大朝山水電站9～10號(hào)壩段橫縫漏水化學(xué)灌漿處理

陸志華

（杭州國(guó)電大壩安全工程有限公司，浙江杭州310030）

1 工程概況

大朝山水電站位于云南省西部云縣與景東縣交界處的瀾滄江中游河段，電站總裝機(jī)容量135萬kW，電站樞紐工程由攔河壩、泄洪建筑物和右岸地下廠房系統(tǒng)組成。攔河大壩采用折線布置，壩頂高程906 m，最大壩高111 m。大壩共分23個(gè)壩段，1～2號(hào)壩段為右非壩段，3～8號(hào)壩段為電站進(jìn)水口壩段，9號(hào)壩段為過渡壩段，10號(hào)、16號(hào)、17號(hào)壩段為泄洪排砂底孔壩段，11～15號(hào)壩段為表孔溢流壩段、18～23號(hào)壩段為左非壩段。大朝山水電站于1993年開始前期準(zhǔn)備工作，1997年8月開工建設(shè)，2003年10月全部機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行。

水庫蓄水后，9～10號(hào)壩段橫縫處一直存在滲漏水。2004年12月以來，電站監(jiān)測(cè)人員發(fā)現(xiàn)9～10號(hào)壩段橫縫處有較多滲水出現(xiàn)：①在9號(hào)壩段832 m高程廊道入口處，廊道壁上出現(xiàn)了少量滲水；②在827 m高程9～10號(hào)的橫縫處出現(xiàn)大量的滲漏水，且該處滲漏水與其它部位的滲漏不一樣，為帶黃色混濁水（與水庫庫水顏色相似）；③827 m廊道高程帷幕后的排水管滿管帶壓出流。

從量水堰觀測(cè)資料及現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查情況可以看出，2003年以前，9～10號(hào)壩段橫縫漏水較少，近3年來該橫縫滲漏量逐年增大，年平均滲漏量由10.38 L/min增大至45.00 L/min，最大滲漏時(shí)為71.46 L/min，還有逐漸增加的趨勢(shì)，2008年3月觀測(cè)，滲水量達(dá)到125 L/min。經(jīng)業(yè)主單位多次組織專家現(xiàn)場(chǎng)察看、討論研究并參考以前國(guó)內(nèi)類似工程處理經(jīng)驗(yàn)，決定采用化學(xué)灌漿的方法對(duì)滲漏進(jìn)行處理。

2 滲漏原因分析和處理方案探討確定

2.1 滲漏原因分析

經(jīng)實(shí)地檢查及調(diào)閱大壩量水堰、橫縫開合度、壩體引張線等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、查看施工原始記錄，并與運(yùn)行單位技術(shù)人員座談，分析認(rèn)為可能導(dǎo)致滲漏的原因有以下幾方面：

（1）大壩橫縫開合度呈趨勢(shì)性增大現(xiàn)象，而9號(hào)、10號(hào)壩段水平位移并不同步，導(dǎo)致兩壩段之間產(chǎn)生了相對(duì)水平錯(cuò)動(dòng)，局部止水片中間鼻子在施工過程中可能產(chǎn)生偏移，從而可能導(dǎo)致止水結(jié)構(gòu)破壞，引發(fā)橫縫滲漏。

（2）10號(hào)壩段838 m高程混凝土層面在施工過程中產(chǎn)生過多條裂縫，其中一條裂縫貫通壩體上游面與9～10號(hào)壩段橫縫，雖當(dāng)時(shí)做了開槽布筋及水泥灌漿處理，但該條縫仍可能成為橫縫滲漏原因。

2.2 處理方案探討確定

通過對(duì)滲漏原因的分析與研究，并參考類似工程處理方案，提出了4種備選方案。

2.2.1 鉆孔穿過縫面化學(xué)灌漿

從827 m廊道、832 m廊道鉆孔穿過橫縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，使?jié){液在橫縫內(nèi)形成1條止水帶防滲。該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低，缺點(diǎn)是若橫縫面再次發(fā)生錯(cuò)動(dòng)變形，所形成的止水帶可能會(huì)被拉壞，導(dǎo)致橫縫再次滲漏。

2.2.2 騎縫化學(xué)阻滲塞

由壩頂騎橫縫在止水片下游造倒垂孔，孔內(nèi)灌注合適的材料，形成阻滲止水塞。其優(yōu)點(diǎn)是施工只需灌注倒垂孔，工程造價(jià)低，止水效果直接，缺點(diǎn)是倒垂孔精度要求較高，尤其是本工程需騎縫造精度在1‰內(nèi)的倒垂孔，一旦孔斜過大就很難保證止水效果，且對(duì)阻塞以下貫穿性裂縫滲漏基本不起作用。

2.2.3 橫縫上游面水下灌漿

水下作業(yè)，在上游面橫縫騎縫開槽，嵌填塑性止水材料，表面粘貼防滲蓋片，縫面到上游止水片間水下灌注水溶性聚氨酯灌漿材料，形成止水系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是灌漿區(qū)域確定，對(duì)因止水結(jié)構(gòu)引起的滲漏效果顯著，缺點(diǎn)是水下作業(yè)難度大，施工造價(jià)高，且對(duì)貫穿性裂縫滲漏也基本不起作用。

2.2.4 壩面加鑲止水銅片及裂縫灌漿

該方案前提是需放空水庫、清除壩前橫縫處淤泥后再進(jìn)行處理。在橫縫面兩側(cè)打毛鑿槽，鑲嵌止水銅片，并檢查壩面裂縫，逐一進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。優(yōu)點(diǎn)是能找出橫縫確切的缺陷部位，能完整徹底地進(jìn)行滲漏處理，效果可靠，缺點(diǎn)是發(fā)電經(jīng)濟(jì)損失極大，處理代價(jià)極高。

經(jīng)分析上述4個(gè)方案，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)角度反復(fù)對(duì)比論證，決定采用方案2騎縫化學(xué)阻滲塞法進(jìn)行處理，由壩頂騎橫縫在止水片下游造倒垂孔，孔內(nèi)采取“以漿趕水，以水壓漿”的方式灌注合適的材料，形成阻滲止水塞。根據(jù)工程特點(diǎn)，調(diào)閱該壩段基礎(chǔ)資料，基巖高程為823.5 m，為確保阻滲塞可有效阻斷滲徑，設(shè)計(jì)造孔深度不得低于82.5 m，設(shè)計(jì)精度為1‰，孔徑為?280，孔深及精度為國(guó)內(nèi)首例。

2.3 滲漏位置確定

橫縫壩頂騎縫倒垂孔造孔完畢后采用孔內(nèi)錄像檢查的方式確定滲漏位置。孔內(nèi)錄像檢查發(fā)現(xiàn)，約850 m高程橫縫上游面有明顯水流滲出，約824.1 m高程有水流涌出，估計(jì)是橫縫主要滲漏通道，兩個(gè)滲流點(diǎn)總滲漏量合計(jì)約125 L/min。

3 灌漿材料選擇

根據(jù)工程要求，膨脹阻滲塞需具備以下的主要性能：第一，有膨脹特性，可保證阻滲塞在孔內(nèi)脹緊；第二，能適應(yīng)伸縮縫重復(fù)開合變形的能力；第三，能快速固結(jié)，不會(huì)被滲水沖蝕流失；第四，固結(jié)體的抗?jié)B性能要滿足防滲要求。基于這些要求，只有水溶性聚氨酯灌漿材料較為合適。參考以往工程使用情況并對(duì)比研究，決定選用杭州國(guó)電大壩安全工程有限公司（原華東院科研所）所研制生產(chǎn)的LW水溶性聚氨酯灌漿材料作為灌漿阻滲塞材料，其性能特點(diǎn)如下。

LW水溶性聚氨酯灌漿材料是一種快速高效的防滲堵漏材料，對(duì)于各類工程中出現(xiàn)的大流量涌水、漏水等有獨(dú)特的止水效果，已在大量的工程中得到廣泛應(yīng)用。該成果曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，具有良好的親水性，遇水能均勻地分散乳化，進(jìn)而凝膠固化。水既是稀釋劑，又是固化劑，不會(huì)產(chǎn)生未固化漿液的流失現(xiàn)象。LW的固結(jié)體為具有水脹性的彈性體，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，并可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能。對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，在海水、中性、酸性、堿性水中均能固化。固結(jié)體水浸泡液經(jīng)小白鼠口服和皮下注射試驗(yàn)，證明屬無毒類型，因此施工污染少，對(duì)環(huán)保有利。LW水溶性聚氨酯灌漿材料性能詳見表1～表3。

從表中數(shù)據(jù)可看出，LW水溶性聚氨酯灌漿材料固結(jié)體隨著浸泡水時(shí)間增加，膨脹率會(huì)不斷增加，增大到一定數(shù)量級(jí)后即趨于穩(wěn)定，材料固結(jié)體拉伸變形性能基本保持在100%左右，完全可以適應(yīng)大壩橫縫變形的要求。

表1 LW水溶性聚氨酯灌漿材料主要性能指標(biāo)Table 1:Main properties of LW water-soluble polyurethane grouting material

表2 LW純漿液固結(jié)體浸泡水后二次膨脹性能Table 2:The second swelling ratio of LW consolidation body

表3 LW純漿液固結(jié)體斷裂伸長(zhǎng)率Table 3:Rupture elongation of LW consolidation body

4 灌漿設(shè)備、灌漿管路及現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)措施

4.1 灌漿設(shè)備

灌漿泵采用主、副泵配置，主泵采用3SNS型灌漿泵，口徑32 mm，流量75～205 L/min可調(diào)，最大壓力2.5 MPa。副泵采用錫探專用化學(xué)灌漿泵，流量90～195 L/min可調(diào)，最大壓力2.0 MPa。施工前進(jìn)行全面檢修調(diào)試，保證泵可正常工作。

4.2 灌漿管路

灌漿管采用PP耐壓塑料管，內(nèi)徑?32 mm，長(zhǎng)度90 m，每隔1 m采用彩膠條纏繞標(biāo)記，以便灌漿時(shí)拔管記錄，設(shè)置兩根灌漿管，分別連接主副泵。由于管路較長(zhǎng)，管內(nèi)占漿重量、管壁與未固化漿柱的摩擦阻力都是灌漿時(shí)順利拔管的難點(diǎn)。為保證灌漿時(shí)順利拔管，在孔口設(shè)置了一臺(tái)牽引滑輪與管路連接，輔助灌漿時(shí)管路提升。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)

灌漿材料為化學(xué)類材料，灌漿時(shí)隨著孔內(nèi)液柱上升，部分漿液會(huì)從廊道引流孔流出及從孔口返出，由于材料有一定粘性，一旦粘在混凝土上則不易清除。灌漿前在現(xiàn)場(chǎng)采取了如下措施：（1）現(xiàn)場(chǎng)操作人員均佩戴橡膠手套、眼罩及必要的防護(hù)鞋，防止皮膚直接接觸漿液或不慎濺入眼；（2）壩頂灌漿孔口周邊一定范圍內(nèi)需鋪設(shè)彩條布，覆蓋不小于10 cm厚的潮濕細(xì)砂層，當(dāng)漿液從孔口返出后可及時(shí)吸附，保護(hù)壩頂環(huán)境；（3）廊道內(nèi)引流孔預(yù)先設(shè)置漿液回收設(shè)備，收集關(guān)閉引流孔閥門前排出的廢料，防止廢液進(jìn)入廊道集水井；（4）灌漿現(xiàn)場(chǎng)禁止煙火。

5 灌漿施工工藝

5.1 施工難點(diǎn)

（1）根據(jù)鉆孔時(shí)孔內(nèi)資料及孔內(nèi)錄像檢查，孔底到866 m高程之間存在滲流點(diǎn)。從827 m高程廊道排水孔測(cè)得孔內(nèi)滲流量為125 L/min，關(guān)閉排水管球閥后，孔內(nèi)水位可上升至865 m高程，且孔內(nèi)水位基本保持穩(wěn)定，孔底位于823.5 m高程，孔內(nèi)約有4 m水柱無法排凈，這就易導(dǎo)致孔內(nèi)灌漿時(shí)大量滲水將稀釋LW漿液，并快速發(fā)泡凝膠，不能形成有效的凝膠體，且來不及孔內(nèi)提升灌漿管，達(dá)不到“以漿趕水，以水壓漿”的效果。

（2）866 m高程以上至孔口40 m高孔段為橫縫上游面無滲流點(diǎn)的孔內(nèi)環(huán)境，通過孔內(nèi)壓水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，下游面存在與孔內(nèi)連通的滲流通道，下游面滲出點(diǎn)位于855 m高程以上，不易進(jìn)行封堵處理。由于LW漿液凝膠固化需一定時(shí)間，當(dāng)漿柱上升至該滲流通道時(shí)，易出現(xiàn)漿水混合物大量外滲現(xiàn)象，雖隨后會(huì)逐漸凝膠固化，但在此過程中會(huì)造成大量漿材損耗。

5.2 施工工藝

施工工序?yàn)椋涸炜住纯住變?nèi)錄像檢查→注水試驗(yàn)→灌漿→檢查→回填封孔。

5.2.1 造孔

按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確造設(shè)騎縫倒垂孔，通過芯樣檢查及時(shí)修偏，保證造孔質(zhì)量，保證孔斜率在1‰以內(nèi)。

5.2.2 洗孔

采用主泵抽取庫水對(duì)孔壁自上而下進(jìn)行帶壓沖洗，沖洗壓力不小于1.5 MPa，去除孔壁松散雜物，保證孔內(nèi)清潔。

5.2.3 孔內(nèi)錄像檢查

通過孔內(nèi)錄像檢查再次確定孔內(nèi)上游面滲漏區(qū)域、孔壁清洗效果，檢查孔內(nèi)上下游面橫縫走向，并與芯樣進(jìn)行核對(duì)。

5.2.4 注水試驗(yàn)

（1）采用孔內(nèi)注水試驗(yàn)?zāi)M灌漿，通過模擬試驗(yàn)確定主副灌漿泵最佳排量，以及采用主泵最佳排量下在關(guān)閉827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道引流排水閥時(shí)，灌滿全孔所需時(shí)間，為正式灌漿提供數(shù)據(jù)參考。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定主泵采用排量約150 L/min，大于上游滲漏水量，灌滿全孔所需時(shí)間約30 min；

（2）通過孔內(nèi)滿孔注水試驗(yàn)，檢查灌漿孔下游面滲漏點(diǎn)，采取有效措施進(jìn)行預(yù)封堵，減少正式灌注時(shí)的漿液流失；

（3）通過注水模擬灌漿試驗(yàn)進(jìn)行拔管練習(xí)，確保拔管操作速度與水柱液面上升速度的匹配。

5.2.5 灌漿

以現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)確定的排量和拔管速度進(jìn)行灌漿，自下而上，邊灌邊拔，始終保持灌漿管不高于漿液面，直至漿液面從孔口返出，原漿即可停止灌漿。由于本次灌漿孔深較深，漿液從孔口返漿后，孔內(nèi)下部漿液基本已固化，故孔口采用加設(shè)法蘭加壓的方式意義不大，現(xiàn)場(chǎng)未采用。

5.2.6 檢查

灌漿過程中分別在827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道安排專人進(jìn)行觀察，當(dāng)引流管出原漿后，隨即關(guān)閉閥門，通知壩頂指揮長(zhǎng)。灌漿結(jié)束30 min后，打開引流管閥門檢查是否還有滲漏情況。

5.2.7 回填封孔

灌漿結(jié)束后，次日將灌漿孔內(nèi)固結(jié)材料挖出約50 cm，清理干凈孔壁固結(jié)材料，采用高強(qiáng)預(yù)縮砂漿將灌漿孔填平，孔口采用螺栓固定加蓋鋼板。

6 灌漿后橫縫滲漏情況

6.1 灌后即查效果

整個(gè)灌漿過程持續(xù)約35 min，共計(jì)灌入LW水溶性聚氨酯灌漿材料6850 kg，灌漿結(jié)束后30 min對(duì)原827 m廊道引流管進(jìn)行開閥檢查，無滲漏水，廊道內(nèi)頂拱局部還有滴滲情況，按設(shè)計(jì)要求待繼續(xù)進(jìn)行廊道補(bǔ)灌施工。橫縫壩面灌漿結(jié)束后，從廊道鉆設(shè)補(bǔ)灌孔對(duì)滴滲部位進(jìn)行補(bǔ)灌。補(bǔ)灌有效解決了滴滲，廊道內(nèi)頂拱干燥、無水珠滴掛。

6.2 灌后一年檢查效果

施工結(jié)束一年后對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行回訪，監(jiān)測(cè)顯示雖9～10號(hào)壩段橫縫還有變形，但827 m、832 m、860 m和871 m高程廊道等觀測(cè)點(diǎn)均沒有發(fā)現(xiàn)滲漏情況，827 m高程廊道頂拱也無滴滲現(xiàn)象。2008年5月12日汶川地震后，再次回訪，也未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

7 結(jié)語

大朝山水電站9～10號(hào)壩段橫縫滲漏經(jīng)采用騎縫阻滲塞法處理，有效止住了橫縫滲漏，經(jīng)跟蹤檢查，處理至今未再發(fā)生滲漏，橫縫滲漏處理取得了成功。所采用的LW水溶性聚氨酯灌漿材料是阻滲塞法灌漿處理理想的阻滲塞材料，其膨脹性能、變形性能可滿足大壩橫縫變形的要求。該技術(shù)隨后又被成功應(yīng)用于西霞院水利樞紐、西藏老虎嘴電站、浙江巖石林水電站等工程中，可為今后類似工程的處理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，值得推廣應(yīng)用。■

[1]云南大朝山水電站大壩9～10號(hào)壩段橫縫漏水處理設(shè)計(jì)報(bào)告[R].北京國(guó)電水利電力工程有限公司.2006.

[2]袁世茂,高玉恒,周偉.膨脹柱塞法大壩橫縫堵漏技術(shù)[J].中國(guó)建筑防水，1998，（5）:4-6.

[3]張桂初,吳良洲.高壩洲水電站大壩橫縫漏水處理[J].水力發(fā)電，2002，（3）：63-64.