水電站固結灌漿和帷幕灌漿施工技術探究

陳道林

（中國安能第三工程局，四川 成都 610000）

與其他類型的工程項目不同，水電站建設中面臨的自然地理條件更為復雜，由于水力作用，周圍的巖石或者地質條件較差，無法與水電站的結構要求相符合。而固結與帷幕灌漿技術的使用，可克服現場不利條件的限制，固結灌漿下可改變節理裂隙發育或者有破碎帶分布巖石的物理特性，使巖石的整體性與均質性得以增強，帷幕灌漿通過在閘壩巖石或砂礫地基中的防滲帷幕設置，可控制地下水在地基中的滲透。未來的各個水電站項目中，需加大固結灌漿、帷幕灌漿的技術應用與創新。

1 固結灌漿與帷幕灌漿的基本概述

1.1 固結灌漿

固結灌漿屬于灌漿工程中的一種，此項技術的有效應用，可改變節理發育裂隙或者有破碎帶巖體的物理力學性質，增強巖石的抗壓強度、彈性模量，起到控制巖石變形與不均勻沉陷的目的。在水利水電工程項目中，混凝土重力壩相對常見，針對這一類壩體，為實現結構加固，在壩基上引入全面固結灌漿法十分有效；混凝土拱壩或者重力拱壩中，由于結構特殊性，為滿足防水、安全需求，對于主要受力體的壩肩拱座巖石部分，適合采取灌漿工藝，以達到最佳的結構標準；水工隧洞在襯砌后采取固結灌漿的處理方式；當工程中涉及破碎巖層的隧洞開挖作業時，由于出現巖石坍塌或者滲漏的概率較高，開挖前一定范圍內的斜孔或者水平孔，超前固結灌漿處理工藝比較有效；對于土石壩這類比較常見的壩體，混凝土墊層下部的巖石，由于性能不好，也適宜選擇固結灌漿處理。

1.2 帷幕灌漿

帷幕灌漿是通過深孔灌漿方法的應用，在巖石或者砂礫石地基中構建連續防滲帷幕的灌漿工程，閘壩巖石或砂礫石地基中的帷幕灌漿法最常用，所構建的帷幕，要在結構中發揮其應有的作用，可將其與混凝土閘底板、壩體連接起來，確保底部深入不透水層的深度符合要求，這種處理下，對地下水向地基的滲透起到了一定的抑制作用；帷幕還可與下游排水系統同步作用，減小滲透水流對閘壩的壓力。

2 工程概況

以巴塘水電站為例，該水電站處于金沙江上游河段四川省與西藏自治權的界河，左右岸分別為甘孜藏族自治州巴塘縣、西藏昌都地區芒康縣，該水電站上游、下游都為電站，分別為拉哇電站、蘇洼龍電站，此水電站承接了地區內繁重的發電任務。該水電站中，正常蓄水位、總庫容、電站裝機分別為2545m、1.41億m3、750MW，年平均發電量33.75億kWh。巴塘水電站包含導流洞、擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、尾水渠與生態放水管的主建筑，其中，擋水建筑物為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩軸線在金沙江與巴楚河匯合口上游約660m的位置，壩體為碾壓式瀝青混凝土心墻，壩基與兩岸基巖的防滲施工中，均采用了帷幕灌漿工藝，帷幕灌漿深度以深入相對不透水層以下5m為準。

3 灌漿施工方法與成果

3.1 固結灌漿

（1）施工方法。此工程項目中的固結灌漿分兩序展開，首先開展Ⅰ序孔的實施，隨后進入Ⅱ序孔作業，一期作業的進行中，根據兩岸壩段的澆筑作業，逐層跟進，利用無蓋重鉆孔灌漿作業，引入孔內循環灌漿法，基巖面的3m以下的部位，適宜應用蓋重預埋鐵管工藝，為利用此工藝達到最佳的施工效果，當一期固結灌漿作業結束并按照規定完成了封孔處理后，在封孔段的上部掃孔，但掃孔時需注意范圍控制，結束后，根據對現場情況的具體掌握、圖紙要求，埋設固結灌漿管，注意主管與支管的選擇，全部有灌漿管的主管，均應引導壩后各層交通橋。只有當一期固結灌漿結束且驗收合格后，方可進入二期作業，二次作業的固結灌漿步驟與一期類似。固結灌漿的工藝流程復雜，包含的步驟繁多，如圖1、2所示。

圖1 有蓋重固結灌漿施工工藝流程

圖2 預埋管固結灌漿施工工藝流程

①孔位放樣。此工程中的固結灌漿施工中，不論是有蓋重固結灌漿還是預埋管固結灌漿，孔位放樣都是首要步驟，為提高放樣精度，采用儀器與人工相結合的方式，利用儀器測放出每個工作面上的Ⅰ序孔，隨后借助鋼尺測放Ⅱ序孔。②鉆孔。固結灌漿作業開展時，鉆孔是關鍵步驟，全部的鉆孔都應該統一編號，并進行分序，但不同的固結灌漿工藝下，采用的鉆孔方法有所差異，本工程中的有蓋重固結灌漿，鉆孔中采用回轉式地質鉆機金剛石鉆進，岸坡段無蓋重固結灌漿，采用地質鉆與手風鉆相結合的方式，一般鉆孔的孔徑需超46mm，岸坡接觸段埋管法的孔徑較大，需超75mm。③鉆孔沖洗與壓水試驗。固結灌漿是工程市場上比較常用的施工工藝，許多工程企業也在固結灌漿方面積累了豐富的經驗，但在具體的施工作業中，卻經常沒有按照工藝流程展開作業，也未科學設置各個參數，鉆孔沖洗、壓水試驗環節經常出問題。實際上，灌漿之前的沖孔、壓水試驗是關鍵步驟，沖孔就是要對全部的灌漿孔開展沖洗作業，可選用孔壁沖洗方法，也可引入裂隙沖洗方式，如果為前一種沖洗方式，直接在導管中通入大流量水流，遵循從孔底到孔外的順序；如果選擇的是裂隙沖洗法，應將灌漿栓塞完全卡緊，向裂隙壓入水流，水流的持續壓入下，孔內雜物隨水流流出孔外。沖孔作業中，沖洗壓力是一個需關注的重點參數，結合實際的施工經驗，沖洗壓力為灌漿壓力80%的情況下，沖洗效果最佳，總體的沖洗時間需超過30min。固結灌漿中的壓水試驗也是關鍵步驟，在此環節的工作進行中，需嚴格遵循行業內的相關標準，從灌漿孔中抽取一定數量的孔，逐段單點壓水，未選取的孔段，參考裂隙沖洗的有關規定，維持一段時間的壓水作業。④灌漿。固結灌漿中的灌漿是關鍵環節，在此環節的工作中，應從下而上實施，按照孔內循環要求，保障操作規范，灌漿壓力與設計要求相符。灌漿效果與漿液性能有著直接聯系，漿液性能中，水灰比是一個關鍵參數，漿液的配置應嚴格根據配合比要求，注意各種材料的用量控制。漿液變換有嚴格的標準：灌漿壓力維持不變，注入率在一段時間內呈下降趨勢或者注入率不變，灌漿壓力在特定時間段內不斷增加的趨勢下，在原有基礎上調整水灰比；當為正常情況下的灌漿作業時，某一級水灰比的漿液單孔注入量超過了300L，但灌漿壓力、注入率變化幅度較小的情況下，變濃一級水灰比；注入率超過了30L/min的情況下，嚴格根據對現場情況的掌握，必要情況下越級變濃。在設計壓力情況下，注入率不超1L/min的情況下，持續保持30min的灌注作業后結束灌漿，漿液凝固后將孔內的浮漿或者污水等清理干凈，使用水泥砂漿回填密實，實現封孔。

（2）成果分析。要檢驗在此工程項目中固結灌漿法的應用效果，固結灌漿作業結束后的一段時間，開展了檢驗、監測與分析，根據監測數據的全面整合：一期Ⅰ序孔、Ⅱ序孔的單位注入量分別為64.53kg/m、31.7kg/m，二期固結灌漿平均單位耗費量為24.14kg/m。因此，各次序孔的單位注入量逐步減小，符合灌漿作業的普遍規律，灌漿效果達到了預期。

3.2 帷幕灌漿

（1）施工方法。此工程項目的帷幕灌漿作業，經由多方面因素的對比，選擇了孔口封閉孔內循環的方式，主要涉及以下幾個方面的工作：一是孔口管段的鉆進與灌漿作業，針對鉆進作業，應注意設備的配置，所選擇的設備，孔徑應符合要求，正確操作設備，維持正常的鉆進速率，完成鉆孔后沖洗鉆孔，將準備好的循環式止漿塞放于基巖以上20～50cm的混凝土中，進入壓水試驗部分，試驗結束后開展灌漿處理，灌漿按照規定完成后，由專人負責止漿塞的拆除，并根據施工圖紙進行孔口管的預埋。二是孔口管秒射，由于灌漿作業為分段施工，第一段的灌漿任務結束且順利起塞后，孔內按規定預埋孔口管，安裝過程中在孔口纏繞麻絲，接上兩用接頭。配備特定型號的鉆桿作為射漿管，配備好的濃漿注入孔底，孔口管外側冒出濃漿后卸掉射漿、兩用接頭，再使用濃漿補滿孔口?？卓谂鋫洇?3mm無縫鋼管，埋設后露出灌漿廊道底板或者混凝土壓漿板以上0.2m。①孔位放樣。放樣采取儀器放樣與人工放樣相結合的方式，不論哪一種放樣方式，都需嚴格遵守操作規范與標準，以保障放樣精度。首先，利用經緯儀測放出帷幕軸線、先導孔，隨后通過人工拉尺的方式測放，開孔位置與設計孔位偏差不得超過10cm。②鉆孔。鉆孔作業開展中，配備SGZ-Ⅲ、SGZ-IB型回轉式地質鉆機鉆造，金剛石鉆進，為保障帷幕孔可滿足實際要求，配備上海地質儀器廠生產的幾種型號的測斜儀開展測斜，一旦在測量中發現偏離了設計值，立即糾偏。③鉆孔沖洗。沖孔環節利用清水沖洗，將孔內的各種沉淀物均沖出孔外，在回水澄清且無沉淀物時，結束沖洗，裂隙沖洗在回水澄清時10min結束，嚴格控制總沖洗時間，一般單孔的沖洗時間要在30min以上，串通孔沖洗時間需超2h。沖洗水壓為灌漿壓力的80%，如果灌漿壓力的80%超過了1MPa，沖洗水壓選擇1MPa。④壓水試驗。對于帷幕灌漿中的先導孔，利用單點法孔口封閉，自上而下分段壓水，檢查孔采用五點法，從上到下分段阻塞壓水，其他各個次序孔的灌漿段采用簡單的壓水試驗，壓水試驗壓力為設計灌漿壓力的80%。⑤灌漿。此工程的帷幕灌漿作業中，水泥選用的是42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細度超80μm方孔篩，篩余量在5%以內，各個部位的灌漿壓力都應嚴格控制在正常標準內。灌漿漿液濃度應從稀到濃，逐級變換，水泥漿液的水灰比有多個級別，漿液變換與固結灌漿漿液變換的標準一樣。全孔灌漿作業結束后封孔，采用泵壓漿液工藝，混凝土與基巖接觸面上，科學布設阻漿塞，避免漿液壓入這一部位造成問題，將射漿管伸到與孔底相距0.2～0.3m的位置，漿液配比為0.5∶1，排出孔內稀漿，拔出射漿管，以1.5MPa的壓力作用將配制好的漿液壓入。泵壓漿液封孔后，拔掉阻漿塞，隨后用水灰比為0.5∶1的濃漿補滿，漿液濃縮到孔口空余部分時，將該部位的松軟水泥結石等清除干凈，沖洗孔內的雜物，最后利用水泥砂漿封填和抹平。

（2）成果分析。此工程項目中，主帷幕Ⅰ序孔單位注入量、Ⅱ序孔單位注入量、Ⅲ序孔單位注入量分別為122.6kg/m、44.9kg/m、16.9kg/m，副帷幕Ⅰ序孔單位注入量、Ⅱ序孔單位注入量、Ⅲ序孔單位注入量分別為20.8kg/m、18.3kg/m、7.9kg/m，銜接帷幕注單位不同序孔單位注漿量為25.6kg/m、11.5kg/m，結合這些數據的分析，孔序、排序均呈遞減規律，注入量遞減與灌漿規律相符合。帷幕灌漿施工中，檢查孔有149孔，五點法壓水試驗1338段，其中有1336段合格，2段不滿足設計要求的段次分布于不同部位，補灌作業結束后符合了標準。

4 結語

水電站工程項目的實施難度大，固結與帷幕灌漿的方式較為常用，但為保障這兩種技術良好的施工效果，需立足項目本身，采取有效的技術管理措施，加強施工流程、技術參數的把控，提高施工水平。