老撾南俄3水電站大壩帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)及成果分析

劉 煒， 馬 旭, 羅 英

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南俄3(Nam Ngum3)水電站位于老撾中部Xaysomboune(賽松本)省，壩址區(qū)距首都萬(wàn)象公路里程260 km，是南俄河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第3級(jí)(自下游向上)，為引水式電站，以發(fā)電為主，壩址位于南俄河和南帕河交匯口以上4.5 km處。樞紐主要由混凝土面板堆石壩、左岸3孔岸邊溢洪道、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)和岸邊地面廠房組成?；炷撩姘宥咽瘔螇雾敻叱?29.5 m，壩頂寬8 m，最大壩高210 m，壩頂長(zhǎng)度為518.5 m。大壩上游坡比為1∶1.4，下游綜合坡比為1∶1.49。

南俄3水電站壩址區(qū)河谷呈“V”型，兩岸岸坡自然坡度為46°～55°，局部呈陡崖，兩岸沖溝發(fā)育，切割深度較大，地表植被豐茂。壩址地層巖性包括沖積層、殘崩積層和沉積巖類(lèi)的砂巖、粉砂巖、泥巖類(lèi)以及弱-淺變質(zhì)巖板巖、砂巖類(lèi)和深變質(zhì)巖片麻巖類(lèi)。河床基巖裸露，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，兩岸壩基卸荷、風(fēng)化較深，巖體相對(duì)較完整，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不太發(fā)育。

由于南俄3水電站庫(kù)區(qū)死水位(壩基高程525 m)高程670 m以下無(wú)放空設(shè)施，如果防滲帷幕出現(xiàn)問(wèn)題將無(wú)法補(bǔ)救，嚴(yán)重影響到庫(kù)區(qū)的正常蓄水，而且防滲帷幕的成敗與否關(guān)系到大壩的安全與穩(wěn)定。因此，在大面積施工帷幕灌漿前必須先進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)以確定帷幕灌漿的相關(guān)參數(shù)、灌漿材料、施工工藝等，用以指導(dǎo)后續(xù)帷幕灌漿施工，確保帷幕灌漿一次成功。

2 帷幕灌漿試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

2.1 帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)的選擇

為使帷幕灌漿試驗(yàn)具有較強(qiáng)的代表性，能反映壩基工程的特點(diǎn)，盡可能包含較多的地層和需灌漿處理的地質(zhì)缺陷，經(jīng)咨詢(xún)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工單位多次研究和實(shí)地踏勘，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將帷幕灌漿試驗(yàn)場(chǎng)地選在大壩河床段水平趾板上，范圍為壩左0+138.23～壩左0+170.73。

2.2 帷幕灌漿試驗(yàn)參數(shù)

灌漿試驗(yàn)分為兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)，均采用雙排梅花型布置，排距1.5 m，孔距分別為1.5 m和2 m，分三序施工，孔向?yàn)殂U直孔，最大灌漿壓力為3.5 MPa。兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)共布置帷幕灌漿試驗(yàn)孔34個(gè)，其中下游排17個(gè)，上游排17個(gè)。帷幕孔深為終孔段透水率q≤3 Lu且不小于30 m；帷幕灌漿檢查孔透水率合格標(biāo)準(zhǔn)為q≤3 Lu。試驗(yàn)區(qū)孔位布置情況見(jiàn)圖1。

2.3 帷幕灌漿試驗(yàn)孔施工工藝

圖1 試驗(yàn)區(qū)孔位平面布置圖

根據(jù)南俄3水電站大壩地質(zhì)條件和我公司在老撾已建工程的實(shí)踐,兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)灌漿方法均采用分段卡塞、自上而下(入巖15 m)與自下而上(15 m以下)相結(jié)合的“綜合灌漿法”。

3 帷幕灌漿試驗(yàn)的實(shí)施

3.1 鉆孔施工

鉆孔在趾板混凝土達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。采用XY-2B型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，先導(dǎo)孔、檢查孔采用金剛石鉆具清水鉆進(jìn)采取芯樣，灌漿孔采用沖擊式風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)。

3.2 鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)

按設(shè)計(jì)要求的孔深鉆孔結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，沖凈孔內(nèi)的巖粉與雜物，沖出孔內(nèi)殘余的巖粉鉆渣，沖洗完成后，孔內(nèi)殘?jiān)某恋砗穸炔坏贸^(guò)20 cm[1，2]。

灌漿孔灌漿前需進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，當(dāng)灌漿壓力<1 MPa時(shí)，壓水壓力為灌漿壓力；當(dāng)灌漿壓力≥1 MPa時(shí)，壓水壓力為1 MPa。壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次壓入流量并取最后的流量值作為計(jì)算流量。采用自下而上分段灌漿法時(shí)，灌漿前需進(jìn)行一次全孔簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)和孔底段簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。

檢查孔各孔段壓水試驗(yàn)壓力為該孔段最大灌漿壓力的80%，最大不超過(guò)2 MPa。在穩(wěn)定的壓力下，每3～5 min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的 10%或最大值與最小值之差小于1 L/min 時(shí)，該階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值[3]。

3.3 灌漿施工

3.3.1 灌漿方法

兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的灌漿方法均采用自上而下(入巖15 m)與自下而上(15 m以下)相結(jié)合的“綜合灌漿法”。

3.3.2 灌漿壓力與灌漿分段

帷幕灌漿試驗(yàn)分段長(zhǎng)度及灌漿壓力見(jiàn)表1。

表1 灌漿壓力及段長(zhǎng)劃分表

3.3.3 灌漿水灰比及漿液變換原則

(1)灌漿漿液遵循由稀到濃的原則逐級(jí)改變，其水灰比(重量比)為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等6個(gè)比級(jí)[4]。

(2)灌漿過(guò)程中定時(shí)測(cè)量漿液比重。

(3)灌漿時(shí)，當(dāng)灌漿壓力保持不變、吸漿量均勻減少時(shí)或當(dāng)吸漿量不變而灌漿壓力均勻升高時(shí)，灌漿工作必須持續(xù)下去，不得改變水灰比。

(4)漿液水灰比的變換原則：當(dāng)某一級(jí)水灰比的漿液已灌入300 L以上或灌注時(shí)間達(dá)30 min以上，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，改濃一級(jí)水灰比灌注。

(5)當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變漿。

3.3.4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

灌漿時(shí)各灌漿段的結(jié)束條件為：在該灌漿孔(段)最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜、地下水流速大、漿液注入量較大、灌漿壓力較低時(shí)，持續(xù)灌注的時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)；當(dāng)巖體較完整、漿液注入量較小時(shí)，持續(xù)灌注的時(shí)間可縮短。

3.3.5 封 孔

灌漿孔15 m以下灌漿結(jié)束后，其上部孔段采用“導(dǎo)管注漿封孔法”與“全孔灌漿封孔法”(先采用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)積水置換成水灰比為0.5的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口進(jìn)行純壓式灌漿封孔)進(jìn)行封孔；檢查孔自下而上灌漿結(jié)束后在孔口封孔灌漿。

3.3.6 特殊情況的處理

(1)當(dāng)灌漿塞安裝過(guò)程中出現(xiàn)栓塞卡不住的情況時(shí)，主要采取加長(zhǎng)栓塞膠囊長(zhǎng)度和上提灌漿塞的方式進(jìn)行處理(灌漿段長(zhǎng)不大于8 m)，以達(dá)到封閉灌漿段的目的。

(2)對(duì)于在灌漿過(guò)程中灌漿量大的情況，主要采取低壓、限流灌注的方式，并按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求逐級(jí)或越級(jí)變濃漿液，直至正常灌注結(jié)束。

4 成果分析

4.1 灌前透水率成果分析

1.5 m孔距試區(qū)下游排Ⅰ序孔的平均透水率為7.3 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率為5.23 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率為3.73 Lu；2 m孔距試區(qū)下游排Ⅰ序孔的平均透水率為7.05 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率為6.04 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率為3.84 Lu。

從灌前透水率統(tǒng)計(jì)成果看：帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)處于壩基河床段，所處地質(zhì)情況相對(duì)較好，屬于中、弱透水巖層；不論是在2 m孔距試區(qū)，還是在1.5 m孔距試區(qū)，在灌漿孔逐步加密過(guò)程中基巖中的裂隙、漏水和滲水通道逐步被水泥漿液充填，使裂隙中的充填物得到了擠密，從而使基巖的防滲能力逐步得到提高，后灌孔的滲透通道逐漸減少，灌前透水率隨之減小。各次序之間灌前透水率的遞減符合灌漿一般遞減的規(guī)律，反映了分序加密的灌漿效果[5]。

4.2 單位注入量分析

單位注入量成果見(jiàn)表2。

從表2可以看出：

(1)1.5 m孔距試區(qū)和2 m孔距試區(qū)的上游排單位注入量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下游排單位注入量，體現(xiàn)了分序加密的灌漿效果，符合灌漿的一般規(guī)律。

(2)1.5 m孔距試區(qū)的單位注入量略小于2 m孔距試區(qū)。單位注入量遞減率：1.5 m孔距試區(qū)相對(duì)于2 m孔距試區(qū)要快一些，說(shuō)明灌漿孔距的大小在水泥注入量上存在一定的差異，即孔距越大，單位注入量越大。

表2 單位注入量成果匯總表

4.3 檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析

帷幕灌漿試驗(yàn)共布置了3個(gè)檢查孔，其中WSJ-1號(hào)檢查孔位于1.5 m孔距試區(qū)，WSJ-2號(hào)檢查孔位于兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)中間，WSJ-3號(hào)檢查孔位于2 m孔距試區(qū)。壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法進(jìn)行。WSJ-1號(hào)檢查孔壓水11段，其中有1段呂榮值大于3 Lu；WSJ-2號(hào)檢查孔壓水11段，其中有2段呂榮值大于3 Lu；WSJ-3號(hào)檢查孔壓水11段，其中有1段呂榮值大于3 Lu。大于3 Lu的段次主要分布在基巖5～20 m孔深段，尤其是WSJ-2號(hào)檢查孔的第3段和第4段連續(xù)兩段呂榮值大于設(shè)計(jì)值。

從整個(gè)試驗(yàn)區(qū)來(lái)看，不合格試段均集中在第3段，從質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)看不合格。

分析檢查孔呂榮值不合格的原因主要有：①呂榮值不合格段裂隙發(fā)育、不貫通(陡傾角裂隙發(fā)育、橫向裂隙不連通)，灌漿漿液無(wú)法擴(kuò)散到裂隙中；②該段發(fā)育有細(xì)微裂隙，可灌性較差；③檢查孔壓水試驗(yàn)的壓力采用2 MPa，而水的滲透能力、劈裂能力很強(qiáng)，對(duì)巖層和已形成的帷幕體產(chǎn)生了劈裂破壞(如WSJ-1號(hào)檢查孔第3段在壓水試驗(yàn)初期能正常升壓至2 MPa，但壓力隨壓水時(shí)間逐步降低)。

5 加密孔施工

針對(duì)檢查孔呂榮值不合格的孔段，項(xiàng)目部在上下游排之間增加了一排加密孔(孔距2 m)，按照帷幕灌漿要求進(jìn)行施工，加密孔孔深入巖20 m，采用自上而下的灌漿方式，經(jīng)加密灌漿后其透水率滿足設(shè)計(jì)要求。綜合分析灌漿成果后，后續(xù)生產(chǎn)施工的布孔方式采用雙排梅花型。排距為1.5 m，孔距為1.5 m。局部壩段、局部孔段根據(jù)

檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了加密灌漿處理。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)本次試驗(yàn)孔與孔之間分為三序施工。根據(jù)以往工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，二序施工和三序施工的灌漿效果是一樣的，而施工效率卻大為提高。因此，筆者建議：在今后的灌漿施工中應(yīng)使用二序施工，即把目前試驗(yàn)的二序孔改為一序孔，三序孔改為二序孔。

(2)本次試驗(yàn)的分段方式為：第一段2 m、第二段3 m、第三段及以下各段5 m。根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148—2012)“5.4.2 帷幕灌漿段長(zhǎng)一般可為5～6 m，巖體完整時(shí)可適當(dāng)加長(zhǎng)，但最長(zhǎng)不應(yīng)大于10 m；巖體破碎、孔壁不穩(wěn)時(shí)段長(zhǎng)應(yīng)縮短?；炷两Y(jié)構(gòu)和基巖接觸處的灌漿段段長(zhǎng)宜為2～3 m。”因此，筆者建議：在后續(xù)帷幕灌漿施工中，第五段及以下各段應(yīng)調(diào)整為6 m段長(zhǎng)。

(3)采用“自上而下與自下而上相結(jié)合的綜合灌漿法”能夠建造出滿足設(shè)計(jì)要求的帷幕墻，相對(duì)于傳統(tǒng)的“孔口封閉灌漿法”降低了趾板被抬動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)亦降低了工程造價(jià)。

(4)在帷幕工程量大、帷幕軸線較長(zhǎng)的工程中，針對(duì)檢查孔透水率不合格試段采取局部壩段、局部孔段進(jìn)行加密灌漿處理的方式是可行的，加密孔的孔深應(yīng)根據(jù)檢查孔透水率不合格試段的深度確定，無(wú)需與原灌漿孔深一致。