可控雙液灌漿技術(shù)在壩基防滲堵漏工程中的應(yīng)用

譚勇黃立新張素華

（1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007；2.湖南五凌電力工程有限公司 長沙市 410004）

1 工程概況

土木溪水電站位于湖南省張家界市永定區(qū)三岔鄉(xiāng)境內(nèi)，屬澧水一級支流九斗溪上游。土木溪水庫大壩位于張家界市永定區(qū)三岔鄉(xiāng)許家莊村境內(nèi)，澧水河一級支流九渡溪的上游——土木溪。河流自西南向東北注入澧水，壩址處河流走向?yàn)?0°。兩岸山體高程（460～520）m。河谷峽窄，河床寬度（50～80）m。河谷斷面呈不對稱的“U”字型。

土木溪水庫壩址以上控制流域面積93.384 km2，干流長度18.72 km，干流平均坡降10.63‰。多年平均徑流總量0.75億m3，多年平均徑流量2.31 m3/s。土木溪水庫總庫容1 319萬m3。兩級電站總裝機(jī)15 600 kW，多年平均發(fā)電量4 340萬kW·h，同時向張家界市城市供水規(guī)模為5萬t/d，是以發(fā)電為主，結(jié)合供水、防洪的中型水利水電工程。

由于修建大壩時壩基及壩肩基礎(chǔ)處理不到位，加之地質(zhì)條件復(fù)雜，順河向卸荷裂隙發(fā)育，水庫修建好之后，壩基及壩肩出現(xiàn)大量漏水，漏水量達(dá)到1.0 m3/s以上，嚴(yán)重影響大壩安全運(yùn)行和電站效益保證。之前多家單位曾進(jìn)行過灌漿防滲處理，但效果甚微，未能從根本上解決大壩滲漏問題。

2 工程、水文地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

通過地質(zhì)勘探查明，庫區(qū)地層為震旦系板溪群五強(qiáng)溪組灰綠色、紫紅色中～厚層長石砂巖。一級電站隧洞0+700 m段為五強(qiáng)溪組砂巖，700+3 500 m段為震旦系陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r，其間遇楊家山～三岔區(qū)域斷層通過。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

（1）褶皺：工程地區(qū)處于天門山——黃洞向斜的南西冀和金珠山——管山到轉(zhuǎn)背斜的北西冀的過渡段。

（2）斷層：自北西向南西方向依次出現(xiàn)三條大的區(qū)域性斷層。

三望坡逆斷層（馬子坪～莊家峪）：走向NE，傾向NW，傾角50°，距壩址左岸700 m通過。

南公塌～三岔道斷層：走向NE，傾向NW，傾角50°，距壩址左岸6.5 km通過。

觀音山～毛家?guī)X正斷層：走向NE，傾向NW（庫內(nèi)），從水庫右岸5.5 km通過。

2.3 右岸壩肩工程地質(zhì)條件

壩址處河床為U型，河床右岸壩肩上發(fā)育二級滑坡，受地形、構(gòu)造和巖性影響，巖體完整性差，強(qiáng)風(fēng)化埋深達(dá)20 m以上，順坡向卸荷裂隙發(fā)育，部分鉆孔中出現(xiàn)掉鉆（20～50）cm，鉆進(jìn)無回水，甚者從鉆孔內(nèi)可聽到流水聲。此外，層間錯動、軟弱夾層亦較發(fā)育，控制邊坡穩(wěn)定與變形。壩肩內(nèi)風(fēng)化變形巖體、卸荷裂隙、強(qiáng)透水層是防滲處理的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

3 選擇水泥-水玻璃雙液灌漿的原由

針對壩基及壩肩特殊的水文、工程地質(zhì)條件，采用單一水泥漿液進(jìn)行防滲處理，漿液需要一定的時間后才能凝固，對于裂隙發(fā)育、透水性強(qiáng)、可灌性好的透水介質(zhì)，動水條件下漿材凝固前可能被流水帶走，漿材消耗多，很難形成理想幕體。為了阻止地下水流動使?jié){液在粗大孔隙內(nèi)快速流失，快速形成有效的防滲幕體，在水泥漿液中加入一定量的速凝劑-水玻璃混合后，短時間內(nèi)漿液粘滯度增加，減緩漿液擴(kuò)散速度，控制擴(kuò)散半徑。隨著灌入量增多，時間增長，膠體越來越多，強(qiáng)度也會越來越高，最終水泥水玻璃雙液漿結(jié)石體堵塞水體滲漏途徑，形成帷幕，使之既達(dá)到防滲止漏、又節(jié)省材料降低造價(jià)的目的。

4 強(qiáng)滲漏地層可控雙液灌漿施工技術(shù)

雙液灌漿技術(shù)即水泥-水玻璃灌漿是利用水玻璃硅酸鈉和水泥水解產(chǎn)生氫氧化鈣的快速反應(yīng)，生成凝膠狀水化硅酸鈣，充填節(jié)理和空隙，達(dá)到堵水防滲和控制擴(kuò)散半徑的目的。雙液灌漿膠凝時間是隨漿液的濃度和水玻璃濃度摻量不同而變化的。由于節(jié)理裂隙大小、充填水體多少和地下水流速的不同，須根據(jù)地層實(shí)際灌入量情況，調(diào)整水泥水玻璃配比[1]、混合方式、凝膠時間等。

4.1 可控雙液灌漿混合的主要方式及特點(diǎn)

在雙液灌漿過程中，根據(jù)不同地質(zhì)情況，雙液混合方式分別有孔口混合直接灌注、攪拌桶內(nèi)混合單管灌注和孔內(nèi)混合雙管灌注等，三種雙液漿液混合方式的使用及特點(diǎn)如下：

（1）雙液孔口混合直接灌注法。即水玻璃和水泥漿液在孔口附近混合后直接灌入孔內(nèi)。本方法多在孔口無壓力、吸漿量大，漿液處在自流狀態(tài)的孔段中采用。根據(jù)孔內(nèi)漏漿情況不同，水玻璃摻入比例5%～30%不等。其特點(diǎn)是工藝最簡單，操作方便，見效快，在漏量很大的淺部孔段中使用效果更明顯。

（2）雙液攪拌桶內(nèi)混合單管灌注法。即將計(jì)量好的水玻璃溶液配制好后，再加入水泥，攪拌均勻后輸入灌段。本方法適用性廣，操作簡便，但水玻璃摻量一般不能太多，以3%～8%為宜。不足的是，灌注時間太長后易于堵塞。因此，攪拌桶應(yīng)盡量靠近孔口，保持管道通暢。若配合采取單液-雙液交替灌注等工藝措施，則灌注過程和效果將更為理想。

（3）雙液孔內(nèi)混合雙管灌注法。即將配制好的水泥漿液和水玻璃溶液通過兩套管路輸送到孔內(nèi)，經(jīng)過特制的孔內(nèi)混合器混合后灌入灌段內(nèi)。根據(jù)孔內(nèi)情況不同，水玻璃摻用比例一般為5%～20%之間。其特點(diǎn)是漿液在灌段內(nèi)混合，膠凝時間和灌入量可以按配比調(diào)整控制，堵塞效果好，操作較簡便，適用性廣。

4.2 土木溪水電站可控雙液灌漿混合灌注工藝流程

鑒于壩基及壩肩地質(zhì)條件十分復(fù)雜，各灌段的節(jié)理裂隙發(fā)育情況、透水性強(qiáng)弱、吸漿量大小又各不相同，單一的灌漿工藝不能完全適合變化復(fù)雜的地質(zhì)條件，因此，在施工過程中，須根據(jù)實(shí)際的不同地質(zhì)情況，及時設(shè)計(jì)有針對性的灌注工藝和采取各種保證措施。在土木溪水電站防滲堵漏施工時，在防滲堵漏灌漿過程中，除了常規(guī)水泥灌漿經(jīng)常采用的各種堵塞方式和限壓限流、間歇灌注、停灌待凝等措施外，主要采用以下幾種工藝：

（1）定配比連續(xù)灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W1至W35，節(jié)理裂隙有部分充填、連通性不太好、壩體及壩基近距離有串漿、冒漿、漏漿情況，在雙液漿灌注過程中，采用一個配比連續(xù)灌注結(jié)合雙液攪拌桶內(nèi)混合單管灌注法至正常灌漿結(jié)束。

（2）變配比連續(xù)灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W45至W70，孔深相對較淺，節(jié)理裂隙發(fā)育、栓塞不能止水、鉆進(jìn)時無回水、右壩肩串漿、冒漿、漏漿現(xiàn)象嚴(yán)重、多個灌段預(yù)充填時無壓力，滲漏較嚴(yán)重。在雙液漿灌注過程中根據(jù)吸漿情況將配比變換灌注，同時結(jié)合雙液孔口混合直接灌注法直至達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（3）變配比間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注。本工程中的帷幕灌漿孔W36至W45，節(jié)理裂隙相當(dāng)發(fā)育，鉆孔時巖芯相當(dāng)破碎，全孔無回水，滲漏嚴(yán)重、串漿、冒漿、漏漿現(xiàn)象十分嚴(yán)重，鉆孔探明與壩下大滲漏通道相通，是本次灌漿的重要位置。因滲漏通道較大，同時有動水影響，采用雙液漿灌注一次不能正常結(jié)束，為確保漿液有效灌注，同時保證漿液足夠填滿空隙，為防止雙液漿堵塞混合器而沖洗灌具和鉆孔，不致使灌段充填不夠?qū)е路钦＝Y(jié)束，采用雙液漿間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注，間歇時間一般為（10～30）min，視灌注雙液漿配比和實(shí)際情況決定，重新灌注時，一般變換配比，或濃或稀，直至達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；在采取雙液漿灌注一段時間后又改用純水泥漿灌注，必要時用清水灌注，多次交替反復(fù)，靈活掌握。施工時，采用變配比間歇灌注和單液-雙液漿交替灌注法結(jié)合雙液漿攪拌桶內(nèi)混合單管灌注法和孔口混合直接灌注法直至正常結(jié)束。

5 可控雙液灌漿效果分析

（1）通過壩基及壩肩灌前灌漿孔及灌后質(zhì)量檢查孔所取巖芯的對比分析，灌漿孔在施工過程中，巖芯較破碎，多呈短柱狀或塊狀，鉆進(jìn)時孔壁嚴(yán)重掉塊、垮塌、卡鉆，施工時多數(shù)孔段鉆進(jìn)時都沒有回水，成孔較難，施工速度較慢。在灌后質(zhì)量檢查孔施工中，巖芯多呈長柱狀，大部分裂隙均被水泥結(jié)石充填，膠結(jié)緊密。說明壩基及壩肩經(jīng)過可控雙液漿灌注后，壩基及壩肩空洞和裂隙基本已被水泥漿充填，壩基及壩肩巖層的完整性得到了有效改善，滲漏通道被有效封堵，灌漿封堵效果較好。

（2）雙液灌漿施工前后，下游漏水情況對比見圖 1、圖 2。

通過灌漿前后滲漏情況對比，雙液灌漿后，壩下游漏水基本消失，滲漏通道被有效封堵，灌漿效果較好。

（3）經(jīng)過可控雙液漿灌注后，壩后漏水點(diǎn)基本消失，灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)透水率全部小于5 Lu，全部滿足設(shè)計(jì)要求，說明滲漏通道被有效封堵，灌漿效果好。

圖1 灌漿前漏水點(diǎn)滲漏情況照片

圖2 灌漿后漏水點(diǎn)滲漏情況照片

6 結(jié) 語

（1）通過工程實(shí)踐證明，在強(qiáng)透水、大滲漏地層中采用以水泥-水玻璃漿液灌注方法為主的一整套灌漿堵漏方法和工藝技術(shù)是行之有效的，和常規(guī)灌漿方法相比，既具有能有效控制漿液擴(kuò)散范圍，克服強(qiáng)滲漏、節(jié)理裂隙發(fā)育地層灌漿經(jīng)常遇到的串冒漏漿嚴(yán)重、無法達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的困難，增加有效灌注量，擴(kuò)大有效充填半徑，促使幕體和空隙內(nèi)堵體形成，同時又具有節(jié)省工程量，減少灌漿材料損耗，降低成本，提高工效等優(yōu)越性。

（2）水泥-水玻璃雙液灌漿，合理選擇配比至關(guān)重要，這也是已往許多工程未能推廣開展的關(guān)鍵原因之一。事實(shí)證明，室內(nèi)配比試驗(yàn)是十分必要的，但不顧具體地質(zhì)情況，照搬室內(nèi)試驗(yàn)最優(yōu)配比，或只按一個設(shè)計(jì)配比實(shí)施，不一定能取得滿意的效果。

（3）要保證雙液灌漿的實(shí)施效果，達(dá)到工程量少，成本低，又能實(shí)現(xiàn)有效控制的目的，必須仔細(xì)地分析地質(zhì)情況，及時設(shè)計(jì)制定和采用各種有針對性的灌注工藝和措施，這是保證雙液灌漿效果的關(guān)鍵。在土木溪水電站工程，除了常規(guī)灌漿采用的方法和措施外，與雙液灌漿配套的工藝和方法主要是：

① 對孔口段和大空隙段采用反復(fù)復(fù)灌的多種栓塞灌注方法。

② 在雙液灌漿前實(shí)施的預(yù)充填過程。

③ 根據(jù)不同地質(zhì)條件，堅(jiān)持靈活運(yùn)用雙液孔口混合直接灌注法、雙液攪拌桶內(nèi)混合單管灌注法和雙液孔內(nèi)混合雙管灌注法等多種雙液漿混合灌注方式。

④ 在混合灌注的工藝流程上，堅(jiān)持靈活運(yùn)用定配比連續(xù)灌注、變配比連續(xù)灌注、變配比間歇灌注和單液-雙液交替灌注等多種方式。

［1］龔高武，吳毅.松散滲透水地層內(nèi)防滲堵漏雙液灌漿技術(shù)研究[A].地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會論文集[C].北京∶中國水利水電出版社，2009.