可控雙液灌漿技術在壩基防滲堵漏工程中的應用

譚勇黃立新張素華

（1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007；2.湖南五凌電力工程有限公司 長沙市 410004）

1 工程概況

土木溪水電站位于湖南省張家界市永定區三岔鄉境內，屬澧水一級支流九斗溪上游。土木溪水庫大壩位于張家界市永定區三岔鄉許家莊村境內，澧水河一級支流九渡溪的上游——土木溪。河流自西南向東北注入澧水，壩址處河流走向為40°。兩岸山體高程（460～520）m。河谷峽窄，河床寬度（50～80）m。河谷斷面呈不對稱的“U”字型。

土木溪水庫壩址以上控制流域面積93.384 km2，干流長度18.72 km，干流平均坡降10.63‰。多年平均徑流總量0.75億m3，多年平均徑流量2.31 m3/s。土木溪水庫總庫容1 319萬m3。兩級電站總裝機15 600 kW，多年平均發電量4 340萬kW·h，同時向張家界市城市供水規模為5萬t/d，是以發電為主，結合供水、防洪的中型水利水電工程。

由于修建大壩時壩基及壩肩基礎處理不到位，加之地質條件復雜，順河向卸荷裂隙發育，水庫修建好之后，壩基及壩肩出現大量漏水，漏水量達到1.0 m3/s以上，嚴重影響大壩安全運行和電站效益保證。之前多家單位曾進行過灌漿防滲處理，但效果甚微，未能從根本上解決大壩滲漏問題。

2 工程、水文地質條件

2.1 地層巖性

通過地質勘探查明，庫區地層為震旦系板溪群五強溪組灰綠色、紫紅色中～厚層長石砂巖。一級電站隧洞0+700 m段為五強溪組砂巖，700+3 500 m段為震旦系陡山沱組白云質灰巖，其間遇楊家山～三岔區域斷層通過。

2.2 地質構造

（1）褶皺：工程地區處于天門山——黃洞向斜的南西冀和金珠山——管山到轉背斜的北西冀的過渡段。

（2）斷層：自北西向南西方向依次出現三條大的區域性斷層。

三望坡逆斷層（馬子坪～莊家峪）：走向NE，傾向NW，傾角50°，距壩址左岸700 m通過。

南公塌～三岔道斷層：走向NE，傾向NW，傾角50°，距壩址左岸6.5 km通過。

觀音山～毛家嶺正斷層：走向NE，傾向NW（庫內），從水庫右岸5.5 km通過。

2.3 右岸壩肩工程地質條件

壩址處河床為U型，河床右岸壩肩上發育二級滑坡，受地形、構造和巖性影響，巖體完整性差，強風化埋深達20 m以上，順坡向卸荷裂隙發育，部分鉆孔中出現掉鉆（20～50）cm，鉆進無回水，甚者從鉆孔內可聽到流水聲。此外，層間錯動、軟弱夾層亦較發育，控制邊坡穩定與變形。壩肩內風化變形巖體、卸荷裂隙、強透水層是防滲處理的重點和關鍵。

3 選擇水泥-水玻璃雙液灌漿的原由

針對壩基及壩肩特殊的水文、工程地質條件，采用單一水泥漿液進行防滲處理，漿液需要一定的時間后才能凝固，對于裂隙發育、透水性強、可灌性好的透水介質，動水條件下漿材凝固前可能被流水帶走，漿材消耗多，很難形成理想幕體。為了阻止地下水流動使漿液在粗大孔隙內快速流失，快速形成有效的防滲幕體，在水泥漿液中加入一定量的速凝劑-水玻璃混合后，短時間內漿液粘滯度增加，減緩漿液擴散速度，控制擴散半徑。隨著灌入量增多，時間增長，膠體越來越多，強度也會越來越高，最終水泥水玻璃雙液漿結石體堵塞水體滲漏途徑，形成帷幕，使之既達到防滲止漏、又節省材料降低造價的目的。

4 強滲漏地層可控雙液灌漿施工技術

雙液灌漿技術即水泥-水玻璃灌漿是利用水玻璃硅酸鈉和水泥水解產生氫氧化鈣的快速反應，生成凝膠狀水化硅酸鈣，充填節理和空隙，達到堵水防滲和控制擴散半徑的目的。雙液灌漿膠凝時間是隨漿液的濃度和水玻璃濃度摻量不同而變化的。由于節理裂隙大小、充填水體多少和地下水流速的不同，須根據地層實際灌入量情況，調整水泥水玻璃配比[1]、混合方式、凝膠時間等。

4.1 可控雙液灌漿混合的主要方式及特點

在雙液灌漿過程中，根據不同地質情況，雙液混合方式分別有孔口混合直接灌注、攪拌桶內混合單管灌注和孔內混合雙管灌注等，三種雙液漿液混合方式的使用及特點如下：

（1）雙液孔口混合直接灌注法。即水玻璃和水泥漿液在孔口附近混合后直接灌入孔內。本方法多在孔口無壓力、吸漿量大，漿液處在自流狀態的孔段中采用。根據孔內漏漿情況不同，水玻璃摻入比例5%～30%不等。其特點是工藝最簡單，操作方便，見效快，在漏量很大的淺部孔段中使用效果更明顯。

（2）雙液攪拌桶內混合單管灌注法。即將計量好的水玻璃溶液配制好后，再加入水泥，攪拌均勻后輸入灌段。本方法適用性廣，操作簡便，但水玻璃摻量一般不能太多，以3%～8%為宜。不足的是，灌注時間太長后易于堵塞。因此，攪拌桶應盡量靠近孔口，保持管道通暢。若配合采取單液-雙液交替灌注等工藝措施，則灌注過程和效果將更為理想。

（3）雙液孔內混合雙管灌注法。即將配制好的水泥漿液和水玻璃溶液通過兩套管路輸送到孔內，經過特制的孔內混合器混合后灌入灌段內。根據孔內情況不同，水玻璃摻用比例一般為5%～20%之間。其特點是漿液在灌段內混合，膠凝時間和灌入量可以按配比調整控制，堵塞效果好，操作較簡便，適用性廣。

4.2 土木溪水電站可控雙液灌漿混合灌注工藝流程

鑒于壩基及壩肩地質條件十分復雜，各灌段的節理裂隙發育情況、透水性強弱、吸漿量大小又各不相同，單一的灌漿工藝不能完全適合變化復雜的地質條件，因此，在施工過程中，須根據實際的不同地質情況，及時設計有針對性的灌注工藝和采取各種保證措施。在土木溪水電站防滲堵漏施工時，在防滲堵漏灌漿過程中，除了常規水泥灌漿經常采用的各種堵塞方式和限壓限流、間歇灌注、停灌待凝等措施外，主要采用以下幾種工藝：

（1）定配比連續灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W1至W35，節理裂隙有部分充填、連通性不太好、壩體及壩基近距離有串漿、冒漿、漏漿情況，在雙液漿灌注過程中，采用一個配比連續灌注結合雙液攪拌桶內混合單管灌注法至正常灌漿結束。

（2）變配比連續灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W45至W70，孔深相對較淺，節理裂隙發育、栓塞不能止水、鉆進時無回水、右壩肩串漿、冒漿、漏漿現象嚴重、多個灌段預充填時無壓力，滲漏較嚴重。在雙液漿灌注過程中根據吸漿情況將配比變換灌注，同時結合雙液孔口混合直接灌注法直至達到正常結束標準。

（3）變配比間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W36至W45，節理裂隙相當發育，鉆孔時巖芯相當破碎，全孔無回水，滲漏嚴重、串漿、冒漿、漏漿現象十分嚴重，鉆孔探明與壩下大滲漏通道相通，是本次灌漿的重要位置。因滲漏通道較大，同時有動水影響，采用雙液漿灌注一次不能正常結束，為確保漿液有效灌注，同時保證漿液足夠填滿空隙，為防止雙液漿堵塞混合器而沖洗灌具和鉆孔，不致使灌段充填不夠導致非正常結束，采用雙液漿間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注，間歇時間一般為（10～30）min，視灌注雙液漿配比和實際情況決定，重新灌注時，一般變換配比，或濃或稀，直至達到正常結束標準；在采取雙液漿灌注一段時間后又改用純水泥漿灌注，必要時用清水灌注，多次交替反復，靈活掌握。施工時，采用變配比間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注法結合雙液漿攪拌桶內混合單管灌注法和孔口混合直接灌注法直至正常結束。

5 可控雙液灌漿效果分析

（1）通過壩基及壩肩灌前灌漿孔及灌后質量檢查孔所取巖芯的對比分析，灌漿孔在施工過程中，巖芯較破碎，多呈短柱狀或塊狀，鉆進時孔壁嚴重掉塊、垮塌、卡鉆，施工時多數孔段鉆進時都沒有回水，成孔較難，施工速度較慢。在灌后質量檢查孔施工中，巖芯多呈長柱狀，大部分裂隙均被水泥結石充填，膠結緊密。說明壩基及壩肩經過可控雙液漿灌注后，壩基及壩肩空洞和裂隙基本已被水泥漿充填，壩基及壩肩巖層的完整性得到了有效改善，滲漏通道被有效封堵，灌漿封堵效果較好。

（2）雙液灌漿施工前后，下游漏水情況對比見圖 1、圖 2。

通過灌漿前后滲漏情況對比，雙液灌漿后，壩下游漏水基本消失，滲漏通道被有效封堵，灌漿效果較好。

（3）經過可控雙液漿灌注后，壩后漏水點基本消失，灌漿檢查孔壓水試驗透水率全部小于5 Lu，全部滿足設計要求，說明滲漏通道被有效封堵，灌漿效果好。

圖1 灌漿前漏水點滲漏情況照片

圖2 灌漿后漏水點滲漏情況照片

6 結 語

（1）通過工程實踐證明，在強透水、大滲漏地層中采用以水泥-水玻璃漿液灌注方法為主的一整套灌漿堵漏方法和工藝技術是行之有效的，和常規灌漿方法相比，既具有能有效控制漿液擴散范圍，克服強滲漏、節理裂隙發育地層灌漿經常遇到的串冒漏漿嚴重、無法達到正常結束標準的困難，增加有效灌注量，擴大有效充填半徑，促使幕體和空隙內堵體形成，同時又具有節省工程量，減少灌漿材料損耗，降低成本，提高工效等優越性。

（2）水泥-水玻璃雙液灌漿，合理選擇配比至關重要，這也是已往許多工程未能推廣開展的關鍵原因之一。事實證明，室內配比試驗是十分必要的，但不顧具體地質情況，照搬室內試驗最優配比，或只按一個設計配比實施，不一定能取得滿意的效果。

（3）要保證雙液灌漿的實施效果，達到工程量少，成本低，又能實現有效控制的目的，必須仔細地分析地質情況，及時設計制定和采用各種有針對性的灌注工藝和措施，這是保證雙液灌漿效果的關鍵。在土木溪水電站工程，除了常規灌漿采用的方法和措施外，與雙液灌漿配套的工藝和方法主要是：

① 對孔口段和大空隙段采用反復復灌的多種栓塞灌注方法。

② 在雙液灌漿前實施的預充填過程。

③ 根據不同地質條件，堅持靈活運用雙液孔口混合直接灌注法、雙液攪拌桶內混合單管灌注法和雙液孔內混合雙管灌注法等多種雙液漿混合灌注方式。

④ 在混合灌注的工藝流程上，堅持靈活運用定配比連續灌注、變配比連續灌注、變配比間歇灌注和單液-雙液交替灌注等多種方式。

［1］龔高武，吳毅.松散滲透水地層內防滲堵漏雙液灌漿技術研究[A].地基基礎工程與錨固注漿技術研討會論文集[C].北京∶中國水利水電出版社，2009.