基于EPC模式的拱壩壩基三角區帷幕灌漿施工技術

劉 均 鋒，曹 麗 鋒

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內，是國內首個采用EPC模式的百萬千瓦級水電站。其擋水建筑為混凝土雙曲拱壩，最大壩高155 m。楊房溝電站拱壩壩基2 054～2 102 m高程三角區帷幕灌漿設單排帷幕灌漿孔，孔距均為2 m，孔深均為54 m，左岸19孔，右岸14孔。根據首臺機組在2021年11月30日前投產發電的要求，該部位帷幕灌漿待大壩混凝土2021年5月澆筑至高程2 102 m且相應部位接縫及接觸灌漿施工完成后再進行施工。根據提前發電的目標要求，楊房溝水電站第二階段蓄水計劃安排在2021年5月1日開始，5月20日前蓄水至2 077.4 m，滿足機組帶水調試要求，6月30日前蓄水至死水位2 088 m，滿足首臺機組投產發電要求，壩基2 054～2 102 m高程三角區帷幕灌漿是制約提前發電的關鍵項目，為此需對該部位施工方案進行優化調整。

2 拱壩壩基三角區帷幕灌漿方案選擇

按常規施工進度計劃，大壩混凝土澆筑2020年12月中旬完成→大壩接縫灌漿2021年4月上旬完成→接觸灌漿2021年4月中旬完成→冷卻水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷卻水管封堵期間，完成接縫檢查)→2 054～2 102 m高程三角區帷幕灌漿2021年8月下旬完成→排水孔2021年10月下旬完成。

根據下閘蓄水形象面貌：2021年5月1日開始水庫先蓄水至2 077.4 m高程，以滿足帶水調試最低水位要求。然后再蓄水至死水位2 088 m高程，最終蓄水至正常蓄水位2 094 m。

常規施工進度計劃與下閘蓄水形象面貌相比，2 054～2 102 m高程三角區帷幕灌漿施工是制約2021年7月發電目標的關鍵部位。

為確保下閘蓄水形象面貌和2021年7月發電目標的要求，2 054～2 102 m高程三角區帷幕灌漿采用“無蓋重+有蓋重銜接”施工方案，即在2 054～2 102 m高程壩基固結灌漿完成后大壩混凝土澆筑之前，施工完該部位基巖孔深10 m以下的帷幕灌漿(先對基巖0～10 m段灌漿形成封閉巖體蓋重)，待大壩澆筑至壩頂時，且該部位接縫、接觸灌漿完成后，從壩頂施工兩排銜接帷幕對該部位基巖0～15 m段進行帷幕灌漿與原10 m以下的無蓋重帷幕灌漿有效銜接。

調整方案后施工進度計劃：壩基2 054～2 102 m高程三角區無蓋重帷幕灌漿2020年4月30日完成→大壩混凝土澆筑2020年12月中旬完成→大壩接縫灌漿2021年4月上旬完成→接觸灌漿2021年4月中旬完成→冷卻水管封堵2021年5月上旬完成(等待冷卻水管封堵期間，完成接縫灌漿檢查)→2 054～2 102 m高程三角區銜接帷幕灌漿施工2021年6月下旬完成(已利用無蓋重帷幕灌漿擋水，滿足下閘蓄水形象面貌要求)→排水孔2021年7月下旬完成。

調整方案后施工進度計劃滿足下閘蓄水形象面貌要求，避免了下閘蓄水后出現滲漏問題，保證了施工質量，加快了施工進度。

3 拱壩壩基三角區帷幕灌漿布孔形式

壩基2 054～2 102 m高程三角區無蓋重帷幕灌漿布孔形式為單排，孔距2 m、最大孔深53.32 m、共33孔，見圖1、2。

銜接帷幕灌漿布孔形式為雙排、矩形布置，孔距2 m、排距1 m、最大孔深54 m、共66孔，見圖3、4。

4 帷幕灌漿施工及施工方法

(1)施工程序及方法。無蓋重帷幕灌漿施工程序：施工準備→孔位放樣→抬動孔施工→先導孔施工→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→檢查孔施工→質量驗收。銜接帷幕灌漿施工程序：待大壩澆筑高程至2 102 m高程平臺后進行施工準備→孔位放樣→抬動安裝→下游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔)→上游排(Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔) →檢查孔施工→質量驗收。

圖1 左岸壩基2 054～2 102 m高程三角區無蓋重帷幕灌漿布置圖

圖2 右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區無蓋重帷幕灌漿布置圖

孔深小于20 m無蓋重帷幕灌漿和銜接帷幕灌漿采用“自上而下”孔內阻塞循環式灌漿法，止漿塞阻塞在已灌段底以上0.5 m處，射漿管出口距孔底不大于50 cm。

無蓋重帷幕灌漿孔深大于20 m時，帷幕灌漿孔的第一、二段采用 “阻塞灌漿法”進行灌漿，第一段止漿塞阻塞在距離基巖面不大于40 cm處，第二段灌漿塞阻塞在灌漿段段頂以上0.5 m處。止漿塞阻塞在距離灌漿段50 cm處。第三段及以下各段采用自上而下(自孔口向孔底)孔口封閉分段循環式灌漿法。

圖3 左岸壩基2 054～2 102 m高程三角區有蓋重銜接帷幕灌漿布置圖

圖4 右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區有蓋重銜接帷幕灌漿布置圖

(2)施工準備和孔位放樣。為確保施工期安全，無蓋重帷幕灌漿施工平臺在壩基固結灌漿已搭設的排架基礎上進行加固，以提高安全富裕度，排架間排距及步距由1.8 m×1.8 m×1.8 m調整為0.9 m×0.9 m×1.8 m，排架搭設均采用φ48.3 mm×3.6 mm鋼管搭設。

每個灌漿孔均經測量和現場技術質檢人員進行孔位放樣，所有灌漿孔開孔孔位與設計孔位的偏差不大于10 cm[1]，鉆機在孔位、孔向及鉆孔角度調整好后，經現場技術質檢人員驗收合格后方能開鉆。因無蓋重帷幕灌漿孔孔深較大，帷幕灌漿施工時，鉆機固定后，安裝三角輔助架等提升系統升降鉆具。由于帷幕灌漿孔為非垂直孔，安裝三角輔助架時，應盡量使三角架頂部與孔口的連線與孔中心線在一條直線上，以便于施工并減少孔內事故的發生。

(3)帷幕灌漿施工造孔采用XY2型地質回轉鉆機配相應規格的金剛石鉆頭和復合片鉆頭進行鉆進，鉆孔終孔段孔徑不小于φ56 mm[2]。灌漿設備主要選用3SNS高壓灌漿泵，灌漿自動記錄儀為JT-IV型記錄儀。

(4)抬動安裝及抬動變形觀測。抬動觀測裝置在壓水和灌漿施工前安裝完畢。拱壩左右岸壩基2 054～2 102 m高程三角區無蓋重，銜接帷幕灌漿每個壩段各布置一個抬動孔，有蓋重銜接帷幕灌漿抬動孔通過無蓋重帷幕灌漿抬動孔內和外管接長至2 102 m高程壩頂平臺。抬動孔內和外管接長控制措施：有蓋重銜接帷幕灌漿抬動孔利用無蓋重帷幕灌漿抬動孔加長至2 102 m高程壩頂平臺，提供有蓋重銜接帷幕灌漿抬動觀測使用。為確保內、外管接長施工質量，主要采取兩條控制措施：①內管和外管管與管之間均利用絲扣管箍連接進行加長，安裝時通過加強鋼筋并利用大壩結構鋼筋進行焊接加固，確保內、外管垂直度并避免混凝土澆筑過程中出現碰撞變形。②為防止混凝土澆筑時堵塞抬動管，安裝時抬動管管口高出混凝土面約0.3 m，管口采用絲堵封堵。

灌漿過程中，若觀測到變形現象，應立即降低灌漿壓力，在不抬動的條件下進行灌注；若經過降壓、加濃漿液和較長時間的灌注后仍無法實現升壓的目的，就在不抬動的條件下灌至不吸漿后待凝，并檢查確定發生變形部位周圍無安全隱患和其他特殊情況，待凝24 h后掃孔復灌。

(5)先導孔、檢查孔施工方法和壓水試驗、沖洗控制。無蓋重帷幕灌漿、銜接帷幕灌漿先導孔、檢查孔均采用自上而下分段壓水法，自下而上分段灌漿法。不管采取哪一種方法，灌漿塞阻塞需在各灌漿段段頂以上0.5 m處，射漿管出口距孔底不大于50 cm。先導孔壓水試驗采用“單點法”進行壓水試驗。在灌漿前，對所有灌漿孔(段)進行鉆孔沖洗；沖洗壓力采用灌漿壓力的80%，且不大于1 MPa；沖洗時間至回水清凈為止，或不大于20 min，孔底沉積厚度不大于20 cm。無蓋重帷幕灌漿孔10 m以下各灌漿段在灌漿前進行簡易壓水試驗，銜接帷幕在各序孔中選取不少于5%的灌漿孔進行簡易壓水試驗，壓水試驗結合裂隙沖洗進行[3]。

(6)無蓋重帷幕灌漿孔口管段施工及鉆孔、灌漿段長、孔深、壓力。

孔口管段指帷幕灌漿孔的第一、二段，鑲鑄孔口管灌漿孔的孔口段鉆孔孔徑φ110 mm，第一、二段灌漿結束后鑲鑄φ89 mm的孔口管?？卓诠懿捎娩摴埽袢牖鶐r深度為5.0 m，露出孔口0.1～0.2 m?？卓诠芏伟捶峙欧中虻脑瓌t一次性將所有灌漿孔的孔口管段全部完成，采用0.5∶1的水泥漿鑲鑄孔口管。待凝72 h后，按照分排分序逐序加密的原則，再按自上而下分段鉆灌施工。鑲鑄孔口管時技術質檢人員進行旁站，確?？卓诠荑傝T方位角及傾角符合施工圖紙要求。在壩頂最后一倉澆筑前預埋φ159 mm銜接帷幕孔定位鋼管，避開大壩預埋設施。

灌漿孔分段與鉆孔分段一致。灌漿孔進行孔斜測量，控制孔深20 m以內的偏差，孔深20 m以內，每5 m測量一次孔斜，20 m以下每10～15 m測量一次孔斜。無蓋重帷幕灌漿0～10 m最大灌漿壓力2.0 MPa，10 m～孔底最大灌漿壓力5 MPa；銜接帷幕灌漿基巖0～15 m最大灌漿壓力2.5 MPa。帷幕灌漿孔口三段以下(10 m以下)灌漿孔段灌前壓水透水率<1.0 Lu時，該灌漿段與下一灌漿段合并灌漿，但最多不超過兩個灌漿段或10 m。

(7)帷幕灌漿施工采用濕磨細水泥漿液灌注，由稀到濃逐級變換漿液，水泥強度等級不低于P?O42.5。無蓋重帷幕灌漿孔0～10 m，水灰比為2、1、0.8、0.5四個比級；無蓋重帷幕灌漿孔10 m～孔底，水灰比為3、2、1、0.6四個比級灌注；銜接帷幕灌漿水灰比為5、3、2、1、0.6五個比級。

漿液變化原則：①當灌漿壓力保持不變，注入率持續減小時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不能改變水灰比。②當某級漿液注入量已達500～600 L以上，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，采用濃一級的水灰比。③逐級變濃，不能越級變濃。

帷幕灌漿各灌漿段的結束條件：當灌漿段在最大灌漿壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續灌注30 min后，結束灌漿。灌漿結束，封孔如下：①采用自上而下分段灌漿法灌漿結束后，使用水灰比為0.5的漿液置換孔內稀漿或積水，采用全孔灌漿法封孔。封孔灌漿的壓力不小于2 MPa，灌漿持續時間不小于1 h。②采用孔口封閉灌漿法灌漿結束后，采用全孔灌漿法封孔，封孔壓力使用該孔最大灌漿壓力，灌漿持續時間不小于1 h。③壩體混凝土內銜接帷幕鉆孔封堵采用純壓式灌漿封孔，水灰比為0.5∶1，封孔灌漿的壓力不宜超過0.1 MPa。④采用全孔灌漿法封孔后，待孔內水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余部分大于3 m時，繼續采用導管注漿法進行封孔。小于3 m時，使用干硬性水泥砂漿人工封填搗實。

5 對施工過程中特殊情況的處理

(1)無蓋重帷幕灌漿施工時，為避免淺表層灌漿漏漿，施工時先對淺表層的第一、二段進行預壓水，發現裂隙滲漏時，及時對裂隙進行嵌縫、封堵[4]。

(2)灌漿中斷。為避免灌漿中斷現象發生，可采用四種方法解決：①選擇規格達標和質量良好的灌漿管材，并在施工前和施工過程中對管材進行定期檢查。②選用滿足施工要求的設備，并做好設備的日常維護和保養。③施工過程中應及時校驗灌漿儀器、儀表，保證儀器、儀表滿足帷幕灌漿施工要求。④定期檢修供電系統，以避免由于停電而中斷灌漿。若施工中發生灌漿中斷，應盡快排除故障，立即恢復灌漿。如中斷時間過長(超過30 min)，應立即沖洗鉆孔，盡快恢復灌漿；當無法沖洗或沖洗無效時，則掃孔后復灌。

(3)射漿管凝鑄?？卓诜忾]灌漿過程中，存在三個因素：①由于漿液在一定條件下會產生膠結凝固現象；②漿液在壓力作用下會失水，且水泥水化熱使漿液凝結時間縮短；③射漿管若與孔壁距離過深，漿液循環受堵也會在管口凝結。以上原因均會造成射漿管被水泥漿凝鑄，針對上述問題，采取相應的措施預防[5]：在灌漿深孔較大時將孔口封閉器換成旋轉孔口封閉器，并經常轉動和上下活動灌漿管，回漿管保持有15 L/min以上的回漿量，以防止灌漿管在孔內被水泥漿凝住。同時，對漿液濃度進行定期檢測，如灌漿已進入結束條件的持續階段，改用水灰比為2或1的較稀漿液灌注。

6 無蓋重帷幕灌漿效果檢查

帷幕灌漿工程的質量檢查以檢查孔壓水試驗成果為主，結合對施工記錄、施工成果和檢驗測試資料的分析，進行綜合評定。

(1)壓水試驗。左岸無蓋重帷幕灌漿布置1個先導孔，進行“單點法”壓水7段，最大透水率2.17 Lu，平均透水率1.20 Lu。灌后共布置2個檢查孔，共計進行“單點法”壓水18段，最大透水率1.03 Lu，平均透水率0.15 Lu。灌后最大透水率較灌前減少52.53%，灌后平均透水率較灌前減少87.50%，灌后檢查孔各段壓水透水率僅1段為1.03 Lu，其余均小于1 Lu，壓水檢查結果符合壓水試驗合格標準不大于3 Lu的要求。

右岸無蓋重帷幕灌漿布置2個先導孔，共計進行“單點法”壓水13段，最大透水率13.75 Lu，平均透水率3.67 Lu。灌后共布置3個檢查孔，共計進行“單點法”壓水21段，最大透水率1.05 Lu，平均透水率0.26 Lu。灌后最大透水率較灌前減少92.36%，灌后平均透水率較灌前減少92.92%，灌后檢查孔各段壓水透水率僅1段為1.05 Lu，其余均小于1 Lu，壓水檢查結果符合壓水試驗合格標準不大于3 Lu的要求。

(2)根據各次序孔透水率及單位注入量的成果分析，平均單位注入量隨灌漿次序的增加而減少，符合各次序灌漿的變化規律。

(3)經過灌漿后，灌后檢查孔巖芯裂隙內水泥結石充填較明顯，巖芯完整性較好。

(4)鉆孔全景圖像分析。無蓋重帷幕灌漿灌后全景圖像顯示：灌后檢測孔孔壁光滑，巖體完整性好，巖體裂隙中水泥充填明顯。

(5)無蓋重帷幕灌漿成果總體滿足設計要求，為加強巖體淺表層灌漿質量，后續應嚴格按技術措施進行基巖0～15 m銜接帷幕灌漿施工，以確保銜接帷幕灌漿效果。

7 結 語

通過對無蓋重帷幕灌漿壓水成果、取芯芯樣、鉆孔全景圖像等資料分析，無蓋重帷幕灌漿成果滿足設計要求。為加強無蓋重帷幕灌漿巖體淺表層灌漿質量，后續在大壩澆筑至高程2 102 m且相應部位接縫及接觸灌漿施工完成后再進行基巖0～15 m銜接帷幕灌漿施工，以保證無蓋重帷幕灌漿淺表層灌漿效果。三角區“無蓋重+有蓋重銜接”帷幕灌漿通過實踐證明，在保證施工質量、安全的前提下，確保了工程下閘蓄水和首臺機組發電目標，是一套較為完善的、成熟的施工技術，其優勢和效果明顯。楊房溝水電站拱壩壩基三角區帷幕灌漿施工技術可行且合理可靠，對下閘蓄水和提前發電的目標實現具有重要意義，同時也為類似水電站壩基三角區帷幕灌漿施工積累了寶貴的經驗，具有推廣價值。