劉 濤 王元鵬

（長江水利委員會工程建設監(jiān)理中心，湖北 武漢 430010）

1 工程概況

錦屏一級水電站為目前世界在建最高雙曲拱壩，裝機容量為6×600MW，采用引水至布置在右岸山體內的地下式廠房發(fā)電。最大壩高達到305m，壩頂高程為 EL1885m，正常蓄水位為 EL1880m，底層防滲帷幕孔口高程為EL1601m，水頭高達約300 m，大壩防滲處理最深達到171.5m，最大灌漿壓力達到6.5MPa，其灌漿施工技術難度之大在國內是鮮見的。地質構造以Ⅱ、Ⅲ級大理巖，微張～閉合裂隙及層間錯動斷層為主，局部有陡傾角裂隙發(fā)育且局部巖層受構造擠壓強烈，斷層、節(jié)理、破碎帶發(fā)育。

防滲灌漿工程總量達到38萬多米,防滲施工最高月強度達到3.0萬m。防滲系統(tǒng)包括主防滲線路及廠房 1670m高程以上帷幕灌漿，其施工在EL1601m、EL1670m、EL1730m、EL1785m、EL1829m、EL1885m高程共六層灌漿平洞及基礎灌漿廊道內進行，上下兩層間的三角形區(qū)域帷幕灌漿在壩體內進行。防滲帷幕采用“孔口封閉、高壓灌漿法”施工。

2 帷幕灌漿試驗

右岸帷幕灌漿共布置3個帷幕灌漿試驗區(qū)，試驗目的：選擇適宜的鉆孔和灌漿施工設備；選擇合理的施工程序、施工工藝和方法、灌漿材料及配合比、灌漿壓力、灌漿孔排間距、鉆灌次序等參數(shù)的合理性；提出不同區(qū)域和不同級別巖體的灌漿方案；選擇合理可靠的灌漿檢查手段，測試灌漿帷幕防滲效果；提出保證灌漿效果的安全技術措施和質量保證措施。

帷幕灌漿試驗結果表明：五級水灰比3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 較四級水灰比 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1可灌性好；通過升壓試驗結合基巖抬動變形數(shù)據(jù)、灌前平均透水率、灌漿單耗等數(shù)據(jù)分析后，認為在原設計基礎上適當提高灌漿壓力（提高灌漿壓力最大至6.5MPa），巖石可灌性得到進一步改善；采用的“孔口封閉、自上而下、分段鉆孔、分段灌漿”工藝是適宜的；由普通水泥材料改為濕磨細水泥材料灌注，巖石內細縫得到更好的充填；灌漿采用的機具、設備、儀器、儀表等滿足要求。

3 帷幕灌漿施工工藝

3.1 施工設備

鉆孔設備采用回轉式地質鉆機XY-42及XY-2。灌漿采用SNS或TTB100/20灌漿泵，灌漿采用NW-2005或GJY-Ⅵ型三參數(shù)灌漿自動記錄記錄儀，抬動觀測采用千分表人工觀測或NW-2005抬動自己觀測儀進行監(jiān)測。制漿采用自動稱量、水泥儲存量為2×250t、高速制漿、能制備水灰比（重量比）為0.5∶1的漿液且連續(xù)供漿能力不低于250L/min的自動化集中制漿站。

3.2 灌漿孔布置和施工次序

為滿足深孔帷幕灌漿淺部基巖快速升壓要求，在帷幕灌漿平洞底板布置了4排固結灌漿孔。帷幕灌漿孔壩基帷幕1829以上布置1排，1829～1730布置2排，1730以下布置3排，排距1.3m，除斷層及影響帶部位加密灌漿區(qū)孔間距為 1.0m外其余孔距均為2.0m，呈梅花型布孔。按分排、分序原則按下游排→上游排→中間排的順序施工，排內分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序，逐序分段鉆孔灌漿。上層主體帷幕深入下層帷幕平洞底板以下 10m，在上下層主體帷幕之間以淺孔搭接帷幕的形式進行防滲帷幕封閉。

3.3 灌漿孔鉆孔

灌漿鉆孔孔位偏差小于10cm，孔深20m以上每鉆進5m調校鉆機一次；20m以下每鉆進10m調校鉆機一次，施工中經(jīng)常檢查鉆機的穩(wěn)固情況、鉆機角度、并根據(jù)測斜成果更換鉆具、調整液壓壓力等措施防止鉆孔偏斜超標。發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜超過規(guī)定時，及時采取糾偏措施。

3.4 灌漿方法

（1）深孔帷幕灌漿采用了“小口徑、孔口封閉、自上而下分段灌漿”方法,在孔口段用灌漿阻塞封閉進行基巖第1段灌漿后，埋設孔口管，安裝孔口封閉器自上而下分段鉆灌，如此循環(huán)鉆灌直至結束。該法灌漿具有如下優(yōu)點：除了主要對新鉆段進行灌漿以外，還可以使以上各段都能得到若干次的重復灌漿，有利于提高灌漿質量；每段灌漿結束后，一般不需待凝，即可開始下一段的鉆孔，加快了進度；使用孔口封閉器有利于使用大的灌漿壓力。

（2）一個壩段或一個單元工程內，后序排上的第一序孔宜在前序排上最后次序孔在巖石中均灌完15m后再開始鉆進。同一排上相鄰的兩個次序孔之間，以及后序排上第一次序孔與其相應部位前序排上最后次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的間隔高差不得小于15m。

（3）各灌漿段灌漿結束后一般可不待凝，但在灌前涌水、灌后返漿或遇其它地址條件復雜情況，則宜采取延長屏漿時間、閉漿、待凝等措施。

3.5 孔口管埋設

采用孔口封閉法灌漿時，在基巖第1段灌漿完成后埋設孔口管。

（1）據(jù)試驗結果，第1段灌漿段長2m，使用灌漿栓塞在孔口卡塞進行循環(huán)式灌漿。

（2）依據(jù)設計技術要求，孔口管埋入巖石中的深度應大于2.0m，在孔口管下料加工時，孔口管長度宜超過第1段孔深15～20cm。

（3）基巖第1段灌漿完畢，將孔內漿液置換成水灰比為0.5∶1的水泥漿后，下設孔口管（取芯孔埋設Ф89mm孔口管、一般灌漿孔埋設Ф76mm孔口管）并定位。待凝時間不少于72h。

3.6 灌漿

（1）灌漿段長及灌漿壓力。

防滲帷幕灌漿0～5m分2段,以下一般采用5m一段，特殊情況適當縮減或加長，但不大于 10m。灌漿壓力根據(jù)不同排序、不同深度，最小為1.5 MPa，最大為6.5 MPa。

（2）主要灌漿材料及其配比。

由于大部分巖石條件較好，且大部分裂隙屬陡傾微張～閉合裂隙，如采用普通水泥則可灌性較差，因此本工程大部分防滲帷幕采用濕磨細水泥，遇寬大裂隙、斷層、溶蝕槽、涌水較大等特殊地層，采用普通水泥灌注。通過前期試驗，采用漿液水灰比 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 等7個比級灌漿。當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達 1h ，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級。當注入率大于30L/min時，根據(jù)具體情況越級變濃。

（3）灌漿結束標準。

在設計壓力下，當注入率不大于 1L/min時，繼續(xù)灌注不少于60min。

（4）封孔。

每個帷幕灌漿孔在全孔灌漿結束后，采用“置換和壓力灌漿封孔法”封孔。將灌漿塞塞在孔口，灌入水灰比為0.5∶1的濃漿，壓力一般為本孔灌漿最大壓力，當注入率不大于1L／min且延續(xù)30min后可停止。

4 特殊情況及處理措施

4.1 對灌漿段注入量大,灌漿難于結束時的處理措施

遇到一些注入量較大難以升壓的孔段，處理方法是采用低壓濃漿灌注，當?shù)蛪簼鉂{灌注仍無法結束時，采用限流、限量措施，注入率控制在20L/min以內，單耗達1000kg/m如仍無法達到結束標準時，再采用間歇、待凝、掃孔復灌，或采用摻加水玻璃進行灌注，直至達到灌漿結束標準。間歇待凝時間一般為20～30 min，待凝時間視具體情況在8～12h，水玻璃的摻加量一般為水泥重量的3%。

4.2 對溶蝕裂隙、斷層破碎帶、軟弱巖體、溶洞灌漿的處理措施

在鉆孔過程中遇到卡鉆、掉鉆、失水、返水或返渣異常等情況時，利用電磁波 CT成像檢測，結合電磁波 CT檢測成果、孔內電視檢測結果、鉆孔地質剖面圖、壓水檢測成果等進行對比分析，在基本確定溶蝕裂隙、斷層破碎帶、軟弱巖體、溶洞等特殊地質巖體的發(fā)育情況及空間分布形態(tài)的基礎上先查明溶洞充填類型和規(guī)模，再采用以下措施進行處理：對已經(jīng)挖好的溶洞清理干凈后，采用 C25混凝土回填；采用水泥漿加速凝劑、水泥砂漿或水泥-水玻璃漿液等材料進行回填、固結灌漿后，再施工該部位的帷幕灌漿。

4.3 涌水孔的處理措施

灌漿施工前發(fā)現(xiàn)兩處涌水量較大部位：一處涌水流量50L/s，涌水壓力0.3MPa；一處涌水流量為200L/s，涌水壓力0.5MPa。為保證帷幕灌漿施工質量，在大規(guī)模帷幕灌漿前，對涌水點按以下措施處理：灌漿采用設計灌漿壓力加上涌水壓力，根據(jù)需要添加3%（干水泥質量）的水玻璃；灌漿采用灌漿栓塞孔口阻塞、純壓灌漿。屏漿時間在原設計基礎上延長一倍，灌漿完成后采取閉漿措施。

4.4 搭接帷幕滲水孔處理措施

搭接帷幕主要為上仰孔，在前期施工過程中由于施工工藝不成熟原因，導致灌漿封孔后空口出現(xiàn)結露、滴水、鈣化物析出等現(xiàn)象，經(jīng)分析，原因是：由于封孔濃漿置過程中僅采用單管埋至距孔底20～50cm，孔內積水、空氣、稀漿等無法置換出孔外，導致孔內漿液所承受壓力未能達到設計最大灌漿壓力，封孔不密實造成；本工程巖石地基巖石裂隙大部分為微張～閉合裂隙，采用水泥灌漿無法對個別特殊地層進行有效充填，地下水經(jīng)過一段時間后，從孔內往外滲出。

對滲水孔進行掃孔后，采用預埋設“雙管”的方式即在孔口埋設灌漿管及回漿（排氣）管（灌漿管采用外端帶絲扣的鋼管，埋入孔內20cm；回漿管采用高強PVC管，埋入長度至孔底20～50cm）待孔口封堵水泥砂漿達到一定強度后，從灌漿管注入W/C=0.5的水泥漿液，當回漿管返出漿液比重與進漿比重一致時將回漿管球閥關閉進行屏漿），灌漿壓力及灌漿時間嚴格執(zhí)行設計技術要求標準。

4.5 地質缺陷部位處理措施

錦屏一級水電站右岸防滲帷幕線上的f13、f14及f18斷層，斷層帶寬1～3m不等，主要由碎裂巖、角礫巖、糜棱巖或夾泥組成，多為散體結構，普遍弱或強風化，屬Ⅴ1級巖體，地質性狀較差。由于上述斷層上游均與水庫聯(lián)通，水庫運行期間在長期高壓水滲透作用下，結構面的充填物質可能發(fā)生逐漸軟化、泥化等現(xiàn)象，產(chǎn)生滲透破壞，形成滲漏通道。為加強該部位防滲可靠性與耐久性，在普通水泥灌漿完成后，還需要進一步采用水泥—化學復合灌漿處理。

5 灌漿成果資料分析

5.1 巖體可灌性分析

EL1601、EL1670、EL1730、EL1785、EL1829 壩基帷幕洞各灌漿孔平均單位注灰量分別為9.55kg/m、25.37kg/m、27.38kg/m、13.99kg/m、24.76kg/m（見表1），說明巖石總體可灌性較差，但采用了合適的施工工藝及合理的灌漿參數(shù)、合適的灌漿材料后，巖石裂隙得到進一步充填，灌漿單耗隨灌漿次序增進而降低，符合灌漿規(guī)律。

表1 各層壩基帷幕洞水泥單位注入量統(tǒng)計表（kg/m）

5.2 灌漿質量檢查

（1）為了檢查幕體在灌漿后的透水性情況，在各個單元工程灌漿完 14天后，在相應的單元鉆檢查孔進行壓水試驗，所有段次的透水率均小于設計值防滲標準1Lu，達到了設計對防滲帷幕的要求。

（2）灌后檢查孔芯樣表明：巖石裂隙充填較好，灌后檢查孔巖芯采取率達到 95%以上，漿液結石充填厚度多在 0.5～5mm之間。由此可見帷幕灌漿達到了封堵滲水通道的目的。

（3）大壩初期蓄水至EL1710m后，幕后EL1595排水廊道內排水孔排水量在0～5.7L/min之間，說明灌漿效果較好。

6 結 語

錦屏一級水電站大壩防滲帷幕工程地質條件復雜，工程施工過程中對遇到的特殊情況進行了及時的處理措施。經(jīng)過灌漿處理后，基巖的防滲性能得到改善，帷幕灌漿質量檢查結果表明工程質量達到了設計要求。本次施工表明采用“孔口封閉、高壓灌漿法”的施工工藝是可行和有效的，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）在大規(guī)模帷幕灌漿施工開始前選取具有代表性的巖層、采用不同比級漿液水灰比、采用不同壓力、采用不同的灌漿材料、不同的施工機具設備等進行對比試驗最終確定合理、科學的施工工藝、方法、參數(shù)、材料是非常有必要的。

（2）采用“小口徑、孔口封閉、自上而下分段灌漿”方法,具有除了主要對新鉆段進行灌漿以外，還可以使以上各段都能得到若干次的重復灌漿，有利于提高灌漿質量；每段灌漿結束后，一般不需待凝，即可開始下一段的鉆孔，提高了施工效率；使用孔口封閉器有利于使用大的灌漿壓力。

（3）從灌漿成果資料以及灌后檢查孔取芯、壓水試驗結果分析，錦屏一級水電站大壩右岸防滲帷幕灌漿所采用的施工工藝、方法、參數(shù)、材料、機具、設備等是符合要求的。

（4）溶蝕裂隙帶或溶洞內采用回填混凝土、灌注水泥砂漿、水泥漿液摻加水玻璃等方式先進行回填、固結灌漿，能起到很好的堵漏效果，待其具備一定強度后再按照設計要求進行鉆孔灌漿形成防滲帷幕，防滲帷幕具有良好的抗?jié)B性能和穩(wěn)定性。

（5）在巖石條件較好且裂隙以微張～閉合區(qū)域灌漿采用濕磨細水泥、稀漿開灌、提高灌漿壓力、孔口封閉等灌漿措施后，防滲性能得到很大提高。