控制性帷幕灌漿技術(shù)在洪家渡水電站下游土石圍堰中的應(yīng)用

張雪剛 潘存良

(中國(guó)水利水電第九工程局，貴州 貴陽(yáng) 550008)

1 工程概述

洪家渡水電站位于貴州省織金縣與黔西縣交界處，距貴陽(yáng)158km，是烏江梯級(jí)開發(fā)的龍頭水電站。電站裝機(jī)容量為540MW，多年平均發(fā)電量15.94億kw·h。該工程的導(dǎo)流方案采用圍堰斷流、隧洞導(dǎo)流方式，下游圍堰采用不過(guò)水土石圍堰。擋水時(shí)段為2001年11月20日至2004年4月底，50年一遇汛期洪水流量為1330m3/s。圍堰堰頂高程997m，最大堰高19.3m，堰頂寬5m，堰頂長(zhǎng)80m，堰面采用干砌石塊及塊石鋼筋籠保護(hù)。圍堰基礎(chǔ)防滲對(duì)擋水大壩的建造而言，是大壩能否成功進(jìn)行基坑開挖及其它各項(xiàng)主體工程施工的必要條件。

2 工程地質(zhì)

下游圍堰靠近導(dǎo)流洞出口，河床底部為古老河道，沖積層厚6～15m，有大孤石，底部為三疊系下統(tǒng)灰?guī)r，孤石較多，含泥含沙量相對(duì)較少。圍堰堰體主要結(jié)構(gòu)如下：

碎石粘土碾壓層：即水位線以上部分堰體，厚8～10m；由碎石粘土分層碾壓而成；碾壓不充分，級(jí)差配，結(jié)構(gòu)松散。拋填層：即水位線以下部分堰體，厚10～12m，主要為大塊石拋填；架空現(xiàn)象嚴(yán)重，在滲流的作用力影響下，有多而集中的滲流通道。古河床：位于堰體基巖以上，后3～5m，主要為砂礫石。基巖層：可灌性、可鉆性較好。

3 圍堰防滲方案的確定

洪家渡電站下游圍堰河床防滲體原設(shè)計(jì)為高噴板墻，針對(duì)下游圍堰河床地質(zhì)情況，大孤石較多，圍堰填筑時(shí)，土石料級(jí)配不均勻，大塊石含量較多，含泥量較少的實(shí)際情況，進(jìn)行高噴板墻施工存在不少的技術(shù)問(wèn)題，施工速度較慢，難以保證工期。根據(jù)洪家渡索橋頭堆石體內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得的資料，參考廣西天生橋中山包電站圍堰的成功實(shí)例，專家咨詢意見認(rèn)為洪家渡水電站下游圍堰防滲體選用控制性水泥灌漿帷幕新技術(shù)比選用高噴板墻施工更為可靠和合理，施工速度較快，經(jīng)反復(fù)論證比較，最終確定采用控制性水泥灌漿帷幕方案?？刂菩怨酀{技術(shù)，是指相對(duì)于常規(guī)水泥灌漿技術(shù)，其灌漿前的造孔成孔率可控、漿液固化時(shí)間可控、漿液的滲漏范圍可控和防滲效果可控。它是高效成孔技術(shù)、淺層水泥灌漿加固技術(shù)、精確控制漿液凝固技術(shù)和灌漿防水堵漏技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的組合。

4 控制性水泥灌漿帷幕板墻設(shè)計(jì)

4.1 施工工藝及技術(shù)參數(shù)

施工范圍按高噴板墻的設(shè)計(jì)圖紙，孔排距原則上為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)布孔方案。

兩排孔結(jié)構(gòu)帷幕：孔距1.2米～1.25米，排距0.6米，孔深進(jìn)入基巖0.5米。

4.2 施工工藝流程

定帷幕軸線放孔位→固定鉆機(jī)→φ76mm鉆孔并鑲1.5米深的孔口管→下一段次鉆孔→按計(jì)劃漿液量控制進(jìn)行雙液灌漿→終孔段灌漿→全孔段重復(fù)灌漿→封孔結(jié)束。

鉆孔按灌漿分II序自上而下分段鉆孔。灌漿順序：灌漿按分排分II序進(jìn)行，其中先灌第一排的I序孔，然后再灌第一排孔的II序孔，如果帷幕結(jié)構(gòu)為兩排灌漿孔組成，則灌完第一排灌漿孔后再開灌第二排孔的I序孔。最后再灌第二排的II序孔。

灌漿分段控制：灌漿分段主要視鉆孔情況而定。

其一、.鉆孔一旦出現(xiàn)孔內(nèi)不返水，或有嚴(yán)重塌孔問(wèn)題，則立即停止鉆孔進(jìn)行灌漿。

其二、鉆孔返水出現(xiàn)塌孔問(wèn)題，或有小范圍塌孔現(xiàn)象，但灌漿段長(zhǎng)已超過(guò)1.0米的，則一般控制在2.5～3.0米。

其三、碰到細(xì)砂層，則要求盡可能的加大鉆孔沖洗，盡可能的把細(xì)砂從孔內(nèi)沖洗出孔外，控制段長(zhǎng)一般不要超過(guò)1.0米。灌漿鉆孔鉆頭都為φ44～φ56mm合金鉆頭。

控制性水泥灌漿需選用雙液灌漿系統(tǒng)，大泵灌水泥漿液，小泵灌化學(xué)控制液，兩種漿液視不同情況或在孔內(nèi)，或在地層內(nèi)混合，水泥漿液配比全部選為0.8：1。

水泥為425#普通硅酸鹽水泥，加灌化學(xué)控制液視孔內(nèi)升壓情況和進(jìn)漿量變化情況。

灌漿壓力以控制水泥灌漿泵的機(jī)身壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，一般I序孔控制在1.0～1.5Mpa范圍。II序孔控制在1.5～2.0Mpa范圍，II序孔的終孔段或全孔段重復(fù)灌漿控制壓力在2.0～2.5Mpa。灌入漿液量以控制灌入計(jì)劃漿液量為主，孔距為1.25米，第一排孔的控制I序孔的平均灌入漿液量為600升/米～700升/米，II序孔的平均灌入量為700升/米～900升/米。對(duì)于二排孔的帷幕結(jié)構(gòu)，考慮排距為0.6米，故相對(duì)控制灌入的計(jì)劃量較少，一般為第一排孔的50%，具體還要視實(shí)際孔內(nèi)情況作局部調(diào)整。

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到要求計(jì)劃漿液量和要求灌漿壓力后即可結(jié)束灌漿。加灌化學(xué)控制液的目的主要是提高灌漿壓力值。要求I序孔灌漿盡可能的減少小于0.5Mpa的壓力狀態(tài)下灌漿。II序孔要盡可能的減少小于1.0Mpa壓力狀態(tài)下灌漿。當(dāng)某些孔段出現(xiàn)升高壓力有困難時(shí)，必須采取有效措施并加大加灌化學(xué)控制液的力度。II序孔或II序孔的全孔段重復(fù)灌漿時(shí)，最好在有一定的流動(dòng)水條件下進(jìn)行。

5 圍堰防滲施工情況

電站2001年10月15日完成截流，10月19日進(jìn)場(chǎng)施工，10月25日受超標(biāo)準(zhǔn)洪水沖淹，11月3日開始恢復(fù)施工，11月22日基本上滿足閉氣條件，達(dá)到了基坑開挖的要求。隨后在基坑抽水和開挖狀態(tài)下進(jìn)行了第二排孔和加強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)孔的施工。

下游圍堰控制性帷幕灌漿布置為兩排孔，孔距1.2米，排距0.6米，孔位和孔深詳見下游圍堰灌漿孔平面布置圖1。

和下游圍堰灌漿剖面圖2。下游圍堰總計(jì)灌入水泥844噸，化學(xué)控制液57.4米3，總計(jì)完成灌漿任務(wù)1778米，預(yù)埋孔口管106根。下游圍堰共布置3個(gè)壓水檢查孔和三個(gè)巖樣取芯孔，檢查孔平面位置詳見下游平面示圖3。

針對(duì)地層情況有的加強(qiáng)孔深度遠(yuǎn)超過(guò)深入基巖0.5米的，最深的有進(jìn)入基巖5.0米以上的，為解決巖層內(nèi)夾泥漏水問(wèn)題，有的孔段在夾泥層位置的最大灌漿壓力達(dá)5.0Mpa。

6 施工成果檢查及防滲效果

6.1 單點(diǎn)法壓水檢查

防滲帷幕檢查以壓水檢查資料為準(zhǔn)，設(shè)計(jì)的壓水檢查標(biāo)準(zhǔn)為q≤5Lu，下游圍堰的全部壓水檢查孔段，除有一段次的檢查透水率q達(dá)3.63Lu(也滿足設(shè)計(jì)要求)外，其它段次全部達(dá)到q≤3Lu，其中有9孔段的滲水率q≤1.0Lu，占總壓水孔段數(shù)的45%，說(shuō)明經(jīng)過(guò)灌漿后，壓水檢查效果良好。

6.2 取芯檢查孔和帷幕上部搭接土工膜開挖檢查

下游圍堰共布三個(gè)取芯檢查孔

（1）孔深5.0米至7.0米，巖芯為水泥結(jié)石巖樣，灌漿效果令人滿意；

（2）2#取芯孔孔深7米～15.2米和3#取芯孔孔深8米～15.0米全為塊石水泥結(jié)合體，取芯孔穿過(guò)的最大塊厚達(dá)1.5米，而且檢2#、檢3#壓水檢查孔緊靠1#和2#取芯孔（直線厚度約為1.0米），壓水全壓力達(dá)0.6Mpa,壓水時(shí)取芯孔是不封閉的，沒(méi)有從取芯孔內(nèi)串冒出水現(xiàn)象，壓水檢查滲水率又在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，說(shuō)明控制性水泥灌漿帷幕解決大塊石堆積體的防滲問(wèn)題，效果是很好的。

（3）1#取芯孔相鄰兩灌漿孔1-8#和1-9#都穿過(guò)厚1.0米以上的細(xì)砂層，而1#取芯孔卻沒(méi)有取到細(xì)砂層，而3#取芯孔（距幕中心線為0.8米，距1#取芯孔為0.5米的上游側(cè)）又碰到了細(xì)砂層，說(shuō)明控制性水泥灌漿對(duì)細(xì)砂層經(jīng)沖洗置換加高壓力擠壓，使原存在的細(xì)砂層都發(fā)生變化，不但使細(xì)砂層的防滲效果被大幅度的提高，而且使原細(xì)砂層位置的防滲也滿足了設(shè)計(jì)要求。

控制性水泥灌漿帷幕上部與土工膜防滲體相聯(lián)接，設(shè)計(jì)要求搭接施工時(shí)將孔口管1.5米范圍的軟弱覆蓋層全挖掉，然后澆砼相連接，開挖施工驗(yàn)證，控制性水泥灌漿帷幕范圍已變成了有一定強(qiáng)度的墻體。鑿除開挖很困難，有些地方是用小藥量爆破解決的。眾所周知，常規(guī)帷幕灌漿在覆蓋層內(nèi)，安裝1.5米的孔口管是很難解決地表串、冒漿這一難題的，而越往深層，則帷幕灌漿的效果就越好，可以肯定，深層的灌漿效果將比表層看到的會(huì)更好。

下游圍堰帷幕結(jié)構(gòu)為兩排孔，第一排孔完成后再進(jìn)行第二排孔施工的，兩排孔的施工難度截然不同：（1）第一排孔施工時(shí)，塌孔和鉆孔不返水現(xiàn)象很突出，鉆孔返水的灌漿段不多，塌孔嚴(yán)重，有些灌漿孔反復(fù)灌的次數(shù)多達(dá)20段次以上，而第二排孔施工時(shí)出現(xiàn)不返水的孔段不多，一般都按最長(zhǎng)段長(zhǎng)（4米）控制灌注，鉆孔塌孔現(xiàn)象幾乎不存在。（2）第一排孔一般孔段起灌時(shí)無(wú)壓力，灌漿升壓慢，耗用化學(xué)控制液多，而第二排孔施工時(shí)，都有起始?jí)毫Γ疑龎嚎?，結(jié)束壓力高，化學(xué)控制液用量還不到第一排孔總用量的五分之一。（3）鉆孔通過(guò)細(xì)砂層時(shí)，第一排孔一般都要反復(fù)灌幾次才能穿過(guò)去，而第二排孔則不出現(xiàn)塌孔，也沒(méi)有涌砂出孔口，因此，第二排孔的施工進(jìn)度得到提高。

2#取芯孔和3#取芯孔終孔后做了注水試驗(yàn)，詳見注水試驗(yàn)情況如表：

6.3 基坑抽水情況檢查

下游圍堰閉氣后，保證了基坑正常抽水及開挖施工，從下游圍堰滲漏到基坑的水量都不大，沒(méi)有出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。當(dāng)然，下游圍堰坡腳也有較小的漏水點(diǎn)，但洪家渡基坑經(jīng)開挖驗(yàn)證，壩基巖層本身漏水就比較嚴(yán)重，而且溶蝕層、溶洞比較發(fā)育，產(chǎn)生的漏水點(diǎn)水量滲漏通道無(wú)法考證。總之，防滲帷幕的施工目的已完全達(dá)到。

7 結(jié)束語(yǔ)

不良地層的鉆孔經(jīng)常發(fā)生塌孔埋鉆、掉塊卡鉆等孔內(nèi)事故，應(yīng)采用多種方法，以保證孔壁的穩(wěn)定性；鉆孔和灌漿相輔相承，灌漿時(shí)應(yīng)針對(duì)不同的地層情況，對(duì)灌漿壓力、水會(huì)比、外加劑、摻和料等靈活應(yīng)用，以提高施工效率，節(jié)約原材料，降低施工成本。

[1]雷勵(lì).淺談帷幕灌漿技術(shù).西部探礦工程.2006-08-15.