間段數/頻率遞減規律顯著。

6.4 檢查孔透水率分析

對檢查孔壓水試驗數據進行分析得知，第一試驗區WZ21－J1#檢查孔在灌漿孔孔距為2m，排距1.5m中間鉆孔進行檢查，孔深42.7m，壓水試驗9段，最大透水率為0.88Lu，最小透水率為0.45Lu。第二試驗區檢查孔孔深41.5m，壓水9段，最大透水率為0.81Lu，最小透水率為0.31Lu。第三試驗區WJ20－1#檢查孔在灌漿孔孔距2m，排距1.5m中間鉆孔進行檢查，孔深29.85m，壓水試驗6段，最大透水率為0.89Lu，最小0.63Lu。以上試驗部位檢查孔壓水值均小于設計要求1Lu值的防滲標準且主帷幕深度均大于設計要求的0.5倍水頭，試驗部位施工質量均滿足設計要求。

7 結語

試驗結果表明，在三個試驗區中采用孔口封閉、孔內循環，自上而下分段灌漿法施工，孔距為2m，排距為1.5m，分段情況為:第一段2m，第二段4m，以下各段均為5m，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五個比級的水泥漿液，趾板區域灌漿壓力為:第一段0.8MPa、第二段1.1 MPa，第三段以后為1.5MPa;無蓋重區在第一段0.6MPa、第二段0.9MPa，第三段以后為1.5MPa的灌漿壓力條件下均能滿足設計指標。本次灌漿試驗在灌漿參數、材料以及工藝上的成果均為今后帷幕灌漿施工提供了有力的技術指導。