瀘定水電站防滲墻下深厚覆蓋層帷幕灌漿施工技術

李 偉，鄭遠建

（中國人民武裝警察部隊水電第三總隊第九支隊，四川 成都 610036）

1 工程概況

瀘定水電站壩址位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣城上游2.5 km處，擋水壩為粘土心墻堆石壩，基礎防滲采用 “混凝土防滲墻+水平粘土鋪蓋+混凝土防滲墻下接兩排帷幕”灌漿形式。大壩基礎防滲墻下帷幕灌漿起始范圍樁號為0+077.00～0+526.33，壩基防滲墻厚1.0 m，防滲墻上、下游各布置一排帷幕孔，排距0.6 m，間距1.5 m和2.0 m不等。主河床段長100.54 m，樁號0+113.47～0+214.01，采用懸掛式防滲墻，最大墻深110 m。墻下接覆蓋層帷幕灌漿，帷幕灌漿孔入巖深度10 m，最大單孔深度達154.8 m。

壩址區河谷覆蓋層深厚，層次結構復雜，最大厚度為148.6 m，一般為120～130 m。現代河床及高漫灘主要為沖積漂卵礫石層，Ⅰ級階地為沖、洪積混合堆積的含漂 （塊）卵 （碎）礫石土層，Ⅱ級階地為冰緣泥石流、沖積混合堆積的碎 （卵）礫石土層，河谷底部為冰水堆積的漂 （塊）卵 （碎）礫石層。

2 施工過程

2．1 施工程序

（1）帷幕灌漿按分排分序逐級加密、自上而下的原則，每排孔分兩序施工。

（2）先施工墻內下游排，后施工墻內上游排；灌漿孔鉆灌施工完畢后，待14 d后進行檢查孔的施工。

（3）每排帷幕灌漿孔施工順序為：I序孔鉆孔及灌漿→Ⅱ序孔鉆孔及灌漿→灌漿質量檢查孔鉆孔（取芯）及壓水檢查。

（4）同一排相鄰的兩個次序孔之間，以及后序排第I序孔與相應部位前序排第Ⅱ序孔之間鉆孔、灌漿間隔高差不小于15 m。

（5）覆蓋層帷幕灌漿。為保證灌漿質量，避免灌入的水泥漿液向上部非灌段大量滲透，每排施工時第一段不分孔序限制。首先施工第一段，形成施工蓋板，以減少漿液上竄。

2．2 施工工藝

壩基覆蓋層帷幕灌漿采用 “孔口封閉、孔內循環、自上而下分段灌漿法”，孔口采用旋轉封閉器，射漿管下設至距孔底50 cm處，循環封閉灌漿。施工工藝流程見圖1。

圖1 防滲墻下覆蓋層帷幕灌漿施工工藝流程

2.2.1 鉆孔

（1）使用回轉式地質鉆機，采用金剛石鉆頭鉆進，帷幕灌漿孔開孔孔徑為φ76 mm，終孔孔徑不小于φ56 mm，檢查孔不小于φ91 mm。鉆孔編號、孔深、孔向以及孔排序的劃分，按設計圖紙及規范要求執行。第一段鉆孔灌漿不受孔序及排序限制可提前完成，以便在上部形成蓋板防止漿液上串。嚴格控制帷幕灌漿孔深度，帷幕孔鉆至設計帷幕線深度時，最后一段巖體透水率不滿足≤3 Lu要求，則加鉆一段 （長5 m），加鉆深度一般不超過2段。在兩排孔帷幕區域，墻內下游排為深帷幕，墻內上游排為淺帷幕，淺帷幕灌漿孔深度按設計淺帷幕深度線控制。若鉆至設計淺帷幕深度線時，最后一段巖體透水率>5 Lu，則加鉆一段。

（2）鉆進時盡量使用較長的鉆具，以減少鉆孔的偏斜。主要措施有：①孔口段或安設的孔口管必須符合設計孔向的要求，這是保證全孔能按設計孔向鉆進的關鍵。②鉆機立軸方向要正確，機座要穩固。如需要往返移動鉆機時，應采取能正確對準原孔位和孔向的可靠措施。③鉆機就位后，用φ50 mm鋼管抵到灌漿廊道邊墻上并在灌漿廊道底板上打錨筋加以固定，防止鉆機鉆進過程中由于自身震動發生偏移。鉆孔過程中要不斷用水平尺校正立軸垂直度，要正確地控制壓力，適量地給水，鉆具超過一定重量時，要采取減壓措施。

2.2.2 灌前注水試驗和聲波測試

根據DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》，鉆孔沖洗及壓水試驗適用于基巖帷幕灌漿工程，而覆蓋層地質條件決定其無法進行鉆孔沖洗及簡易壓水。根據設計要求，覆蓋層區域選取典型部位進行灌前注水試驗，在下游排Ⅰ序孔中選取5段進行聲波單孔及跨孔聲波試驗；在試驗區旁邊的部位選取一個下游排Ⅰ序孔進行全孔單孔聲波試驗。

2.2.3 地下水位的測定

在無地下水位資料時，在一定范圍內利用Ⅰ序孔測定一次地下水位，作為該部位地下水位的代表值。每5 min測讀一次孔內水位，當水位下降速度連續兩次均小于5 cm/min時，可認為是穩定地下水位值。

2.2.4 漿液

針對覆蓋層帷幕灌漿部位，漿液類型宜以水泥粘土混合的形式為主。

（1）水泥粘土漿液配比。經過多次試驗發現，由于摻入了粘土，水泥粘土漿液增強了漿液的塑性，漿液凝固時間延長，在灌后的掃孔過程中，極易影響已灌段的灌漿效果。經過試驗摸索及調整，水泥粘土漿液中的水泥與粘土質量比控制在1∶0.6～1∶0.5。

（2）水泥粘土漿制備。先將泥漿池內泥漿按所需量加入高速制漿機，并測定泥漿比重，再查配漿表計算水泥粘土漿配比所需的水泥量和水量，加入高速制漿機內混合。或者先將水泥漿與粘土漿分別在制漿站拌制成濃漿，然后按所需量在攪漿機內混合，再通過加水量調配所需的漿液濃度。各類漿液必須攪拌均勻，測定漿液密度和黏度等參數，并做好記錄。漿液攪拌時間在使用普通攪拌機時不少于3 min，在使用高速攪拌機時不少于30 s；漿液在使用前應過篩，從開始制備到用完的時間宜小于4 h。

（3）漿液比級。覆蓋層帷幕灌漿漿液采用水泥黏土漿， 水灰比選用 4∶1、 3∶1、 2∶1 和 1∶1 等 4 個比級，水泥與粘土的摻合比在1∶0.6～1∶0.5之間。制漿站拌制水灰比為1∶1的原漿，泵送至灌漿工作面，施工機組根據所需要的灌漿水灰比進行配制。

（4）漿液變換標準。灌漿液應由稀到濃逐級變換，開灌采用水灰比為4∶1的漿液開灌。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。當每級漿液注入量已達1 000 L或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級漿液。當單位注入率大于30 L/min且小于60 L/min時，可換濃一級的漿液。當單位注入率大于60 L/min時，漿液濃度可越級，但一般不允許越兩級變漿。當吸漿量很大時，灌注水泥黏土砂漿或摻加水玻璃等外加劑，外加劑摻量根據試驗或現場出現的實際情況確定。

2.2.5 灌漿方法

采用 “孔口封閉、孔內循環、自上而下分段”的灌漿方法。每鉆完一個段長，提起鉆具，采用鉆桿作射漿管，下入孔段內，射漿管距孔底不大于50 cm。孔口管頂部安設孔口封閉器，灌漿過程中經常活動灌漿管，以免埋管。為防止漿液上串和上部形成蓋板，第一段灌漿不受孔排序限制可提前完成，完成后待凝24 h以上再鉆灌下一段。其他灌漿段灌漿完成后，一般不待凝，即可鉆進下一段。

灌漿過程數據采集系統采用經率定合格的灌漿自動記錄儀進行數據采集和漿液計量。灌漿自動記錄系統記錄數據應齊全、準確，系統運行穩定，自動生成資料報表。

2.2.6 灌漿壓力及段長劃分

段長劃分：對于墻內帷幕灌漿，第一段為混凝土防滲墻與覆蓋層或基巖的接觸段，段長較小，為2.0 m；第二段長3.0 m，第三段及其以下各段長5.0 m，終孔段長不大于8 m。如遇特殊情況，段長可根據成孔長度作適當調整。

根據技術要求，Ⅰ序孔灌漿壓力采用2.5 MPa，后序孔較前序孔依次提高15%左右，即Ⅱ序孔灌漿壓力采用2.9 MPa。灌漿壓力應盡快達到設計值。在灌漿試驗過程中根據灌漿情況對灌漿壓力進行適當調整，當吸漿量較小時，適當提高灌漿壓力；吸漿量大時，應分級升壓。

2.2.7 灌漿結束標準

（1）在試驗壓力下，注入率不大于1 L/min，連續灌注60 min以上。

（2）當吸漿量很大時，采用定量灌注，即灌入孔段內的干料累計達到6 t/m時，可適當降低灌漿壓力，達到上條標準后即可結束。

（3）各灌漿段在未達到結束標準時，不得進行下一灌漿段的鉆孔與灌漿作業。

2.2.8 終孔驗收及封孔

（1）每個帷幕灌漿孔鉆終后，進行孔深測量驗收，控制終孔孔深誤差小于20 cm，并進行終孔孔斜驗收。

（2）終孔段灌漿結束后，采用 “置換和壓力灌漿封孔法”進行純壓式灌漿封孔，封孔采用0.5∶1的水泥漿，達到最大灌漿壓力后再延灌30 min即可結束。

（3）待孔內水泥漿液凝固后，采用機械法封堵灌漿孔上部少許空余部分。

2.2.9 特殊情況處理

（1）灌漿過程中，對冒漿和漏漿問題，視具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、間歇灌漿等方法處理。

（2）含砂量較大的地層的鉆灌施工。含砂量較大的地層 （或砂層）往往吸水不吸漿。對此，可適當加大灌漿壓力或適當改變水泥與粘土的比例，采用稀漿灌漿的方法進行施工。

（3）失漿地層的鉆灌施工。非灌段多為漂塊石層，地層孔隙率大，在鉆進過程中會嚴重失漿。為避免發生燒鉆、塌孔等孔內事故，可采取小鉆壓、低轉速、大泵量沖洗液的鉆進方法，并結合從孔口填黏土搗實、填水泥黏土球 （直徑3～5 cm）以及注漿堵漏待凝等措施。采用縮短灌漿段長的施工方法進行施工，發現大量失漿即停鉆進行灌漿處理。

（4）大漏量處理。除了采用提高漿液的濃度、降低灌漿壓力或限量灌注、間歇灌漿、多次復灌等措施外，還可在漿液中加入速凝劑或高效堵漏劑或灌注水泥砂漿等方法。

（5）若灌漿中斷，應立即沖洗鉆孔，盡快恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效，則進行掃孔，再恢復灌漿。恢復灌漿時，使用開灌比級的水泥漿進行灌注。如注入率與中斷前相近，即可采用中斷前水泥漿的比級繼續灌注。如注入率較中斷前減少較多，應逐級加濃漿液繼續灌注。如注入率較中斷前減少很多，且在短時間內停止吸漿，應采取補救措施。

（6）灌漿過程中，若遇回漿變濃，采用同比級的新漿灌注；若漿液繼續變濃，則繼續灌注30 min結束。

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

2.2.10 灌漿質量檢查

（1）以分析檢查孔壓水試驗成果為主，并結合鉆孔、取芯資料、灌漿記錄和測試成果等進行綜合評定。

（2）在灌漿區域中心位置鉆孔，鉆取巖芯并做巖芯編錄及保存，逐段做壓水試驗。檢查孔的數量為灌漿孔總數的8%～10%。

（4）壓水試驗檢查在灌漿結束14 d后進行。

（5）檢查孔采用五點法壓水試驗，壓力為0.3、0.6、1.0、0.6 MPa和0.3 MPa。經壓水檢查，透水率為0.61～4.93 Lu，合格率100%，滿足規范和設計標準。

3 結語

（1）防滲墻下覆蓋層帷幕灌漿孔入巖深度10 m，最大單孔深度達154.8 m。采取打錨筋、不斷校正鉆機立軸，減壓等控制孔斜的施工措施。

（2） 水泥與粘土質量比控制在 1∶0.6～1∶0.5 之間。水泥黏土漿液由于摻入了黏土，增強了漿液的塑性，節約了工程成本，保證了灌漿質量。

（3）選擇合適的分段長度和灌漿壓力對灌漿效果和工程成本控制非常重要。分段長度和灌漿壓力需通過現場生產性試驗確定。