膏狀漿液在斜卡水電站帷幕灌漿中的試驗研究

聶美平，熊文財，閆龍偉

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都611130）

1 工程概述

斜卡水電站是九龍河左岸支流踏卡河“一庫兩級”規劃開發方案中的龍頭水庫電站，采用混合式開發方式，主要開發任務為發電，無通航、灌溉、防洪等綜合利用要求。首部樞紐由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪洞、左岸防空洞等建筑物組成。水庫正常蓄水位3165.0m，校核洪水位為3165.10m。

2 工程地質條件

壩址處于變質砂巖夾少量板巖構成的縱向谷河段，左岸為反向坡，右岸為順向坡，河谷總體為較寬的冰蝕槽谷。河床覆蓋層深厚，一般60～75m，層次結構較復雜，下部為冰川、冰水堆積塊（漂）碎（卵）礫石層，厚45～65m，最厚86.32m，上部為堰塞相靜水沉積粉土質砂層，厚15～20m。斷層不發育，左右岸分別發育5 組優勢節理。左岸巖體傾倒不明顯，強卸荷帶水平深度65～75m，右岸巖體總體屬卸荷、拉裂、松弛的變形體，垂直深度100～150m。兩岸谷坡水力坡降小，地下水位埋藏深，地下水由兩岸向河谷排泄。

3 施工難點

①斜卡電站右岸山體多發育寬大、貫通型裂隙，采用普通水泥漿液灌注時，由于漿液流動性好，擴散范圍遠，導致復灌次數多，耗漿量大，漿液可能存在不必要的浪費，施工投入成本高。

②壩址地處高寒地區，位于海拔3100m 以上，冬季環境溫度低，最低溫度達到-15.6℃，晝夜最大溫差達27.8℃。在斜卡當地環境條件下，0.5:1 的普通水泥漿液初凝時間為24h，終凝時間為30h，漿液凝結時間長，施工工效低。

4 膏狀漿液配比及性能

4.1 膏狀漿液配比

由于膏狀漿液內聚力和塑性粘度大，具有自堆積性能，流動性可在較大范圍內調節，且國內外已有多個成功實例，對于寬大、貫通性裂隙的處理可采用膏狀漿液灌注。結合其他工程膏狀漿液成功的施工經驗，該工程主要采用水泥、膨潤土、工業堿配制膏漿，不摻加其他外加劑。常規膏狀漿液采用水固比，即水∶（水泥+膨潤土）進行配制，但是在斜卡當地條件下，常規膏漿流動性較大，對于寬大貫通性裂隙封堵效果不理想。通過室內試驗，最終確定按水∶灰∶土配制膏漿，主要為0.5∶1∶0.1、0.45∶1∶0.1 兩個比級。

表2 膏狀漿液性能檢測成果

表1 常規膏漿及新配比膏漿性能對比分析表

4.2 膏狀漿液性能

在前期試驗優化配比的基礎上，通過室內試驗對優選配比進行膏狀漿液性能檢測，檢測成果如表2所示。

5 膏狀漿液施工成果

5.1 主要施工措施

①膏狀漿液主要用于邊排孔鉆孔無返水的孔段或者長時間無結束趨勢的孔段，采用自上而下分段，孔口阻塞純壓式灌漿，其他孔段仍采用普通水泥孔口封閉孔內循環法施工。帷幕灌漿按2、3、5、5 分段，灌漿壓力：邊排孔灌漿壓力為1.5MPa，中間排灌漿壓力為2.0MPa。

②漿液比級：采用普通水泥漿液灌注時，漿液比級為3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1，共5 個比級；采用膏狀漿液灌注時，采用0.5:1:0.1、0.45:1:0.1 共2 個比級。

③孔位布置：在右岸趾板11 單元選擇21 個灌漿孔作為膏狀漿液試驗區，孔深一般為55～57m，共3 排帷幕灌漿，分為上、下游排輔助帷幕，排間分兩序施工；中間排主帷幕，分為三序施工。

圖1 膏狀漿液試驗區孔位布置圖

5.2 灌漿成果

膏狀漿液試驗區共完成灌漿米數936.92m，平均單位注灰量為1.36t/m。其中邊排孔（輔助帷幕）共完成677.26m，平均單位注灰量為1.74t/m，灌注膨潤土36.03t。

5.3 與鄰近灌漿區域對比分析

選擇膏狀漿液試驗區鄰近灌漿部位進行對比分析，即右岸趾板11 單元部分采用普通水泥漿液的灌漿孔，為區域一。施工區域位置分布如圖2所示。

表5 試驗區灌漿原材料經濟對比分析

圖2 膏狀漿液試驗區與鄰近施工區域位置分布圖

由于膏狀漿液只適用于上、下游排輔助帷幕，因此，只對輔助帷幕灌漿情況進行分析。

5.3.1 施工工效對比分析

膏狀漿液試驗區平均施工工效為2.38m/天·臺，區域一平均施工工效為2.13m/天·臺，試驗區的平均施工工效比區域一快。

5.3.2 單位注灰量對比分析

①灌漿成果對比分析

表3 輔助帷幕平均單位注灰量統計表

采用膏狀漿液灌注時，漿液能有效地封堵寬大裂隙，平均單位注灰量與普通水泥漿液灌注區域相比降低5.4%。

②復灌次數對比分析

表4 復灌情況對比分析表

采用膏狀漿液灌注后，復灌比例明顯減少，與鄰近區域相比，降低比例達44%以上。

5.3.3 經濟對比分析

膏狀漿液試驗區及鄰近灌漿區域的灌漿原材料費用對比分析情況如表5所示。

5.4 灌后檢查

試驗區共進行壓水試驗30 段，灌后檢查孔平均透水率為2.46Lu，且滿足設計灌后檢查指標要求；灌后檢查孔聲波平均值大于4000m/s；取芯平均獲得率為82%，RQD 值為54%，巖芯多為圓柱狀，部分為碎塊狀，水泥結石較密實、飽滿。

6 結語

通過試驗過程及對所取得的成果進行評價與分析，膏狀漿液在封堵溶洞、寬大及細小裂隙效果較明顯，能夠大幅度增強地層抗滲性能，利用其高抗剪屈服強度和自堆積性能，防止漿液擴散過遠，從而節約成本，減少投資。膏狀漿液首次在永久主體帷幕中使用，在技術上是可行的，在經濟上是合理的，可為其他類似工程，特別是對高寒地區寬大、貫通裂隙的處理提供參考，具有積極的推廣應用價值。