天荒坪電站上水庫(kù)進(jìn)出水口截水墻帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿試驗(yàn)

吳宏煒，沈 靜

（1.國(guó)網(wǎng)新源華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司，浙江 安吉 313302；2.國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)大壩安全監(jiān)察中心，浙江 杭州 310014）

天荒坪電站上水庫(kù)庫(kù)區(qū)分布的地層主要為侏羅系上統(tǒng)黃尖組流紋質(zhì)角礫（含礫）熔凝灰?guī)r，上部弱風(fēng)化，下部微風(fēng)化，局部強(qiáng)風(fēng)化。上水庫(kù)采用瀝青混凝土作為防滲結(jié)構(gòu)，進(jìn)出水口部位通過(guò)截水墻與庫(kù)盆、庫(kù)底連接，截水墻底部設(shè)置防滲帷幕。水庫(kù)蓄水運(yùn)行至2003年，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其水平截水墻幕后測(cè)壓管的測(cè)值明顯偏高，幕后揚(yáng)壓力測(cè)值有逐年增大的趨勢(shì)，采用普通水泥進(jìn)行了帷幕的第一次補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)后效果較好，測(cè)壓管測(cè)值明顯下降。至2009年，幕后測(cè)壓管的測(cè)值又回升到施工前水平，且逐年增長(zhǎng)，其中UP5和UP6的最大測(cè)值達(dá)到36.04 m和35.61 m，與幕前水頭基本一致，且與上庫(kù)水位基本等變幅。為保證上水庫(kù)的運(yùn)行安全，對(duì)該防滲帷幕進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)，考慮到補(bǔ)強(qiáng)的耐久性，對(duì)灌漿材料進(jìn)行了調(diào)整，并首先進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。

為進(jìn)一步摸索及調(diào)整灌漿壓力、漿液比級(jí)、孔距、孔深、待凝時(shí)間、主灌材料等技術(shù)參數(shù)，更好地為設(shè)計(jì)提供帷幕補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)參數(shù)及施工工藝，保證帷幕補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量的可靠性，進(jìn)行了截水墻帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿試驗(yàn)，介紹如下。

1 水泥灌漿待凝時(shí)間的選取

選擇科學(xué)合理的待凝時(shí)間，避免外水壓力將灌入裂隙內(nèi)的水泥漿頂回鉆孔內(nèi)，保證灌漿質(zhì)量，同時(shí)可以縮短灌漿時(shí)間，提高效率，因此進(jìn)行了該項(xiàng)試驗(yàn)。

試驗(yàn)選擇“8 h、10 h、12 h、16 h、24 h”五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到上述待凝時(shí)間后進(jìn)行掃孔，若得到的水泥結(jié)石膠結(jié)良好，整體能夠成柱狀，則說(shuō)明水泥結(jié)石已達(dá)到一定強(qiáng)度，能夠保證外水壓力不將灌入裂隙內(nèi)的水泥漿頂回鉆孔內(nèi)，相應(yīng)的待凝時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)選擇了5只Ⅰ序孔的接觸段和第一段進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，待凝時(shí)間與灌入水泥、涌水壓力、涌水流量的對(duì)比統(tǒng)計(jì)見表1。

通過(guò)表1可以看出：

（1）待凝時(shí)間與灌入水泥的關(guān)系

對(duì)于涌水壓力和涌水流量均相近的孔段，分別采用超細(xì)水泥和改性水泥進(jìn)行灌漿，待凝時(shí)間基本相同。如H125第1段和H113接觸段，涌水壓力分別為0.15 MPa和0.16 MPa，涌水流量相差不大，均為滴水，待凝時(shí)間均需要12 h。

（2）待凝時(shí)間與涌水壓力的關(guān)系

GenQA[7]是第一個(gè)自然問(wèn)答系統(tǒng)，該模型能夠生成完整的自然語(yǔ)言句子作為答案。COREQA[8] 擴(kuò)展到支持回復(fù)需要多個(gè)事實(shí)支撐的問(wèn)題。但是，他們依然存在以下問(wèn)題：(1)由于自然答案的生成是從前到后逐字地完成，因此生成模型有可能多次檢索知識(shí)庫(kù)，導(dǎo)致容易生成“他的出生地是加爾各答，加爾各答。”這類包含多個(gè)知識(shí)庫(kù)實(shí)體的句子；(2)由于缺乏知識(shí)庫(kù)的全局信息，還會(huì)導(dǎo)致生成不一致的答案。比如，如果不知道“泰戈?duì)枴钡膰?guó)籍是“印度”，單純利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，很可能會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)偏置的原因生成“泰戈?duì)柺欠▏?guó)作家”這類自然答案。

孔段涌水壓力≤0.1 MPa的有兩段，分別為H129第1段的0.05 MPa和H113第1段的0.07 MPa，對(duì)應(yīng)待凝時(shí)間分別為10 h和12 h。說(shuō)明對(duì)涌水壓力≤0.1 MPa的孔段，10～12 h的待凝時(shí)間能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 各試驗(yàn)段涌水、灌漿及待凝時(shí)間情況統(tǒng)計(jì)表Table 1:Statistics of gush flow,grouting material and waiting duration

涌水壓力在0.1～0.3 MPa的孔段有6段，涌水壓力為0.14～0.20 MPa，對(duì)應(yīng)待凝時(shí)間為12～24 h，隨著涌水壓力的增大，待凝時(shí)間基本呈增大趨勢(shì)。說(shuō)明涌水壓力在0.1～0.3 MPa范圍內(nèi)的孔段，12～24 h的待凝時(shí)間能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

孔段涌水壓力≥0.3 MPa的孔段有2段，涌水壓力分別為0.32～0.40 MPa，對(duì)應(yīng)待凝時(shí)間均為24 h。說(shuō)明對(duì)涌水壓力≥0.3 MPa的孔段，必須待凝24 h才能滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）待凝時(shí)間與涌水流量的關(guān)系

在涌水壓力相同或相近的情況下，涌水流量的大小決定了待凝時(shí)間的長(zhǎng)短，涌水流量越大，所需待凝時(shí)間越長(zhǎng)。如H125第1段和H129接觸段，灌入材料均為超細(xì)水泥，涌水壓力分別為0.15 MPa和0.17 MPa，相差不大；但涌水流量分別為滴水和0.47L/min，后者待凝時(shí)間需要24h，前者只需要12h。

綜上分析，帷幕孔水泥灌漿待凝時(shí)間與兩種灌入水泥無(wú)明顯關(guān)系，主要受孔段涌水壓力的控制，其次也隨著涌水流量的增大而增加。

2 超細(xì)水泥與改性水泥灌漿對(duì)比分析

2.1 可灌性對(duì)比

本次試驗(yàn)主灌材料采用了超細(xì)水泥和改性水泥兩種。所用超細(xì)水泥為三獅特種水泥廠生產(chǎn)，改性水泥為北票市三寶建工材料廠生產(chǎn)，兩種水泥均具細(xì)度高、可灌性好、早期強(qiáng)度高、抗?jié)B性好等優(yōu)點(diǎn)。兩種水泥的可灌性對(duì)比見表2。

表2 改性水泥與超細(xì)水泥可灌性對(duì)比表Table 2:Groutability comparison of modified cement and su-perfine cement

2.2 材料特性對(duì)比

超細(xì)水泥和改性水泥均在普通硅酸鹽水泥的基礎(chǔ)上加以磨細(xì)，而改性水泥又加入了適量的膨脹劑、調(diào)凝劑、分散劑和磨細(xì)礦渣。改性水泥固化的收縮性小，加入了10%高細(xì)礦渣對(duì)酸性溶液的耐蝕能力比超細(xì)水泥好。

3 AK樹脂與水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿對(duì)比分析

試驗(yàn)選擇10只孔進(jìn)行AK樹脂與水溶性聚氨酯兩種材料化學(xué)灌漿對(duì)比試驗(yàn)，其中1號(hào)區(qū)段H120、H122、H124、H126和H128 共10個(gè)段次將AK漿液作為主灌材料，2號(hào)區(qū)段H108、H110、H112、H114和H116共10個(gè)段次將水溶性聚氨酯作為主灌材料。

3.1 施工工藝對(duì)比

AK漿液化學(xué)灌漿施工工序?yàn)椋嚎锥螇核囼?yàn)—→配制AK漿液—→攪拌均勻并降溫（20℃以下）—→灌入AK漿液—→待凝（24 h）。

水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿施工工序?yàn)椋嚎锥螇核囼?yàn)—→配制水溶性聚氨酯漿液（HW∶LW=8∶2）—→攪拌均勻—→灌入丙酮—→灌入水溶性聚氨酯漿液—→待凝。

兩種材料化灌施工工藝基本相同。但AK需要用冰塊降溫，控制灌入漿液的溫度，灌漿所需時(shí)間較長(zhǎng)；水溶性聚氨酯需要用丙酮開路趕水，但灌漿時(shí)間相對(duì)較短。

3.2 灌漿成果對(duì)比

（1）水溶性聚氨酯灌漿分析

H108、H110、H112、H114和H116共5個(gè)孔的接觸段進(jìn)行了水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿，累計(jì)段長(zhǎng)7.5 m，共灌入漿液91.51 kg，孔段平均單位耗漿量為12.20 kg/m。各孔段壓水灌漿情況見表3。

表3 2號(hào)區(qū)段水溶性聚氨酯化灌成果統(tǒng)計(jì)表（生產(chǎn)性試驗(yàn)）Table 3:Productive test result of water-soluble polyurethane grouting in section 2

其中H114在待凝24 h后打開孔口時(shí)，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)有漿液從孔口噴出至廊道底板、頂板及墻壁上。噴出的漿液為黑褐色，基本為原漿液，散落于廊道底板后，遇水迅速膠凝成灰白色凝膠體，有彈性，但強(qiáng)度較低；附著于廊道墻壁上的漿液在空氣中水蒸氣的緩慢作用下逐漸膠凝，形成了強(qiáng)度較高的凝膠體。對(duì)H114接觸段掃孔后發(fā)現(xiàn)，孔段內(nèi)仍有涌水，測(cè)得涌水壓力為0.35 MPa。將H110和H112待凝48 h，H116和H108待凝72 h。上述四孔開孔后仍發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)漿液未凝固，掃孔后有涌水，涌水壓力分別為0.25 MPa、0.45 MPa、0.06 MPa和0.25 MPa。這說(shuō)明孔段內(nèi)漿液在待凝24 h后未凝固，而裂隙內(nèi)充填的漿液也非常少，未能將地下水通道阻斷，因此，水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的灌漿效果。分析原因，主要由于該地段巖層裂隙集中發(fā)育，較為密集，寬度普遍較窄。而水溶性聚氨酯化灌前用丙酮趕水，開路丙酮已將裂隙容積占去，漿液無(wú)法與水接觸形成凝膠、固化。

（2）AK化學(xué)灌漿分析

H120、H122、H124、H126和H128共5個(gè)孔的接觸段和第1段進(jìn)行了AK化學(xué)灌漿，累計(jì)段長(zhǎng)32.5 m，共灌入漿液779.13 kg，孔段平均單位耗漿量為23.97 kg/m。各孔段壓水灌漿情況見表4。

該10個(gè)孔段灌漿前涌水壓力為0.12～0.30 MPa不等，上述10個(gè)孔段待凝24 h后掃孔發(fā)現(xiàn)已基本無(wú)涌水?？锥蝺?nèi)AK膠結(jié)質(zhì)量較好，芯樣能夠成長(zhǎng)柱狀；基巖裂隙內(nèi)可見充填的AK漿液，已固化，與基巖膠結(jié)緊密。

這說(shuō)明孔段內(nèi)和進(jìn)入基巖裂隙內(nèi)的AK漿液在待凝24 h后已固化，有效阻斷了地下水活動(dòng)的通道，起到了防滲的作用，因此，AK化學(xué)灌漿達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的灌漿效果。

（3）可灌性對(duì)比分析

由灌入量分析，AK漿液的可灌性優(yōu)于水溶性聚氨酯。如H114、H116接觸段和H120第1段透水率均為0.44 Lu，H114和H116灌入水溶性聚氨酯，單位耗漿量分別為12.70 kg/m和9.43 kg/m；而H120灌入AK，單位耗漿量為29.80 kg/m。H112接觸段透水率為2.22 Lu，水溶性聚氨酯單位耗漿量為19.10 kg/m；而H126和H128接觸段透水率僅為1.33 Lu和1.11 Lu，AK單位耗漿量就分別達(dá)到了33.29 kg/m和34.82 kg/m，遠(yuǎn)大于前者。分析認(rèn)為主要由于AK漿液的粘度較小，易于進(jìn)入地層及巖體裂隙，延伸范圍較遠(yuǎn)，且AK漿液可溶于水，遇水不會(huì)起反應(yīng)，因此其可灌性受地下涌水和基巖飽和水的影響較小。

表4 1號(hào)區(qū)段AK化灌成果統(tǒng)計(jì)表（生產(chǎn)性試驗(yàn)）Table 4:Productive test result of AK chemical grouting material in section 1

4 灌漿效果

（1）幕后排水孔流量比較

通過(guò)這次帷幕的補(bǔ)強(qiáng)，總滲水量的變化不很明顯，但水平截水墻排水孔滲水量有明顯的下降。以5-106號(hào)排水孔為例，該孔位于水平截水墻2號(hào)區(qū)段自2010年10月以后流量明顯變小，說(shuō)明帷幕防滲能力得到較大提高，補(bǔ)強(qiáng)灌漿效果明顯。

圖1 5-106號(hào)排水孔滲水流量過(guò)程線Fig.1 Hydrograph of drain hole 5-106#behind the curtain

（2）幕后測(cè)壓管測(cè)值比較

以水平截水墻UP7、UP9為例，測(cè)壓管最大水頭明顯減小，與上庫(kù)水位相關(guān)的變幅也大幅降低，說(shuō)明帷幕的透水性進(jìn)一步降低，帷幕補(bǔ)強(qiáng)的效果較顯著。

圖2 上水庫(kù)進(jìn)出水口揚(yáng)壓力水頭過(guò)程線Fig.2 Graph of the measured value of piezometer UP_7 and UP_9 behind the curtain