砂礫石復(fù)雜地層中圍堰防滲處理技術(shù)

李錦嵐

（武漢大學(xué) 武漢市 430072）

1 工程概況

江口水電站位于重慶市武隆縣江口鎮(zhèn)芙蓉江河口上游約2 km處，大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高為139.0 m，發(fā)電總裝機(jī)容量為300 MW。本工程施工導(dǎo)流方案采用圍堰一次攔斷河床，隧洞過流，枯木期圍堰擋水、汛期淹沒基坑。導(dǎo)流建筑物主要包括導(dǎo)流隧洞、上下游土石圍堰及廠房圍堰。其中，上游土石圍堰為Ⅳ級建筑物，其擋水標(biāo)準(zhǔn)選用枯水期11～4月10年一遇最大瞬時流量Q=1 890 m3/s，設(shè)計擋水水位為203.91 m。圍堰采用雙戧堤粘土心墻加復(fù)合土工膜及三排防滲帷幕結(jié)構(gòu)，圍堰防滲施工采用塑性灌漿方法，圍堰堰頂高程204.5 m，第一階段塑性灌漿鉆孔高程187.0 m，第二階段灌漿鉆孔高程192.0 m。

2 塑性灌漿設(shè)計

2.1 上游圍堰位置地質(zhì)情況

上游圍堰原河床覆蓋層厚（5.0～6.0）m，由于導(dǎo)流洞進(jìn)口段開挖棄渣及其圍堰拆除等原因，導(dǎo)致覆蓋層最大厚度已超過13.0 m，河床覆蓋層上部主要為砂、砂礫石、河砂，底部為塊石及少量砂礫石，透水性較強(qiáng)，是防滲灌漿的主要對象。覆蓋層上部為粘土，粘土上部為約1.0 m厚的塊石填碴，最大尺寸大于 50 cm。河床基巖面高程（169～177）m，堰基為白云巖，河床相對隔水層（q＜5Lu）巖體頂板高程為155.9m。

2.2 幕體厚度設(shè)計

式中H、h分別為帷幕上、下游面計算高程處的測壓管水頭（m）；[J]為灌漿帷幕允許滲流水力梯度，一般取 3～5。

江口上游圍堰擋水水位203.91 m，河床底高程一般為175 m。綜合考慮計算結(jié)果及地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、使用期限等方面的因素，設(shè)計最后確定上游圍堰采用3排孔，通過灌漿形成（4～6）m厚的防滲帷幕體。底部要求進(jìn)入基巖2.0 m，上部與粘土心墻搭接長度為3.0 m。由于是在動水情況下灌漿，參照以往施工經(jīng)驗，孔排距分別定為1.5 m和2.0 m。

2.3 漿液類型

電站處于石灰?guī)r溶地區(qū)，圍堰基礎(chǔ)主要由漂石、塊石夾少量砂礫石以及施工過程中的棄碴組成。堰基孔隙大、透水性強(qiáng)，灌漿施工中還存在一定的滲透水壓力和滲透流速，其防滲處理比較適合采用低水灰比，摻少量穩(wěn)定劑形成有一定塑性屈服強(qiáng)度和流變性能的穩(wěn)定水泥漿液。這樣可避免漿液過分流失，省去排除漿液多余水份的灌漿時間，且不會因灌漿后漿液繼續(xù)析水而留下空隙，可提高結(jié)石強(qiáng)度及抗?jié)B性。

經(jīng)綜合考慮成本因素后，本工程上下游排采用混合漿液，即在漿液中摻人一定量的粉煤灰以取代水泥，節(jié)約成本。中間排采用穩(wěn)定漿液，即在漿液中加入少量的膨潤土和塑化劑。

2.4 灌漿壓力及方式

灌漿壓力為（0.20～0.50）MPa，鉆孔時壓入水量Q≥50 L/min，則采用純壓式灌漿方法，若Q＜50 L/min，則采用循環(huán)式灌漿方法。

3 塑性灌漿施工

3.1 施工工藝流程

3.2 鉆 孔

測量放樣—→固機(jī)—→調(diào)整角度—→Φ/75 mm鉆至粘土層底—→下Φ/73 mm套管到—→粘土層底—→Φ46 mm鉆至設(shè)計孔深—→自下而上分段灌漿—→封孔—→結(jié)束。

鉆孔均采用沖擊器開孔，穿過粘土進(jìn)入砂卵層時再改用XY-2PC地質(zhì)鉆機(jī)帶Φ46 mm金鋼石全斷面鉆頭一次鉆入設(shè)計孔深，自下而上分段灌漿。

11.2.6 防治雜菌：在埋段后如發(fā)現(xiàn)裂褶菌、樹舌等雜菌，應(yīng)用利器將污染處刮去，涂上濃福爾馬林或波爾多液，感染嚴(yán)重的將雜菌菌段燒掉。細(xì)菌性病害首先保持通風(fēng)，適當(dāng)降低溫度和空氣相對濕度，減少溫差；第二是發(fā)病時及時用藥，控制病害程度，選擇國家規(guī)定的殺菌劑進(jìn)行防治。

3.3 灌 漿

3.3.1 灌漿材料

（1）水泥：425#普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求通過 80μm的方孔篩，篩余量不超過5%，性能滿足GB175-92標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求。

（2）粉煤灰：細(xì)度和質(zhì)量要求滿足一級粉煤灰要求，燒失量小于8%。

（3）膨潤土：液限應(yīng)大于400%，小于0.08 mm顆粒含量應(yīng)大于80%。

（4）塑化劑：含固量大于95%；細(xì)度為60目篩余＜15%；pH 值 7～9。

3.3.2 灌漿順序

先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排，每排先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

3.3.3 灌漿漿液

根據(jù)設(shè)計要求，上下游排采用混合漿液，漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=1∶2∶1.5；中間排采用穩(wěn)定漿液，漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=7∶1∶4，并在穩(wěn)定漿液中摻入總灰量（水泥與粉煤灰的總和）1%的膨潤土和1.3%的塑化劑。漿液比重在1.75 g/cm3以上。

3.3.4 灌漿壓力

下游排、上游排Ⅰ序孔灌漿進(jìn)漿壓力一般為0.5 MPa，上游排的Ⅱ序孔及中間排進(jìn)漿壓力一般控制在（1.0～1.5）MPa。

3.3.5 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)灌漿注入率Q≤0.5L/min時，再持續(xù)30 min；或每米單耗（干料）達(dá)3 t時，均可結(jié)束該段灌漿。

3.3.6 特殊情況處理

在施工中主要碰到地表面冒漿而不易封堵的情況，一般采用間歇灌漿或掃孔后復(fù)灌的方法。

3.3.7 灌漿質(zhì)量檢查

塑性灌漿施工結(jié)束7 d后，鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗，壓水試驗壓力0.3 MPa。驗收合格標(biāo)準(zhǔn)：透水率q≤10 Lu。共布置6個檢查孔。

4 灌漿效果分析

塑性灌漿孔完成166個，總進(jìn)尺2419.14m，灌漿總段長1 479.85 m，純灌入水泥1 394.5 1t，平均單位耗灰量942.3 kg/m。在灌漿過程中，下游排采用的灌漿壓力相對較小，而上游排部分Ⅰ序孔和全部Ⅱ序孔及中間排各孔采用的灌漿壓力相對較大，因而中間排Ⅰ序孔單耗＞3 000 kg/m的孔段最多，但中間排Ⅱ序孔＜200 kg/m的孔段出現(xiàn)的頻率最大，遠(yuǎn)大于其它各排Ⅱ序孔，表明灌漿效果較好。由于上游圍堰砂卵石層較厚，鉆孔時很難取到砂卵石芯樣，一般孔均用Φ56 mm鉆具鉆進(jìn)，自上而下分段作壓水試驗，壓水采用單點法，壓力為0.3 MPa。根據(jù)壓水試驗結(jié)果，灌漿效果良好，透水率均滿足設(shè)計要求。

5 結(jié) 論

江口水電站上游圍堰防滲施工采用塑性灌漿施工方案在技術(shù)上是可行的，實際運行中基坑滲水小，表明灌漿效果良好，達(dá)到預(yù)期目的，這對于類似地層施工中防滲處理具有一定的借鑒意義。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)實際施工情況對灌漿壓力作適當(dāng)調(diào)整，灌注孔隙率大或較松散的砂卵石層時，可采用（0.2～0.5）MPa壓力，但在灌注級配良好的砂卵石層，尤其是粉細(xì)砂層時，應(yīng)將灌漿壓力適當(dāng)提高。與高噴灌漿相比，塑性灌漿工藝簡單，受其他條件限制少、造價低、工期短，一般不會發(fā)生質(zhì)量問題，施工質(zhì)量易于控制。塑性灌漿作為一種新的施工工藝，在灌漿壓力、漿液配比、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等方面有待進(jìn)一步的探討和研究。