老撾南俄3水電站大壩帷幕灌漿生產性試驗及成果分析

劉 煒， 馬 旭, 羅 英

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南俄3(Nam Ngum3)水電站位于老撾中部Xaysomboune(賽松本)省，壩址區距首都萬象公路里程260 km，是南俄河干流梯級開發的第3級(自下游向上)，為引水式電站，以發電為主，壩址位于南俄河和南帕河交匯口以上4.5 km處。樞紐主要由混凝土面板堆石壩、左岸3孔岸邊溢洪道、右岸引水發電系統和岸邊地面廠房組成。混凝土面板堆石壩壩頂高程729.5 m，壩頂寬8 m，最大壩高210 m，壩頂長度為518.5 m。大壩上游坡比為1∶1.4，下游綜合坡比為1∶1.49。

南俄3水電站壩址區河谷呈“V”型，兩岸岸坡自然坡度為46°～55°，局部呈陡崖，兩岸沖溝發育，切割深度較大，地表植被豐茂。壩址地層巖性包括沖積層、殘崩積層和沉積巖類的砂巖、粉砂巖、泥巖類以及弱-淺變質巖板巖、砂巖類和深變質巖片麻巖類。河床基巖裸露，地質構造簡單，兩岸壩基卸荷、風化較深，巖體相對較完整，區內斷裂構造不太發育。

由于南俄3水電站庫區死水位(壩基高程525 m)高程670 m以下無放空設施，如果防滲帷幕出現問題將無法補救，嚴重影響到庫區的正常蓄水，而且防滲帷幕的成敗與否關系到大壩的安全與穩定。因此，在大面積施工帷幕灌漿前必須先進行帷幕灌漿試驗以確定帷幕灌漿的相關參數、灌漿材料、施工工藝等，用以指導后續帷幕灌漿施工，確保帷幕灌漿一次成功。

2 帷幕灌漿試驗方案的設計

2.1 帷幕灌漿試驗區的選擇

為使帷幕灌漿試驗具有較強的代表性，能反映壩基工程的特點，盡可能包含較多的地層和需灌漿處理的地質缺陷，經咨詢、設計、監理及施工單位多次研究和實地踏勘，結合現場的實際情況，將帷幕灌漿試驗場地選在大壩河床段水平趾板上，范圍為壩左0+138.23～壩左0+170.73。

2.2 帷幕灌漿試驗參數

灌漿試驗分為兩個試驗區，均采用雙排梅花型布置，排距1.5 m，孔距分別為1.5 m和2 m，分三序施工，孔向為鉛直孔，最大灌漿壓力為3.5 MPa。兩個試驗區共布置帷幕灌漿試驗孔34個，其中下游排17個，上游排17個。帷幕孔深為終孔段透水率q≤3 Lu且不小于30 m；帷幕灌漿檢查孔透水率合格標準為q≤3 Lu。試驗區孔位布置情況見圖1。

2.3 帷幕灌漿試驗孔施工工藝

圖1 試驗區孔位平面布置圖

根據南俄3水電站大壩地質條件和我公司在老撾已建工程的實踐,兩個試驗區灌漿方法均采用分段卡塞、自上而下(入巖15 m)與自下而上(15 m以下)相結合的“綜合灌漿法”。

3 帷幕灌漿試驗的實施

3.1 鉆孔施工

鉆孔在趾板混凝土達到100%設計強度后進行。采用XY-2B型回轉式鉆機，先導孔、檢查孔采用金剛石鉆具清水鉆進采取芯樣，灌漿孔采用沖擊式風動潛孔錘鉆進。

3.2 鉆孔沖洗及壓水試驗

按設計要求的孔深鉆孔結束后應進行鉆孔沖洗，沖凈孔內的巖粉與雜物，沖出孔內殘余的巖粉鉆渣，沖洗完成后，孔內殘渣的沉淀厚度不得超過20 cm[1，2]。

灌漿孔灌漿前需進行簡易壓水試驗，當灌漿壓力<1 MPa時，壓水壓力為灌漿壓力；當灌漿壓力≥1 MPa時，壓水壓力為1 MPa。壓水20 min，每5 min測讀一次壓入流量并取最后的流量值作為計算流量。采用自下而上分段灌漿法時，灌漿前需進行一次全孔簡易壓水試驗和孔底段簡易壓水試驗。

檢查孔各孔段壓水試驗壓力為該孔段最大灌漿壓力的80%，最大不超過2 MPa。在穩定的壓力下，每3～5 min測讀一次壓入流量，連續4次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的 10%或最大值與最小值之差小于1 L/min 時，該階段試驗即可結束，取最終值作為計算值[3]。

3.3 灌漿施工

3.3.1 灌漿方法

兩個試驗區的灌漿方法均采用自上而下(入巖15 m)與自下而上(15 m以下)相結合的“綜合灌漿法”。

3.3.2 灌漿壓力與灌漿分段

帷幕灌漿試驗分段長度及灌漿壓力見表1。

表1 灌漿壓力及段長劃分表

3.3.3 灌漿水灰比及漿液變換原則

(1)灌漿漿液遵循由稀到濃的原則逐級改變，其水灰比(重量比)為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等6個比級[4]。

(2)灌漿過程中定時測量漿液比重。

(3)灌漿時，當灌漿壓力保持不變、吸漿量均勻減少時或當吸漿量不變而灌漿壓力均勻升高時，灌漿工作必須持續下去，不得改變水灰比。

(4)漿液水灰比的變換原則：當某一級水灰比的漿液已灌入300 L以上或灌注時間達30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，改濃一級水灰比灌注。

(5)當注入率大于30 L/min時，可根據具體情況越級變漿。

3.3.4 灌漿結束標準

灌漿時各灌漿段的結束條件為：在該灌漿孔(段)最大設計壓力下，當注入率不大于1 L/min后，繼續灌注30 min；當地質條件復雜、地下水流速大、漿液注入量較大、灌漿壓力較低時，持續灌注的時間應延長；當巖體較完整、漿液注入量較小時，持續灌注的時間可縮短。

3.3.5 封 孔

灌漿孔15 m以下灌漿結束后，其上部孔段采用“導管注漿封孔法”與“全孔灌漿封孔法”(先采用導管注漿法將孔內積水置換成水灰比為0.5的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口進行純壓式灌漿封孔)進行封孔；檢查孔自下而上灌漿結束后在孔口封孔灌漿。

3.3.6 特殊情況的處理

(1)當灌漿塞安裝過程中出現栓塞卡不住的情況時，主要采取加長栓塞膠囊長度和上提灌漿塞的方式進行處理(灌漿段長不大于8 m)，以達到封閉灌漿段的目的。

(2)對于在灌漿過程中灌漿量大的情況，主要采取低壓、限流灌注的方式，并按設計和規范要求逐級或越級變濃漿液，直至正常灌注結束。

4 成果分析

4.1 灌前透水率成果分析

1.5 m孔距試區下游排Ⅰ序孔的平均透水率為7.3 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率為5.23 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率為3.73 Lu；2 m孔距試區下游排Ⅰ序孔的平均透水率為7.05 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率為6.04 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率為3.84 Lu。

從灌前透水率統計成果看：帷幕灌漿試驗區處于壩基河床段，所處地質情況相對較好，屬于中、弱透水巖層；不論是在2 m孔距試區，還是在1.5 m孔距試區，在灌漿孔逐步加密過程中基巖中的裂隙、漏水和滲水通道逐步被水泥漿液充填，使裂隙中的充填物得到了擠密，從而使基巖的防滲能力逐步得到提高，后灌孔的滲透通道逐漸減少，灌前透水率隨之減小。各次序之間灌前透水率的遞減符合灌漿一般遞減的規律，反映了分序加密的灌漿效果[5]。

4.2 單位注入量分析

單位注入量成果見表2。

從表2可以看出：

(1)1.5 m孔距試區和2 m孔距試區的上游排單位注入量均遠遠小于下游排單位注入量，體現了分序加密的灌漿效果，符合灌漿的一般規律。

(2)1.5 m孔距試區的單位注入量略小于2 m孔距試區。單位注入量遞減率：1.5 m孔距試區相對于2 m孔距試區要快一些，說明灌漿孔距的大小在水泥注入量上存在一定的差異，即孔距越大，單位注入量越大。

表2 單位注入量成果匯總表

4.3 檢查孔壓水試驗成果分析

帷幕灌漿試驗共布置了3個檢查孔，其中WSJ-1號檢查孔位于1.5 m孔距試區，WSJ-2號檢查孔位于兩個試驗區中間，WSJ-3號檢查孔位于2 m孔距試區。壓水試驗采用單點法進行。WSJ-1號檢查孔壓水11段，其中有1段呂榮值大于3 Lu；WSJ-2號檢查孔壓水11段，其中有2段呂榮值大于3 Lu；WSJ-3號檢查孔壓水11段，其中有1段呂榮值大于3 Lu。大于3 Lu的段次主要分布在基巖5～20 m孔深段，尤其是WSJ-2號檢查孔的第3段和第4段連續兩段呂榮值大于設計值。

從整個試驗區來看，不合格試段均集中在第3段，從質量評定標準看不合格。

分析檢查孔呂榮值不合格的原因主要有：①呂榮值不合格段裂隙發育、不貫通(陡傾角裂隙發育、橫向裂隙不連通)，灌漿漿液無法擴散到裂隙中；②該段發育有細微裂隙，可灌性較差；③檢查孔壓水試驗的壓力采用2 MPa，而水的滲透能力、劈裂能力很強，對巖層和已形成的帷幕體產生了劈裂破壞(如WSJ-1號檢查孔第3段在壓水試驗初期能正常升壓至2 MPa，但壓力隨壓水時間逐步降低)。

5 加密孔施工

針對檢查孔呂榮值不合格的孔段，項目部在上下游排之間增加了一排加密孔(孔距2 m)，按照帷幕灌漿要求進行施工，加密孔孔深入巖20 m，采用自上而下的灌漿方式，經加密灌漿后其透水率滿足設計要求。綜合分析灌漿成果后，后續生產施工的布孔方式采用雙排梅花型。排距為1.5 m，孔距為1.5 m。局部壩段、局部孔段根據

檢查孔壓水試驗結果進行了加密灌漿處理。

6 結 語

(1)本次試驗孔與孔之間分為三序施工。根據以往工程的實踐經驗，二序施工和三序施工的灌漿效果是一樣的，而施工效率卻大為提高。因此，筆者建議：在今后的灌漿施工中應使用二序施工，即把目前試驗的二序孔改為一序孔，三序孔改為二序孔。

(2)本次試驗的分段方式為：第一段2 m、第二段3 m、第三段及以下各段5 m。根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T5148—2012)“5.4.2 帷幕灌漿段長一般可為5～6 m，巖體完整時可適當加長，但最長不應大于10 m；巖體破碎、孔壁不穩時段長應縮短。混凝土結構和基巖接觸處的灌漿段段長宜為2～3 m。”因此，筆者建議：在后續帷幕灌漿施工中，第五段及以下各段應調整為6 m段長。

(3)采用“自上而下與自下而上相結合的綜合灌漿法”能夠建造出滿足設計要求的帷幕墻，相對于傳統的“孔口封閉灌漿法”降低了趾板被抬動的風險，同時亦降低了工程造價。

(4)在帷幕工程量大、帷幕軸線較長的工程中，針對檢查孔透水率不合格試段采取局部壩段、局部孔段進行加密灌漿處理的方式是可行的，加密孔的孔深應根據檢查孔透水率不合格試段的深度確定，無需與原灌漿孔深一致。