砂礫石復雜地層中圍堰防滲處理技術

李錦嵐

（武漢大學 武漢市 430072）

1 工程概況

江口水電站位于重慶市武隆縣江口鎮芙蓉江河口上游約2 km處，大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高為139.0 m，發電總裝機容量為300 MW。本工程施工導流方案采用圍堰一次攔斷河床，隧洞過流，枯木期圍堰擋水、汛期淹沒基坑。導流建筑物主要包括導流隧洞、上下游土石圍堰及廠房圍堰。其中，上游土石圍堰為Ⅳ級建筑物，其擋水標準選用枯水期11～4月10年一遇最大瞬時流量Q=1 890 m3/s，設計擋水水位為203.91 m。圍堰采用雙戧堤粘土心墻加復合土工膜及三排防滲帷幕結構，圍堰防滲施工采用塑性灌漿方法，圍堰堰頂高程204.5 m，第一階段塑性灌漿鉆孔高程187.0 m，第二階段灌漿鉆孔高程192.0 m。

2 塑性灌漿設計

2.1 上游圍堰位置地質情況

上游圍堰原河床覆蓋層厚（5.0～6.0）m，由于導流洞進口段開挖棄渣及其圍堰拆除等原因，導致覆蓋層最大厚度已超過13.0 m，河床覆蓋層上部主要為砂、砂礫石、河砂，底部為塊石及少量砂礫石，透水性較強，是防滲灌漿的主要對象。覆蓋層上部為粘土，粘土上部為約1.0 m厚的塊石填碴，最大尺寸大于 50 cm。河床基巖面高程（169～177）m，堰基為白云巖，河床相對隔水層（q＜5Lu）巖體頂板高程為155.9m。

2.2 幕體厚度設計

式中H、h分別為帷幕上、下游面計算高程處的測壓管水頭（m）；[J]為灌漿帷幕允許滲流水力梯度，一般取 3～5。

江口上游圍堰擋水水位203.91 m，河床底高程一般為175 m。綜合考慮計算結果及地質條件、施工質量、使用期限等方面的因素，設計最后確定上游圍堰采用3排孔，通過灌漿形成（4～6）m厚的防滲帷幕體。底部要求進入基巖2.0 m，上部與粘土心墻搭接長度為3.0 m。由于是在動水情況下灌漿，參照以往施工經驗，孔排距分別定為1.5 m和2.0 m。

2.3 漿液類型

電站處于石灰巖溶地區，圍堰基礎主要由漂石、塊石夾少量砂礫石以及施工過程中的棄碴組成。堰基孔隙大、透水性強，灌漿施工中還存在一定的滲透水壓力和滲透流速，其防滲處理比較適合采用低水灰比，摻少量穩定劑形成有一定塑性屈服強度和流變性能的穩定水泥漿液。這樣可避免漿液過分流失，省去排除漿液多余水份的灌漿時間，且不會因灌漿后漿液繼續析水而留下空隙，可提高結石強度及抗滲性。

經綜合考慮成本因素后，本工程上下游排采用混合漿液，即在漿液中摻人一定量的粉煤灰以取代水泥，節約成本。中間排采用穩定漿液，即在漿液中加入少量的膨潤土和塑化劑。

2.4 灌漿壓力及方式

灌漿壓力為（0.20～0.50）MPa，鉆孔時壓入水量Q≥50 L/min，則采用純壓式灌漿方法，若Q＜50 L/min，則采用循環式灌漿方法。

3 塑性灌漿施工

3.1 施工工藝流程

3.2 鉆 孔

測量放樣—→固機—→調整角度—→Φ/75 mm鉆至粘土層底—→下Φ/73 mm套管到—→粘土層底—→Φ46 mm鉆至設計孔深—→自下而上分段灌漿—→封孔—→結束。

鉆孔均采用沖擊器開孔，穿過粘土進入砂卵層時再改用XY-2PC地質鉆機帶Φ46 mm金鋼石全斷面鉆頭一次鉆入設計孔深，自下而上分段灌漿。

11.2.6 防治雜菌：在埋段后如發現裂褶菌、樹舌等雜菌，應用利器將污染處刮去，涂上濃福爾馬林或波爾多液，感染嚴重的將雜菌菌段燒掉。細菌性病害首先保持通風，適當降低溫度和空氣相對濕度，減少溫差；第二是發病時及時用藥，控制病害程度，選擇國家規定的殺菌劑進行防治。

3.3 灌 漿

3.3.1 灌漿材料

（1）水泥：425#普通硅酸鹽水泥，細度要求通過 80μm的方孔篩，篩余量不超過5%，性能滿足GB175-92標準有關要求。

（2）粉煤灰：細度和質量要求滿足一級粉煤灰要求，燒失量小于8%。

（3）膨潤土：液限應大于400%，小于0.08 mm顆粒含量應大于80%。

（4）塑化劑：含固量大于95%；細度為60目篩余＜15%；pH 值 7～9。

3.3.2 灌漿順序

先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排，每排先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

3.3.3 灌漿漿液

根據設計要求，上下游排采用混合漿液，漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=1∶2∶1.5；中間排采用穩定漿液，漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=7∶1∶4，并在穩定漿液中摻入總灰量（水泥與粉煤灰的總和）1%的膨潤土和1.3%的塑化劑。漿液比重在1.75 g/cm3以上。

3.3.4 灌漿壓力

下游排、上游排Ⅰ序孔灌漿進漿壓力一般為0.5 MPa，上游排的Ⅱ序孔及中間排進漿壓力一般控制在（1.0～1.5）MPa。

3.3.5 結束標準

當灌漿注入率Q≤0.5L/min時，再持續30 min；或每米單耗（干料）達3 t時，均可結束該段灌漿。

3.3.6 特殊情況處理

在施工中主要碰到地表面冒漿而不易封堵的情況，一般采用間歇灌漿或掃孔后復灌的方法。

3.3.7 灌漿質量檢查

塑性灌漿施工結束7 d后，鉆檢查孔進行壓水試驗，壓水試驗壓力0.3 MPa。驗收合格標準：透水率q≤10 Lu。共布置6個檢查孔。

4 灌漿效果分析

塑性灌漿孔完成166個，總進尺2419.14m，灌漿總段長1 479.85 m，純灌入水泥1 394.5 1t，平均單位耗灰量942.3 kg/m。在灌漿過程中，下游排采用的灌漿壓力相對較小，而上游排部分Ⅰ序孔和全部Ⅱ序孔及中間排各孔采用的灌漿壓力相對較大，因而中間排Ⅰ序孔單耗＞3 000 kg/m的孔段最多，但中間排Ⅱ序孔＜200 kg/m的孔段出現的頻率最大，遠大于其它各排Ⅱ序孔，表明灌漿效果較好。由于上游圍堰砂卵石層較厚，鉆孔時很難取到砂卵石芯樣，一般孔均用Φ56 mm鉆具鉆進，自上而下分段作壓水試驗，壓水采用單點法，壓力為0.3 MPa。根據壓水試驗結果，灌漿效果良好，透水率均滿足設計要求。

5 結 論

江口水電站上游圍堰防滲施工采用塑性灌漿施工方案在技術上是可行的，實際運行中基坑滲水小，表明灌漿效果良好，達到預期目的，這對于類似地層施工中防滲處理具有一定的借鑒意義。在施工過程中，應根據實際施工情況對灌漿壓力作適當調整，灌注孔隙率大或較松散的砂卵石層時，可采用（0.2～0.5）MPa壓力，但在灌注級配良好的砂卵石層，尤其是粉細砂層時，應將灌漿壓力適當提高。與高噴灌漿相比，塑性灌漿工藝簡單，受其他條件限制少、造價低、工期短，一般不會發生質量問題，施工質量易于控制。塑性灌漿作為一種新的施工工藝，在灌漿壓力、漿液配比、結束標準等方面有待進一步的探討和研究。