劉紅玉，郎發(fā)育

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 工程概況

黃登水電站攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 625 m，建基面最低高程1 422 m，最大壩高203 m，為目前在建最高碾壓混凝土重力壩。大壩基礎帷幕灌漿設計壩高大于70 m的壩段上游設雙排帷幕，其余壩段上游設單排帷幕，上游主帷幕最大孔深148 m，主、副帷幕孔之間排距1.0 m，所有帷幕孔孔距均為2 m，采用梅花形布置。下游在建基面高程低于左1 520 m/右1 506 m的壩段壩趾附近設置單排封閉帷幕，下游封閉帷幕的底線按下游校核水深的1/2及帷幕孔深不小于25 m進行雙控制，孔距2 m。灌漿工程量約11萬m。

壩基巖性以變質火山角礫巖、變質火山細礫巖為主，變質凝灰?guī)r呈夾層狀產出，變質凝灰?guī)r夾層巖石相對較軟弱，巖體相對較破碎。厚度較大變質凝灰?guī)r夾層，厚度性狀變化大，層劈理化現(xiàn)象明顯，此外尚有一些厚度較小或透鏡狀變質凝灰?guī)r夾層分布。巖層橫河展布，傾向下游，傾角70°～90°。河床壩段變質火山角(細)礫巖巖體完整，一般呈塊狀～整體塊狀，RQD值為一般為70%～90%?；鶐r面以下3～6 m范圍內巖體中有近水平的緩傾角裂隙相對較發(fā)育，6～10 m可見零星的近水平的緩傾角裂隙發(fā)育，10m以下少見近水平的緩傾角裂隙發(fā)育，壩基巖層主要以陡傾角裂隙為主。巖體透水率q一般小于10 Lu，但微透水巖體頂界變化大，位于基巖面以下15～70 m。

2 施工環(huán)境

黃登水電站計劃于2017年11月初下閘蓄水，設計要求大壩帷幕灌漿在2017年10月中旬前全部施工完成，總灌漿工程量約11萬m，最高月生產強度達到12 000 m。受混凝土蓋重及岸坡接觸灌漿等因素制約，黃登大壩帷幕灌漿開始施工時間為2015年6月，當時正值黃登水電站汛期，兩岸岸坡地下水位高程在1 490 m左右，壩前天然降水水位保持在1 470 m左右，河床壩段帷幕灌漿最早施工，施工建基面高程1 422 m，混凝土厚3～4 m，帷幕灌漿施工時承受水頭在50～70 m之間，開始施工時，絕大多數(shù)孔段均出現(xiàn)不同程度的涌水，最大涌水量36 L/min，涌水壓力達到0.25 MPa。按照原設計技術要求對涌水孔段處理措施，每個孔段灌漿歷時將達到48 h以上，每月單臺灌漿泵灌漿工程量不足70 m，月強度不足700 m/月，生產進度為月生產計劃的1/5，嚴重制約黃登水電站業(yè)主確定的發(fā)電蓄水工期要求。因此，高水頭施工環(huán)境下帷幕灌漿施工最大的困難就是孔口涌水問題。

3 涌水孔段的質量控制

3.1 現(xiàn)狀調查

大壩河床壩段上游10～12號壩段基礎帷幕灌漿于2016年6月22日開始施工，建基面高程為1 422 m，壩前水位和岸坡地下水位約1 490 m，圍堰擋水。其中11、12號壩段抬動孔(入巖20 m)施工時，抬動孔均出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，抬動裝置無法正常安裝，帷幕灌漿I、II序孔大多孔段也有涌水，涌水量最大為38 L/min，涌水壓力0.25 MPa。按照相關規(guī)范和黃登水電站工程設計技術要求以及類似工程經驗，涌水孔段正常灌漿結束后需閉漿待凝24～48 h，再進行二次復灌、待凝等措施，這導致每段灌漿歷時超過48 h，嚴重制約帷幕灌漿施工進度。據統(tǒng)計，2015年6月22日至7月30日完成灌漿700 m，僅占當月計劃的3 000 m的23%。

3.2 涌水孔段灌漿處理流程

涌水孔段處理過程為：①發(fā)現(xiàn)涌水；②安裝孔口封閉器；③安裝壓力表、水表；④測涌水壓力和流量；⑤洗孔、壓水；⑥灌漿；⑦待凝；⑧掃孔后檢查是否有涌水；⑨若無涌水進行下一階段鉆灌，若有涌水重復以上工序。

3.3 涌水孔段常規(guī)處理措施用時統(tǒng)計

選取幾個典型涌水孔段，對工序處理用時進行統(tǒng)計，見表1。從表1可知，涌水孔段處理用時最長55.33 h，最短19.14 h，平均用時38.76 h；而無涌水孔段處理時間僅3 h。其中待凝用時占比為31.5/38.75=81%。

3.4 工藝改進對策

黃登大壩帷幕灌漿設計技術要求中對涌水孔段處理措施提出9條措施，主要措施是待凝、閉漿和添加速凝劑等，但對于不同涌水量、壓力情況未詳細說明，可操作性差。上網查閱類似工程涌水孔段的處理措施，未見有具體的可操作性的論文或作業(yè)指導書。

結合向家壩水電站帷幕灌漿涌水待凝試驗：涌水量小于10 L/min、涌水壓力在0.1～0.3 MPa的孔段待凝8 h后即可進行下段施工，涌水量大于30 L/min、涌水壓力在0.4 MPa以內的孔段待凝24 h后即可進行下一段施工，待凝時間一般在8～24 h之內。

根據帷幕灌漿采用孔口封閉自上而下分段灌漿、不待凝的工藝理論，當灌漿注入率達到結束標準繼續(xù)帶壓屏漿階段是加速漿液固化階段，防止已灌進裂隙的漿液倒流的主要措施。因此，黃登水電站工程帷幕灌漿工藝科研攻關小組依據灌漿理論，從工藝方面進行創(chuàng)新，變被動等待漿液固化轉為人為加速漿液固化因為屏漿階段是漿液在裂隙中不斷凝結固化過程，故以延長屏漿時間為出發(fā)點人為縮短漿液固化時間，減少待凝時間，降低灌漿總歷時。針對延長帶壓屏漿時間進行了試驗。

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3.5 工藝改進試驗研究

成立現(xiàn)場工藝試驗攻關小組，制訂試驗大綱，除沿用閉漿待凝傳統(tǒng)工藝外，結合灌漿理論，突破常規(guī)手段采取待凝、閉漿等措施，重點在延長屏漿時間方面進行不同工況工藝試驗。

各道工序嚴格按工藝試驗大綱方案、作業(yè)指導書執(zhí)行，工藝試驗攻關小組成員全程參與，選取前期所有I序孔涌水孔段進行不同工況下工藝試驗，取得階段性成果后，后續(xù)其他部位施工或在II、III序孔遇到涌水孔段進行驗證。不斷完善工藝措施，為以后類似工程提供借鑒。

(1)選取涌水量在5 L/min以下孔段，按照設計技術要求屏漿60 min進行正常灌漿，灌漿完成后，掃孔至該段底20 cm停鉆停水，觀測涌水情況。

表1 涌水處理流程涌水孔段處理工序用時統(tǒng)計 h

(2)選取涌水量在6～10 L/min范圍內孔段，按照設計技術要求屏漿60 min和屏漿90 min進行兩種工況灌漿，灌漿完成后，掃孔至該段底20 cm停鉆停水，觀測涌水情況。

(3)選取涌水量在11～30 L/min范圍內孔段，按照設計技術要求屏漿90 min和屏漿120 min進行兩種工況灌漿，灌漿完成后，閉漿待凝8 h和12 h后，掃孔至該段底20 cm停鉆停水，觀測涌水情況。

(4)選取涌水量大于31 L/min范圍內孔段，按照設計技術要求屏漿90 min和閉漿待凝12 h和24 h后進行兩種工況灌漿，灌漿完成后，掃孔至該段底20 cm停鉆停水，觀測涌水情況。

3.6 試驗成果

通過屏漿時間延長和閉漿待凝試驗，基本掌握了涌水特性，取得以下階段性成果，具體如下:

(1)涌水量小于5 L/min、涌水壓力小于0.1 MPa的孔段總計10段，正常灌漿即屏漿60 min后，掃孔至該段底20 cm處，停鉆停水觀測，均無涌水發(fā)生。

(2)涌水量在6～10 L/min、涌水壓力在0.1～0.2 MPa之間的孔段總計有15段，按照屏漿60 min和屏漿90 min兩種工況進行灌漿，掃孔至該段底20 cm處，停鉆停水觀測，屏漿60 min孔段有5段仍有少量涌水，但涌水量均很小(≤3 L/min)；屏漿90 min孔段均無涌水發(fā)生。

③ 涌水量在11～30 L/min、涌水壓力在0.15～0.25 MPa的孔段總計15段，選擇其中2段按照屏漿90 min和屏漿120 min兩種工況進行灌漿，灌漿完成后，掃孔至該段底20 cm停鉆停水，觀測涌水情況。試驗成果表明，屏漿90 min和屏漿120 min兩種工況灌后仍有涌水，但涌水量減少很多(基本小于5 L/min，對該類孔段進行了二次復灌。另外，選擇13段按照屏漿90 min后再閉漿待凝8 h和12 h待凝試驗，掃孔至該段底20 cm處后，停鉆停水觀測均未見涌水。

(4)涌水量大于30 L/min、涌水壓力在0.2 MPa以上孔段共有6段，該類孔段采用按照屏漿90 min、閉漿待凝12 h和24 h兩種工況灌漿試驗，二次掃孔至該段底后觀測涌水情況，灌后掃孔觀測兩種工況均無涌水。

上述4種情況，重點對設計技術要求屏漿時間延長進行工藝試驗，試驗表明，延長灌漿屏漿時間對涌水孔段的處理措施非常有效，但屏漿過程中要增加鉆桿的活動頻次，原30 min活動一次鉆桿，屏漿過程中須10～15 min活動一次，以防抱鉆事故發(fā)生，另外，屏漿過程中漿液濃度應調整為1∶1或以下，減少孔內事故的幾率。

4 其他工藝控制措施

(1)鉆孔。鉆孔施工前由測量單位放控制點。所有鉆孔應按設計圖紙統(tǒng)一編號、放點，開孔孔位偏差不得大于10 cm。應故變更孔位需征得監(jiān)理人同意，并記錄實際孔位。為保證帷幕灌漿孔鉆孔的孔斜要求，開孔前鉆機必須進行固定，水平段鉆機地錨固定，斜坡段鉆機與施工臺車同步固定。帷幕灌漿孔全孔測斜。特別是嚴格控制孔深20 m以內的偏差，每5 m測量一次孔斜，孔深20 m以下及其余部位灌漿孔每10～15 m測量一次孔斜?？仔笨刂戚^同類工程相比質量要求嚴格。

(2)孔口管埋設?？卓诠苈裨O作為質量控制的首要重點，孔口管埋設長度=混凝土厚度+基巖段2 m+孔口10 cm外露?？卓诠苈裨O深度是保證混凝土不被抬動的主要措施之一。

(3)灌漿。灌漿壓力及段長。一般情況下，灌漿壓力應盡快達到設計值，但所有接觸段、壩基灌漿廊道先灌排Ⅰ序孔2～10 m灌漿段和其他注入率大于30 L/min的孔段，應采用分級升壓方式逐級升壓至設計壓力，升壓速度宜控制在0.5 MPa/10 min以內，分級升壓時每級壓力的純灌時間不少于15 min。灌漿過程中，為防止混凝土及巖石發(fā)生抬動，必須協(xié)調控制灌漿壓力與注入率，灌漿最大注入率不得大于30 L/min是該工程有別于其他工程的主要亮點之一。對注入量較大、灌漿難以正常結束的孔段，查明原因，對灌漿影響范圍內的地下洞井、岸坡、結構分縫、冷卻水管等進行徹底檢查，如有串通應采取措施后再恢復灌漿。否則，灌漿時采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿措施，當灌注量接近1 t/m時采用待凝措施，防止灌漿范圍過大造成不必要的投入，該措施為黃登大壩帷幕灌漿新創(chuàng)。

(4)動態(tài)調整灌漿參數(shù)。物探監(jiān)測作為黃登大壩帷幕灌漿輔助質量控制手段之一，是本工程業(yè)主、設計有別于其他工程所采取的主要措施。先導孔取芯、灌前壓水檢查和水位觀測等過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時、以及其他孔段在灌漿過程中或質量檢查中發(fā)現(xiàn)異常情況時，進行全孔壁孔內數(shù)字成像檢測。提供清晰可見的地層結構詳細資料，便于及時調整帷幕參數(shù)、動態(tài)設計。

5 結 論

黃登水電站帷幕灌漿工藝攻關小組通過對46段涌水孔段采取不同工藝現(xiàn)場試驗，取得了豐富的試驗成果，得出了重要的結論：延長屏漿時間對涌水孔段灌漿處理非常有效，這一試驗成果，拋棄了傳統(tǒng)的純閉漿、待凝理念，另辟蹊徑，變被動為主動，大大縮短了涌水孔段灌漿歷時，加快了施工進度。自采取上述措施后，涌水孔段的灌漿總歷時由原先的平均38.76 h減少到目前平均不到13 h，灌漿月計劃由原來單月不足700 m到最高完成12 000 m，施工進度明顯加快，按期保證了蓄水發(fā)電的節(jié)點控制目標。

黃登水電站自2017年11月下閘蓄水至2018年4月，壩前水位在1 559 m運行半年有余，水頭達到137 m，從第三方檢測單位數(shù)據檢測可以看出，幕后揚壓力和漏水量遠小于設計值，其中壩基排水孔的總漏量為2.6 L/s，不足設計流量的1/10，幕后揚壓力數(shù)據在0～0.2 MPa。黃登大壩帷幕灌漿工程贏得了業(yè)主和行業(yè)業(yè)內專業(yè)人士的高度評價，在瀾滄江流域電站首個被評為樣板工程，同行各專業(yè)人士多次觀摩和學習。黃登水電站大壩帷幕灌漿取得的成果及成功的經驗，可為后續(xù)同類工程提供可借鑒的寶貴經驗。