控制性水泥灌漿在西藏波堆水電站圍堰防滲工程中的應(yīng)用

王 永 紅， 高 建

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

波堆水電站位于西藏林芝地區(qū)波密縣傾多鎮(zhèn)境內(nèi)，系波得藏布江四級(jí)梯級(jí)水電站開發(fā)中的第三級(jí)，為壩后引水式水電站。電站裝機(jī)3臺(tái)，單機(jī)容量3 200 kW，總裝機(jī)容量為9.6 MW。工程由瀝青混凝土心墻土石壩、左岸洞式溢洪道及泄洪洞、引水發(fā)電隧洞及廠區(qū)樞紐工程組成。

上游圍堰軸線位于壩軸線上游115 m，軸線方向NE45°，堰頂高程2 773.15 m，堰高24.65 m，堰頂長(zhǎng)92 m。下游圍堰位于壩軸線下游265 m 處，堰頂高程2 756.6 m，堰頂軸線長(zhǎng)55.8 m，堰高8.5 m，頂寬8 m。上下游圍堰部位覆蓋層一般厚8～30 m，主要為漂卵礫石層，較松散且透水性強(qiáng)，易產(chǎn)生管涌型滲透破壞。

2 控制性灌漿

波堆水電站圍堰防滲處理是在上游圍堰戧堤填筑完和下游圍堰填筑至2 751 m高程后分別進(jìn)行，下游圍堰的填筑待上游圍堰閉氣后進(jìn)行。

控制性灌漿主要是從灌漿的可控性出發(fā),結(jié)合流體和固體的受力特性,應(yīng)用水泥漿液加化學(xué)外加劑后迅速失去流動(dòng)性而變成凝固體的特性，采用雙液灌漿裝置，使水泥與水玻璃在地層內(nèi)混合凝固，對(duì)圍堰漏水地層進(jìn)行充填、密實(shí)，使該地層達(dá)到防滲堵漏的目的，同時(shí)使圍堰起到一定的抗?jié)B能力。

2.1 灌漿試驗(yàn)

圍堰施工前，先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，灌漿試驗(yàn)主要針對(duì)河床覆蓋層。波堆水電站圍堰覆蓋層透水性強(qiáng)，主要為漂石混塊石夾少量細(xì)砂。覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，易塌孔，需通過進(jìn)行灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)研究控制性灌漿防滲墻的成墻效果、適用漿材、壓力、工藝等并提高其強(qiáng)度、抗?jié)B性和穩(wěn)定性。

試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在上游圍堰附近，試驗(yàn)區(qū)有與河床相似的覆蓋層及地下水文條件。

為確定適宜該部位條件下進(jìn)行控制性灌漿施工的工藝和參數(shù)，從而為以后的灌漿施工提供可靠的工藝及技術(shù)參數(shù)，試驗(yàn)應(yīng)確定以下內(nèi)容：

(1)確定控制性灌漿中水玻璃漿液的配合比；

(2)施工過程中采用的壓力及灌注工藝；

(3)對(duì)覆蓋層控制性灌漿防滲的可行性與可靠性；

(4)確定質(zhì)量檢查的方法和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 主要施工方法及工藝

2.2.1 灌漿孔的布置

上下游圍堰控制性帷幕灌漿孔按單排孔布置，孔間距為0.8 m。每排灌漿孔分二序進(jìn)行加密灌漿施工(圖1)。

2.2.2 施工工藝流程

控制灌漿施工工藝流程為：鉆孔→管路安裝與注水試驗(yàn)→配漿→灌漿直至結(jié)束拔起孔塞及射漿管→沖洗管路→鉆灌下一段→終孔(全孔一次性封孔)。

2.2.3 灌漿材料和設(shè)備

(1)灌漿材料。

采用普通硅酸鹽水泥，漿液配比為0.5∶1一個(gè)比級(jí)，其細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%。水泥存放不應(yīng)過久，出廠期超過3個(gè)月的水泥不應(yīng)使用。

灌漿用水應(yīng)遵守 DL/T5144-2001 的規(guī)定， 拌漿水的溫度不得高于 40℃， 其中接觸灌漿拌漿水的溫度不得高于 20℃。施工用水通過簡(jiǎn)易水泵站直接從波得藏布江中抽取。

施工中需配置化學(xué)控制液，采用水玻璃漿，模數(shù)為2.4～3，濃度為30～45波美度，其摻量為水泥的3%～5%。

在水泥漿液中加入水玻璃，其作用主要是將水玻璃作為速凝劑加入漿液中，以促使?jié){液很快凝結(jié)。水泥——水玻璃漿液具有許多優(yōu)點(diǎn)：凝結(jié)時(shí)間短，可以從幾秒鐘到幾十分鐘，并且可以有效而比較準(zhǔn)確的控制；結(jié)石率高，最適于在漏水量大的孔段中使用。

(2)設(shè) 備。

圖1 圍堰控制性帷幕灌漿孔布置示意圖

鉆孔采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)，配φ75～φ89合金鉆頭造孔。水泥漿液的灌注選用3SNS200/10高壓灌漿泵，灌漿泵應(yīng)采用三缸以上活塞式高壓灌漿泵，容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5倍，其壓力擺動(dòng)范圍不大于設(shè)計(jì)灌漿壓力的20%。

2.2.4 鉆孔的施工。

(1)鉆孔要求。鉆孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)、金剛石鉆頭、清水鉆進(jìn)的施工工藝。開孔孔徑φ91(下設(shè)φ89孔口管)，終孔孔徑φ56，灌漿孔應(yīng)保證鉆孔孔斜要求，孔底平面位置的偏差不大于表1中的規(guī)定，偏差值超過規(guī)定時(shí)及時(shí)糾正或采取補(bǔ)救措施。

(2)鉆孔孔深。上游圍堰控制灌漿孔孔深按孔底高程2 741 m控制、下游圍堰控制灌漿孔深按孔底高程2 736 m控制，檢查孔深度與帷幕灌漿孔深度一致。

(3)孔斜要求。所有灌漿孔均為鉛直孔。鉆孔施工期間，對(duì)灌漿孔的鉆孔偏斜情況進(jìn)行了檢查，檢查結(jié)果符合表1中的要求。

表1 帷幕灌漿孔孔底允許偏差表

當(dāng)鉆孔偏斜超過要求時(shí)，應(yīng)對(duì)灌漿情況進(jìn)行綜合分析，在認(rèn)為對(duì)灌漿效果有影響時(shí)，應(yīng)重新鉆孔并進(jìn)行灌漿。

2.2.5 鑲鑄孔口管

與傳統(tǒng)控制性灌漿不同，本工程采用“孔口鑲鑄孔口管封閉，孔內(nèi)循環(huán)”的灌漿工藝，且灌漿結(jié)束后需進(jìn)行全孔一次性灌漿封孔，故需進(jìn)行孔口管鑲鑄。考慮到為覆蓋層灌漿，孔口管鑲鑄長(zhǎng)度為2 m，直徑為φ89，在孔口管下段鉆設(shè)花眼，鑲鑄完畢并達(dá)到待凝時(shí)間后進(jìn)行第一段灌漿。

2.2.6 灌漿施工

(1)灌漿方式。控制性帷幕灌漿采用“孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段灌漿”工藝。其射漿管距孔底20～50 cm。

(2)灌漿分段及灌漿壓力。每一灌漿孔均自上而下分段鉆灌。灌漿分段原則上以第一段3 m，第二段以下均為5 m控制，終孔段段長(zhǎng)不大于7 m。考慮到在覆蓋層中鉆孔成孔較難，本工程對(duì)鉆灌分段無定量要求，視鉆孔情況而定。

灌漿的最大壓力為0.8 MPa。帷幕的灌漿分段及灌漿壓力可參考表2。

灌漿壓力以回漿管處壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，壓力表安裝在孔口回漿管路上。壓力讀數(shù)讀壓力表指針擺動(dòng)的中值。

表2 灌漿分段及灌漿壓力表

備注：表中要求10 m以下分段長(zhǎng)度為5 m。

(3) 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

①在設(shè)計(jì)壓力下，注入率小于1 L/min后，繼續(xù)灌注15 min即可結(jié)束灌漿；

②在設(shè)計(jì)壓力下，注入率小于3～5 L/min后，繼續(xù)灌注30 min即可結(jié)束灌漿。

滿足其中條件之一即可。

(4)灌漿中斷的處理。

對(duì)于因躲炮、停電等原因造成長(zhǎng)時(shí)間灌漿中斷的，中斷后立刻用清水沖洗灌漿孔段，待其正常后掃孔重新復(fù)灌。

(5)灌漿質(zhì)量檢查。

①質(zhì)量檢查采用注水試驗(yàn)的方式進(jìn)行，并以巖芯檢查及灌漿中有關(guān)施工資料與灌漿測(cè)試結(jié)果為輔的方法進(jìn)行綜合評(píng)定，檢查孔注水試驗(yàn)應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14 d后才能進(jìn)行。

②檢查孔的布置原則：地質(zhì)條件差、耗漿量大、灌漿情況不正常等部位為重點(diǎn)布孔區(qū)，具體孔位由監(jiān)理工程師確定。

③檢查孔數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%。

④質(zhì)量檢查全孔一次進(jìn)行，滲透系數(shù)K值應(yīng)不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值。

灌漿帷幕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：上游圍堰控制灌漿帷幕體的滲透系數(shù)K=1×10-4cm/s，下游圍堰帷幕體的滲透系數(shù)K=1×10-4cm/s。

2.2.7 特殊情況的處理

(1)灌漿過程中發(fā)生串漿，若串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)進(jìn)行灌漿，一泵灌一孔，否則將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。

(2)灌漿過程中如發(fā)生冒漿，應(yīng)進(jìn)行封堵；若封堵無效，可采用濃漿灌注后待凝復(fù)灌。

(3)塌孔段的處理，當(dāng)鉆孔遇到塌孔段時(shí)，鉆至終孔深度，下入鉆桿至孔底，用大流量水沖孔，有回水時(shí)至返清水為止；當(dāng)不返清水時(shí)，沖孔時(shí)間不小于30 min，然后在不間斷沖孔的情況下，連續(xù)灌注0.5∶1濃漿至灌漿結(jié)束。

(4)灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí)，應(yīng)立即查明原因并及時(shí)通報(bào)監(jiān)理人員并采取相應(yīng)的處理措施。

3 灌漿檢查及防滲效果分析

在上、下游圍堰的施工中，將控制性水泥灌漿防滲體上部與圍堰土工膜防滲體相連接，設(shè)計(jì)方案中的搭接是將控制性水泥灌漿防滲體上部孔口管1.5 m范圍的的軟弱覆蓋層全部挖掉，然后采用澆筑混凝土槽的方式進(jìn)行連接。

圍堰控制性帷幕灌漿防滲質(zhì)量的檢查采用注水試驗(yàn)的方式進(jìn)行，并以巖芯檢查及灌漿中有關(guān)施工資料及灌漿測(cè)試結(jié)果為輔的方法進(jìn)行綜合評(píng)定。

檢查孔注水試驗(yàn)的方法及步驟：

(1)沖孔結(jié)束后，安裝水箱，按2 m注水水頭確定水箱高度，用1 in膠管與檢查孔注水試驗(yàn)段相連，做好止水措施，保證其接頭部位的密封性。

(2)用量筒向水箱內(nèi)注入清水，使水箱中的水位在要求的位置，并記錄時(shí)間和注入水箱中的水量，試驗(yàn)正式開始。

(3)試驗(yàn)時(shí)保持固定水頭不變，其波動(dòng)幅度不大于2 cm。

(4)注入流量的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：先按1 min間隔測(cè)5 min，再按5 min測(cè)到30 min，以后每隔30 min測(cè)一次，直到最后兩個(gè)測(cè)值的平均流量之差不大于10%時(shí)視為流量穩(wěn)定，終止觀測(cè)，以最終的測(cè)值作為計(jì)算流量。

滲透系數(shù)的計(jì)算：

K=(q/2πhL)×ln(2L/D)

式中K為滲透系數(shù)(cm/s)；q為注入流量(cm3/s)；h為注水水頭壓力(cm)；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度(cm)；D為試驗(yàn)段鉆孔直徑(cm)。

根據(jù)灌漿規(guī)范及監(jiān)理工程師要求，質(zhì)量檢查孔按灌漿孔的10%設(shè)置。波堆水電站上下游圍堰控制性灌漿質(zhì)量檢查孔共布置了12個(gè)孔，根據(jù)《水利水電注水試驗(yàn)規(guī)程》SL345-2007進(jìn)行注水試驗(yàn)。通過注水試驗(yàn)計(jì)算而得到的滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，即小于K=1×10-4cm/s。從目前基坑排水情況看達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

波堆水電站上下游圍堰控制性灌漿于2014年1月8日開工，2014年3月15日完工，歷時(shí)67 d，上下游圍堰控制灌漿區(qū)域共2 300 m，從基坑排水情況看達(dá)到了預(yù)期目的，灌漿情況良好，為主體工程的順利施工創(chuàng)造了有利的條件。同時(shí)，控制性水泥灌漿工藝具有施工條件簡(jiǎn)化、工程造價(jià)低、不占直線工期等優(yōu)點(diǎn)，不失為圍堰防滲治理的新思路。