肖力群

（云南大唐國際電力有限公司，云南 昆明，650011）

1 工程簡介

某水電站為Ⅱ等大（2）型水電工程，大壩為碾壓混凝土重力壩，壩軸線采用折線布置，壩頂長度466.0 m，最大壩高113.0 m，總裝機容量為450 MW，工程以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位456.0 m，死水位446.0 m。2008年水庫開始蓄水以來，左岸3～8號壩段壩基排水孔出水量相對偏大，其中出水量相對集中的6號壩段（岸坡壩段）11～14號4個主排水孔基本滿管排放，單孔最大出水量超過0.4 L/s，該壩段合計排水量2.4 L/s。庫水位與6號壩段壩基揚壓力相關(guān)性較好。

長期滲漏可能造成大壩壩基局部脫空，對壩段安全穩(wěn)定構(gòu)成潛在威脅。為保證大壩長期安全穩(wěn)定運行和降低壩基滲漏量，減輕大壩基礎(chǔ)廊道排水泵抽排壓力，研究決定對大壩左岸6號壩段進行帷幕灌漿。

2 灌前穩(wěn)定復核

此次帷幕補強灌漿要在大壩高水頭運行工況下進行，為確保補強加固處理期間壩體的穩(wěn)定性，在灌漿前對壩段進行穩(wěn)定復核。

2.1 壩段三維有限元穩(wěn)定復核

通過建立三維有限元計算模型，采用實體單元模擬壩體及地基，結(jié)合壩體混凝土、基巖巖體、擬實施帷幕灌漿力學參數(shù)、特征水位及相應(yīng)靜力、動力荷載，計算正常蓄水位、設(shè)計洪水位、校核洪水位和地震等工況下壩段的抗滑穩(wěn)定安全性。通過計算，在靜力工況下，6號壩段沿建基面順水流方向的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為4.21，出現(xiàn)在校核洪水位工況，大于規(guī)范規(guī)定的允許值2.5。在各工況下，6號壩段抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

2.2 壩段應(yīng)力復核

采用材料力學法，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)對壩體應(yīng)力進行分析計算。通過分析計算，承載能力極限狀態(tài)下，各工況壩趾處混凝土的抗壓強度滿足要求；正常使用極限狀態(tài)，壩段壩踵垂直應(yīng)力均為壓應(yīng)力，無拉應(yīng)力出現(xiàn)。

3 帷幕補強灌漿實施方案

3.1 實施灌漿的前提條件和要求

（1）同一壩段所有排水孔、測壓管等閥門均處于常開狀態(tài)并記錄。

（2）灌漿前應(yīng)測量并記錄涌水壓力和涌水量。

3.2 壩段抬動觀測

壩段灌漿前，為防止大壩混凝土在灌漿壓力下發(fā)生抬裂破壞，安裝抬動觀測裝置進行抬動監(jiān)測，設(shè)置一個孔深50 m的抬動觀測孔監(jiān)測灌漿（深孔固結(jié)及帷幕補強）過程中的壩體抬動情況，為確保施工安全，要求大壩混凝土抬動值不大于0.1 mm。

3.3 深孔固結(jié)灌漿

對6號壩段壩基滲漏量較大部位的排水孔（6-11～6-14號）進行掃孔做深孔固結(jié)灌漿。其目的是利用已有排水孔對壩基深層可能存在的集中滲水通道進行處理，切斷壩基下的水力聯(lián)系通道，減少壩基滲漏量。

3.4 帷幕補強灌漿

（1）原有壩基帷幕灌漿設(shè)計為兩排帷幕灌漿孔，孔距3.0 m，排距0.7 m，最大灌漿壓力為3 MPa，采用分序加密、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)法，分三序孔布置施工，防滲標準為q＜3 Lu。

（2）此次帷幕補強灌漿孔的布置共分兩排：第一排布置在原主帷幕線處，與原主帷幕孔位錯開；第二排布置在原副帷幕線處，與原副帷幕孔位錯開。第一排孔為主帷幕，孔深37～50 m，比原主帷幕灌漿孔深5 m，傾向上游，傾角6°，孔距3 m，分三個次序灌注。第二排孔為副帷幕，孔深32～42.5 m，垂直孔，比原副帷幕孔深5 m，孔距3 m，分三個次序灌注。兩排灌漿孔呈梅花形布置。

3.5 灌漿試驗

在全面實施灌漿前，結(jié)合先灌漿的孔進行生產(chǎn)性灌漿試驗，通過試驗確定不同巖性等條件下的灌漿工藝、參數(shù)和效果檢查。通過試驗確定的灌漿參數(shù)如下：

（1）水泥采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥；

（2）灌漿的初始水灰比以2∶1開灌，漿液變換為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級。

（3）灌漿分段：2 m、3 m、5 m、5 m至終孔；灌漿壓力：第一段，1.5 MPa；第二段，2.0 MPa；第三段，2.5 MPa；第四段及以下，3.0 MPa。

4 帷幕補強灌漿施工

4.1 帷幕灌漿施工技術(shù)要求

（1）灌漿分為兩排，先灌下游排副帷幕再灌主帷幕,按三個次序孔施工。灌漿段灌漿時，射漿管管口距孔底距離小于50 cm，射漿管外徑與鉆孔孔徑之差小于20 mm。采用鉆桿作射漿管，使用平接頭連接鉆桿。

（2）進行帷幕灌漿時，壩體混凝土和基巖的接觸段先行單獨灌漿并待凝，接觸段在巖石中的長度不得大于2 m。完成帷幕孔接觸段灌漿后埋入?90 mm的孔口管，并導正孔口管。

（3）采用自上而下分段灌漿法時，灌漿塞塞在已灌段段底以上0.5 m處，防止漏灌?？卓跓o涌水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝。在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復雜地區(qū)待凝，待凝時間根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場情況確定。

（4）出現(xiàn)串漿時封閉串漿孔并適當降低壓力，必要時屏漿、閉漿、待凝?？卓诜忾]器應(yīng)具有良好的耐壓性和密封性能，在灌漿過程中灌漿管應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動和升降。灌漿過程中經(jīng)常轉(zhuǎn)動和上下活動射漿管，回漿管確保有15 L/min以上的回漿量，以防射漿管在孔內(nèi)因水泥漿凝固而造成孔內(nèi)事故。深孔段灌漿時，每隔2～3 min轉(zhuǎn)動并上下活動一次射漿管。

（5）漿液變換和灌漿壓力。

①本次灌漿的初始水灰比以2∶1開灌，漿液變換為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級，可根據(jù)現(xiàn)場試驗情況調(diào)整水灰比。

②灌漿應(yīng)控制在無抬動、巖體無劈裂情況下進行；在可能情況下采用相對較大灌漿壓力。灌漿自動記錄儀測記間隔時間內(nèi)灌漿壓力的平均值和最大值。

③灌漿過程中以監(jiān)測儀器和注入率控制為主，輔以灌漿周邊巡視。監(jiān)測及控制標準值如下：

a.滲壓計及測壓管監(jiān)測過程始于鉆孔沖洗，終止于該部位（段）灌漿結(jié)束，整個過程設(shè)專人觀測，并定時對周圍灌漿范圍進行巡視觀察、做詳細記錄。

b.灌漿過程中如發(fā)現(xiàn)壓力突然降低或注入率突然升高時，應(yīng)立即檢查測壓管和周邊排水及灌漿孔口出水串漿情況，觀測是否發(fā)生壓力突變和串漿。如存在以上現(xiàn)象，應(yīng)立即降低灌漿壓力繼續(xù)灌注。在測值恢復達到30 min后，可逐級提高灌漿壓力，直至結(jié)束。專門記錄測壓管觀測值，每30 min進行一次。

④灌漿過程中，如灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)的處理措施。

⑤發(fā)現(xiàn)其他孔、地面或廊道漏稀漿時可繼續(xù)灌注；漏濃漿時則應(yīng)降低壓力灌注直至上述現(xiàn)象停止、逐漸升壓至原來壓力后繼續(xù)灌注，如降壓無效且漏漿量接近注入量時，可停灌待凝。待凝時間要大于4 h，之后應(yīng)恢復?；謴凸酀{后如注入率突然降低為0，應(yīng)詳細記錄，并研究重新補灌等處理措施。

⑥灌漿過程中應(yīng)定時測記漿液密度，并做好詳細記錄。當發(fā)現(xiàn)漿液性能與規(guī)定指標偏差較大時，應(yīng)查明原因，及時處理。對有串、冒、漏漿的孔段，也應(yīng)做詳細記錄，記錄準確部位，研究制訂處理措施。

（6）漿液變換標準：當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當注入率不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；當某一比級漿液的注入量已達300 L以上或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)變濃一級；當注入率大于30 L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

（7）灌漿結(jié)束標準：在該灌漿段最大設(shè)計壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注90 min，灌漿即可結(jié)束。

（8）帷幕防滲標準：透水率q＜3 Lu。

4.2 鉆孔

鉆孔分Ⅲ序加密、自上而下分段進行。壩基帷幕灌漿孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機造孔，第一段孔徑不小于90 mm，以便埋設(shè)孔口管，第二段及以下各段孔徑不小于56 mm。帷幕先導孔、灌后檢查孔均采用XY-2型地質(zhì)鉆機造孔，第二段及以下各段孔徑不小于76 mm。

4.3 孔口管埋設(shè)

第一段基巖段長為2 m，第一段灌漿完畢后埋設(shè)孔口管。注漿前，對方位角及頂角進行校正；埋設(shè)待凝72 h后，可進行下一段鉆灌。

4.4 鉆孔沖洗及裂隙沖洗

（1）鉆孔沖洗：所有鉆孔每段鉆終（抬動孔全孔終）后，采用鉆桿或六分管插入孔底后上提20 cm，通過鉆桿或六分管采用大流量清水對鉆孔進行沖洗，直至回水澄清10 min、孔底淤積厚度不大于20 cm后結(jié)束。

（2）裂隙沖洗：所有灌漿孔段均需進行裂隙沖洗，沖洗壓力采用80%的灌漿壓力，當80%灌漿壓力≥1 MPa時，沖洗壓力采用1 MPa，裂隙沖洗至回水澄清10 min止，且總沖洗時間單孔不少于30 min。

（3）其他要求：①當鄰近孔正在灌漿或灌漿結(jié)束不足24 h，不得進行裂隙沖洗；②同一孔段的裂隙沖洗與灌漿作業(yè)保持連續(xù)作業(yè)，因故中斷時間間隔超過24 h，灌前重新洗縫。

4.5 壓水試驗

先導孔和檢查孔采用五點法進行壓水試驗，其他孔采用單點法進行壓水試驗。單點法壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后或結(jié)合裂隙沖洗進行。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa；壓水20 min后，每5 min測讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

4.6 灌漿

（1）灌漿方法：帷幕灌漿采用自上而下、孔口封閉、循環(huán)式逐段灌漿。

（2）灌漿設(shè)備：采用ZJ-400A型高速制漿機、JS-300水泥攪拌機、3SNS灌漿泵，配套使用JT-Ⅱ型灌漿自動記錄儀。

（3）灌漿材料：用于灌漿的水泥應(yīng)采用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥。

4.7 制漿

制漿材料必須稱量，稱量誤差應(yīng)小于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法。純水泥漿液的攪拌時間，使用普通攪拌機時應(yīng)大于3 min；使用高速攪拌機時應(yīng)大于30 s。漿液在使用前應(yīng)過篩，漿液從制備到用完時間小于4 h。

4.8 封孔

全孔終孔并經(jīng)檢查確認合格后，采用全孔灌漿封孔法，進行純壓式灌漿封孔，封孔壓力不宜小于l.0 MPa,使用水灰比0.5∶1的濃漿置換孔內(nèi)稀漿或積水，灌漿持續(xù)時間不小于60 min。

5 灌漿效果檢查

5.1 灌后檢查孔透水率值分析

6號壩段壩基補強帷幕灌漿，共布置3個壓水檢查孔。灌后檢查孔透水率最大值為4.80 Lu（WM-J1孔，終孔段透水率），透水率最小值為1.22Lu，透水率平均值為2.22 Lu，透水合格率96.7%（壓水共30段，1段＞3 Lu），灌后透水率滿足防滲標準（q＜3 Lu），表明灌漿效果符合設(shè)計要求。

5.2 灌漿耗灰量分析

6號壩段壩基補強帷幕灌漿完成灌漿進尺1 097.3 m，總耗灰量40.438 1 t，平均單位耗灰量36.85 kg/m，Ⅰ序孔單位耗灰量為48.60 kg/m、Ⅱ序孔單位耗灰量為35.93 kg/m、Ⅲ序孔單位耗灰量為29.30 kg/m。根據(jù)灌漿耗灰量和單位注灰量頻率曲線圖，Ⅱ序孔平均單耗較Ⅰ序孔平均單耗減少26.07%，Ⅲ序孔平均單耗較Ⅱ序孔平均單耗減少18.45%，單耗隨孔序的遞增出現(xiàn)遞減趨勢，符合灌漿規(guī)律，灌漿效果明顯。

5.3 帷幕補強灌漿前、后排水孔涌水量測量數(shù)據(jù)比較

施工前后對6號壩段排水孔進行涌水量測量，考慮到補強灌漿后，相鄰排水孔滲水量可能會增大，在測量排水孔涌水量時，向5號、7號壩段各延伸5個孔，作為測量區(qū)段。從表2中可以看出，涌水量從灌前的2.2 L/s減少至灌后的0.85 L/s，減少了61.4%。

表1 6號壩段壩基補強帷幕灌漿檢查孔壓水試驗透水率值統(tǒng)計Table 1 Statistics of permeability value of grouting inspection hole at section 6 during packer test

表2 帷幕補強灌漿前、后排水孔涌水量測量數(shù)據(jù)比較表Table 2 Comparison of measured flow data at drainage holes before and after treatment

6 結(jié)語

灌漿后檢查孔透水率合格率為97%，6號壩段壩基排水從2.4 L/s減小至0.85 L/s，降幅達61.4%；灌漿后壩段揚壓力折減系數(shù)最大值為0.12，小于設(shè)計值0.3；帷幕補強灌漿增強了帷幕防滲能力，提高了壩基抗滑穩(wěn)定性，達到了補強灌漿的目的，促進了大壩長期安全穩(wěn)定運行。

[1]DL/T 5148-2012,水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DL/T 5108-1999,混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].

[3]張軍勞,耿振云,張春英,等.滲水分析及6號壩段灌前穩(wěn)定復核報告[R].天津:中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司,2013.

[4]張軍勞,耿振云,張春英,等.大壩左岸6號壩帷幕補強灌漿設(shè)計報告[R].天津:中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司,2013.