改性環(huán)氧樹脂在兩河口水電站帷幕灌漿中的應(yīng)用

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061)

1 工程概況

兩河口水電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段，壩址控制流域面積6.57萬km2，多年平均流量666m3/s。為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，正常蓄水位高程2865.00m，總庫容為107.67億m3。電站裝機容量3000MW，多年平均年發(fā)電量110億kW·h。礫石土直心墻堆石壩最大壩高為295m，壩頂高程2875m，河床部位心墻底開挖高程2580m。大壩帷幕灌漿通過沿心墻基礎(chǔ)面布設(shè)的河床基礎(chǔ)灌漿廊道，左、右兩岸分層設(shè)置的灌漿平洞及左、右兩岸蓋板進行。左、右兩岸分別在高程2575.50m、2640.00m、2700.00m、2760.00m、2820.00m、2875.00m處設(shè)置了六層帷幕灌漿平洞，各層平洞軸線位于同一豎直斷面內(nèi)。河床灌漿廊道和左、右兩岸灌漿平洞基礎(chǔ)布置兩排灌漿帷幕，左、右岸壩肩蓋板基礎(chǔ)布置三排灌漿帷幕(即三角區(qū)帷幕)，帷幕灌漿底線高程2640以下比高程2575.5m底層灌漿平洞低9.5m，高程2640m以上帷幕灌漿底線比下層灌漿平洞低8m。河床廊道基礎(chǔ)帷幕及左、右兩岸底層灌漿平洞基礎(chǔ)帷幕為鉛直帷幕，其他各層灌漿平洞及左、右岸壩肩蓋板基礎(chǔ)灌漿帷幕為傾向上游的斜孔帷幕，上下相鄰兩層灌漿平洞基礎(chǔ)帷幕通過設(shè)置于下層平洞朝向上游的搭接帷幕連接。防滲要求按透水率不大于1Lu控制。

地層巖性：左岸邊坡出露地層巖性為三疊系上統(tǒng)兩河口組中、下段(T3lh1、T3lh2)砂板巖，堆石壩心墻部位主要為T3lh2(2)-①層變質(zhì)粉砂巖；右壩肩邊坡主要由三疊系上統(tǒng)兩河口組下段(T3lh1)及中段(T3lh2)地層組成，其巖性以變質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖為主，向下游漸變?yōu)榉凵百|(zhì)板巖夾絹云母板巖，以及粉砂質(zhì)板巖與絹云母板巖互層。巖層產(chǎn)狀為N60°～75°W/SW∠60°～75°，與河流近垂直相交。

物理地質(zhì)作用：壩址工程樞紐區(qū)巖體主要為砂、板巖，巖石抗風(fēng)化能力較強，風(fēng)化作用主要沿斷層、錯動帶和裂隙等弱面進行，以裂隙式風(fēng)化和夾層狀風(fēng)化為主要特點。壩址區(qū)巖體卸荷主要沿已有構(gòu)造結(jié)構(gòu)面進行。主要表現(xiàn)如下：

a.強卸荷帶內(nèi)主要沿順坡向中、陡傾角裂隙普遍張開，順坡向裂隙普遍充填次生泥、巖屑；隱裂隙顯現(xiàn)，裂隙多松弛張開0.5～15cm，滲滴水；弱卸荷帶中裂隙張開較少，局部充填泥膜。

b.卸荷帶深度隨岸坡結(jié)構(gòu)、局部地形地貌差異變化較大。岸坡弱卸荷水平深度10～129m，強卸荷在岸坡局部出現(xiàn)，水平深度0～79m。岸坡卸荷的總體規(guī)律是：隨著高程的增加，卸荷深度增大。

2 三角區(qū)防滲帷幕水泥灌漿施工情況

2.1 三角區(qū)防滲帷幕水泥灌漿原材料試驗檢測

a.普通水泥原材料檢測。左右岸三角區(qū)高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間共完成水泥檢測136批次，檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求[1]，檢測結(jié)果見表1。

表1 帷幕灌漿普通水泥檢測試驗成果統(tǒng)計

b.左右岸三角區(qū)高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間共完成磨細水泥檢測10批次，檢測結(jié)果均滿足規(guī)范及設(shè)計要求，檢測結(jié)果見表2。

2.2 三角區(qū)防滲帷幕水泥灌漿施工工藝

左右岸三角區(qū)帷幕設(shè)計3排灌漿孔，水平孔距2.0m，排距1.0m，梅花形布置，孔向傾向上游5°，排內(nèi)分兩序由低到高施工，最大帷幕灌漿深度為74.5m，采用自上而下分段、孔口封閉灌漿法，按2m、3m、5m等的分段方式，采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1的細水泥漿液灌漿，起始水灰比3∶1，遇灌前壓水流量大于30L/min時采用普通水泥漿液灌注，起始水灰比3∶1。施工時安排專人觀測抬動變化，嚴格控制施工抬動變形，要求無抬動灌漿施工[2-3]，詳見表3。

表2 帷幕灌漿磨細水泥檢測成果統(tǒng)計

表3 三角區(qū)帷幕水泥灌漿分段方式及壓力

2.3 三角區(qū)防滲帷幕水泥灌漿施工完成情況

左右岸三角區(qū)高程2700m以下水泥灌漿共完成18個單元(左右岸各9個單元)，平均注灰量為30.89kg/m，Ⅰ序孔注灰量為37.27kg/m，Ⅱ序孔注灰量為24.46kg/m，平均單耗低，表明砂、板巖地層的可灌性較差。灌后檢查孔壓水7個單元一次檢查合格，合格率偏低(38.9%)，不合格孔段均在孔深20m以上，孔深20m以下均一次檢查合格。采用普通水泥和磨細水泥嚴格按照設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求多次補灌后，部分孔段的透水率仍處于1～3Lu之間，說明在三角區(qū)巖石側(cè)向埋深淺、抗抬能力弱、高處孔宜通過順坡向裂隙向低處孔串漿并引起低處孔頻繁抬動和劈裂的條件下，用普通水泥和磨細水泥補灌仍無法達到透水率不大于1Lu設(shè)計防滲標準。

3 三角區(qū)防滲帷幕水泥灌漿施工分析

綜合分析地質(zhì)條件和物探檢測資料，對左岸三角區(qū)帷幕淺表部灌漿質(zhì)量有影響的主要有2組優(yōu)勢裂隙，分別為N65°W/SW∠70°～80°陡傾角裂隙及N30°～75°E/NW(SE)∠65°～85°中等傾角裂隙，且兩組裂隙相互切割；對右岸三角區(qū)帷幕淺表部灌漿質(zhì)量有影響的主要有2組優(yōu)勢裂隙，分別為N75°～90°W/SW(NE)∠75°～80°陡傾角裂隙及N30°～40°W/NE∠40°～50°中等傾角裂隙。水泥灌漿后壓水檢查時，壓力水易擊穿順坡發(fā)育的陡傾角—中等傾角裂隙薄弱結(jié)構(gòu)面，通過卸荷裂隙薄弱結(jié)構(gòu)面形成近似垂直坡面方向的滲漏通道，并引起淺部產(chǎn)生抬動變形或劈裂，造成壓水檢查不合格。

左右岸三角區(qū)帷幕灌漿施工存在如下困難：不利地質(zhì)條件帶來的高灌低串、易劈裂抬動、可灌性差，且部分灌孔采用水泥灌漿后壓水試驗無法達到設(shè)計防滲標準；高陡邊坡帶來的安全風(fēng)險大、施工困難等。

4 三角區(qū)防滲帷幕改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿施工情況

為保證三角區(qū)防滲帷幕灌漿施工質(zhì)量及永久防滲性能，經(jīng)與目前市場上其他化學(xué)灌漿材料(如：水玻璃、聚氨酯、丙烯酸鹽、硅溶膠等)對比，改性環(huán)氧樹脂具有起始黏度低、可操作時間長、抗壓強度高、黏結(jié)強度高、耐久性好、防滲效果好等優(yōu)特點，且已完工水電站工程有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗，經(jīng)分析后采用改性環(huán)氧樹脂進行化學(xué)灌漿生產(chǎn)性試驗。

4.1 三角區(qū)防滲帷幕改性環(huán)氧樹脂灌漿原材料試驗檢測

左右岸三角區(qū)高程2581～2700m帷幕灌漿施工期間，改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料委托國內(nèi)具有專業(yè)檢測資質(zhì)的機構(gòu)進行檢測，檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，檢測成果見表4。

表4 改性環(huán)氧樹脂檢測結(jié)果統(tǒng)計

4.2 三角區(qū)防滲帷幕改性環(huán)氧樹脂灌漿施工工藝

左右岸三角區(qū)帷幕化學(xué)灌漿在相應(yīng)部位水泥灌漿施工完成后實施，化學(xué)灌漿孔布置在上、下游排水泥灌漿孔軸線上，與水泥灌漿孔交錯布置，共布置2排孔，排內(nèi)分兩序由低到高施工，孔向與水泥灌漿孔一致，孔徑56mm，采用“自下而上、分段卡塞、純壓式”灌漿法?；瘜W(xué)灌漿孔深入基巖20～30m并深入下層基巖5m，孔深、分段根據(jù)工程地質(zhì)條件和施工情況可適當調(diào)整。施工時分級升壓，嚴格控制抬動變形，要求無抬動灌漿。施工采用PSI系列改性環(huán)氧樹脂材料，型號分為PSI-501和PSI-530，PSI-501漿材配比為A∶B=9∶1，PSI-530漿材配比為A∶B=8.5∶1?；瘜W(xué)灌漿適當延長灌漿時間，各段灌漿結(jié)束后進行閉漿，待壓力表壓力歸零后再施工下一段(漿液返流孔段適當延長閉漿時間)。大吸漿孔段采取限流、限壓、間歇、灌注速凝漿液等技術(shù)措施或采用總量控制原則(避免漿液向幕體外擴散浪費)，在保證質(zhì)量的前提下節(jié)約漿材；出現(xiàn)串漿時，及時封堵被串漿孔并繼續(xù)灌注至結(jié)束，嚴禁多個孔段同時灌注，避免群孔效應(yīng)；孔口返漿的孔采取復(fù)灌措施并保持孔口封閉狀態(tài)，至漿液達到初凝狀態(tài)時起塞。三角區(qū)帷幕化學(xué)灌漿結(jié)束后，灌漿段以上部分(0～0.5m)封孔采用0.38∶1∶1的水泥砂漿封填密實并壓抹齊平。詳見表5～表6。

表5 三角區(qū)帷幕化學(xué)灌漿分段方式及壓力

表6 三角區(qū)帷幕檢查孔分段及壓水試驗壓力

4.3 三角區(qū)防滲帷幕改性環(huán)氧樹脂灌漿施工措施及完成情況

三角區(qū)帷幕改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿生產(chǎn)性試驗(右岸4單元)施工用時1個月，完成灌漿350.40m，灌注環(huán)氧樹脂791.15kg，孔占量1966.80kg，廢棄漿液27.90kg，單元平均單位注入量為2.26kg/m(不含孔占)?；瘜W(xué)灌漿試驗共完成灌漿42段，純灌漿總用時7805min，平均每段純灌用時186min(3.1h)。灌后檢查孔入巖深度25m，壓水檢查最大透水率0.02Lu，最小透水率0.00Lu，滿足透水率不大于1Lu的設(shè)計防滲標準，表明采用改性環(huán)氧樹脂進行化學(xué)灌漿效果明顯，同時提高了施工功效。

化學(xué)灌漿生產(chǎn)性試驗施工總結(jié)后，左右岸三角區(qū)高程2700m以下帷幕共完成化學(xué)灌漿11個單元，灌漿2465.4m，灌注環(huán)氧樹脂8293.83kg，平均單位注入量為3.36kg/m。根據(jù)檢查孔的鉆孔全景圖像成果統(tǒng)計分析，孔深20m以上平均每米約1～2條裂隙，孔深20m以下平均每米約1條裂隙，且水泥灌漿后僅有少數(shù)微細裂隙沒有得到充填，此類微細裂隙在改性環(huán)氧樹脂灌漿后已經(jīng)充填飽滿?；炷僚c基巖均結(jié)合緊密，裂隙內(nèi)有明顯化學(xué)漿液結(jié)石充填，灌漿效果明顯。先導(dǎo)孔鉆孔取芯22個，檢查孔鉆孔取芯36個，先導(dǎo)孔的巖芯獲得率為86.0%，檢查孔的巖芯獲得率為94.8%，灌漿后巖體完整性較灌前有明顯提高。左右岸三角區(qū)帷幕灌漿后壓水檢查18個單元，一次檢查合格17個單元，不合格單元經(jīng)化學(xué)漿材加強灌漿后已復(fù)檢合格，均達到了透水率不大于1Lu設(shè)計防滲標準，合格18個單元，合格率100%，優(yōu)良17個單元，優(yōu)良率94.4%。

5 結(jié) 論

經(jīng)分析施工數(shù)據(jù)并結(jié)合施工實踐經(jīng)驗總結(jié)，為保證左右岸三角區(qū)防滲帷幕灌漿質(zhì)量，使用普通水泥灌漿后壓水檢查不合格單元，透水率在1～3Lu時可采用改性環(huán)氧樹脂進行化學(xué)灌漿加強處理。左右岸高程2581～2700m三角區(qū)防滲帷幕灌漿施工資料齊全、數(shù)據(jù)可靠、質(zhì)量合格。通過改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿單位注漿量和檢查成果分析總結(jié)，證明采用改性環(huán)氧樹脂進行化學(xué)灌漿處理是可行的，且灌漿效果明顯，進一步提升了防滲帷幕施工質(zhì)量，既保證了三角區(qū)防滲帷幕灌漿施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，又保證了大壩心墻有序填筑施工。通過采用改性環(huán)氧樹脂化學(xué)材料以及合適的施工工藝、質(zhì)量控制措施等，三角區(qū)帷幕灌漿取得了很好的效果，給類似工程施工提供了參考。

考慮三角區(qū)高程2700m以上巖石完整性變差，卸荷裂隙發(fā)育深度加深，為保證帷幕防滲性能和方便施工，三角區(qū)防滲帷幕灌漿施工后續(xù)將采取以下工藝流程和措施：帷幕軸線蓋板增設(shè)抗抬錨桿→加長孔口管鑲鑄深度→適當降低淺層段洗孔、壓水及灌漿壓力→主帷幕上游側(cè)增設(shè)輔助帷幕→水泥灌漿后壓水檢查透水率1～3Lu的采用改性環(huán)氧樹脂進行加強灌漿處理→心墻填筑前進行混凝土與基巖接觸面質(zhì)量普查。

考慮灌漿平洞洞口受岸坡和平洞雙重爆破開挖作用影響，巖體松弛，卸荷裂隙發(fā)育，巖體整體完整性差，后續(xù)將對洞口封堵段及影響區(qū)進行水泥加強灌漿處理，并視具體情況采用改性環(huán)氧樹脂進行加強灌漿處理。