水电站大坝帷幕补强灌浆技术在涌水孔段的改进

刘 树 国， 梁 金 松

(国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304)

0 引 言

大渡河深溪沟水电站的闸坝和厂房均置于岩基上，闸坝及厂房基础防渗主要采用帷幕灌浆，基础岩体透水性总体上表现为中等～弱透水。根据地质提供的渗透剖面和工程规模，帷幕灌浆幕体设计按透水率3Lu控制。自2010年6月27日首台机组发电以来，其厂房和闸坝基础灌浆廊道防渗帷幕下游侧排水孔内渗压较高，渗水量大，厂房坝段灌浆廊道部分排水孔存在涌浑水现象。泄洪闸基础廊道布设22个排水孔，厂房基础廊道布设63个排水孔，泄洪闸基础廊道4个排水孔水质浑浊，厂房基础廊道4个排水孔也呈浑浊，个别排水孔携带有泥沙排出。排水孔内渗压均高于下游尾水位10m以上，个别压力表测值达0.44MPa。监测资料表明，坝基存在渗漏通道，防渗帷幕部分区段未封闭或阻断上、下游水力联系，特别是沿坝基存在的缓倾角层间挤压破碎带，局部有存在管涌现象，为减小渗流对坝基长期不利影响，需采取帷幕灌浆补强等工程措施。

1 现有帷幕灌浆技术处理涌水孔段存在的问题

1.1 现有帷幕灌浆补强处理措施

在帷幕补强灌浆施工过程中，经常因为保证电站效益而在高水头进行灌浆，导致上下游水位差较高，地质条件不良的部位容易出现较多涌水孔段，有些孔段涌水压力及涌水量均偏大。根据水泥灌浆规范要求，孔口有涌水的灌浆孔段，灌浆前应测记涌水压力和涌水量。根据涌水情况，可选用下列措施综合处理：自上而下分段灌浆，缩短灌浆段长，提高灌浆压力，改用纯压式灌浆，灌注浓浆，灌注速凝浆液，屏浆，闭浆，待凝[2]。

2.2 帷幕补强灌浆试验

现场生产性灌浆试验应在渗透量大的灌浆廊道内进行，段长为15 m，桩号为(厂横)0+051.75 m～(厂横)0+066.75 m。其中渗漏水较大的WB4-1孔部分孔段压水试验统计如表1。

表1 WB4-1部分压水试验统计表

对于WB4-1孔涌水量及涌水压力较大的7段孔深28.5～33.5 m段长5 m，钻孔孔径75 mm，钻孔后涌水浑浊涌水压力达到0.42 MPa。钻孔完成后，直接用灌浆管通入大流量水流，从孔底向孔外对灌浆段进行钻孔冲洗，冲洗至回水清澈干净后10 min结束[3]。本次洗孔30分钟后，采用简易压水得到的透水率为33.10 Lu。

第一次灌浆采用循环灌浆法，灌浆压力开始采用1 MPa，水泥浆液注入率为41.4 L/min，结束灌浆压力为0.64 MPa，浆液注入率37 L/min，浆液浓度由5∶1逐渐变至0.5∶1，耗浆量4 725.82 kg，持续时间为2.4 h。灌浆结束后待凝48 h。由于灌浆时回浆量较小，导致射浆管(钻杆)被卡孔内水泥浆卡住。待凝结束后进行扫孔，孔内出现涌水，涌水量约45 L/min，较之前无明显变化需要补灌。

第二次灌浆为避免钻杆被水泥浆卡住，采用纯压式灌浆法，灌浆压力0.8 MPa，浆液浓度从2∶1逐渐变至0.5∶1，灌浆开始注入率为36 L/min，采用间歇灌浆的方式，灌浆持续3 h，灌浆结束注入率小于1 L/min，耗浆量2 547.44 kg。灌浆结束后待凝48 h。待凝结束后进行扫孔，孔内出现涌水，涌水量约44 L/min，无明显减小。

2.3 存在的问题

该孔段压水实验前时该孔段涌水量大，涌水压力接近坝上水头，且压水期间吸水率较高最大达到96 L/min。推断该部位可能存在薄弱的岩石裂隙，前期帷幕灌浆未得到有效处理，随着水流淘刷裂缝部位细小的岩石碎屑已被冲走。在本次灌浆过程中水泥浆液浓度逐级变化，同时灌浆压力保持在较高的水平，导致裂缝中较大的碎石被冲到渗漏通道中，相当于扩大了该部位至渗漏通道的路径。最终导致了前两次灌浆过程中，浆液浓度逐级升高，灌浆压力持续减小，但水泥浆的注入率未见明显变化的情况。第一次循环灌浆由于浆液浓度大，回浆管流量较小，导致射浆管被孔内凝固的水泥浆卡住。第二次纯压式灌浆达到注入率小于1 L/min的结束条件，但扫孔后仍然存在涌水现象，分析可能是浆液在孔内逐渐凝固，造成灌浆完成的假象。传统法灌注时间长，消耗水泥量多，其成功率也不高，主要是起压浆管时振动孔内屏闭浆结构，浆液多顺抽出压浆管后留下的孔洞涌出，造成灌注失败[4]。

3 改进的帷幕灌浆补强技术措施

3.1 设置改进的孔口封闭器

制作一个或多个(根据涌水孔段多少确定)直径与孔口预埋管相同的可闭浆的孔口封闭装置，其制作方式是：先选用与孔口管直径相同的地质管截取10 cm左右将一头利用钢板封死，其次在钢板正中位置穿孔并穿入一根长30 cm直径25 mm的钢管，钢管周围与钢板焊死作为保证不漏水的进浆管；其次在封闭装置的侧边穿孔并焊接一根长10 cm直径25 mm的钢管作为保证不漏水的返浆管；最后在两根直径25 mm的钢管的孔外端头安装球阀为闭浆做准备。孔口封闭装置与孔口管的连接方式与常规孔口封闭器相同。

3.2 改进工艺后灌浆技术措施

在涌水较大的孔段，先压水和洗孔，然后从孔口穿入一根直径32 mm的PVC管至距孔段底50 cm处，再连接孔口封闭装置与PVC管，将PVC管固定在孔口封闭装置预留的直径25mm的钢管上，保证不漏水。最后将孔口封闭装置安装固定在孔口管上，并打开进、返浆管上的球阀，完成准备工作。

(1)由于本次灌浆的孔段透水率超过30 Lu，采用水灰比为2∶1的水泥浆添加适量速凝剂，本次灌浆添加3%的水玻璃，开始灌浆压力控制在1～1.5 MPa。灌浆过程中根据现场情况(气温、灌入量、水灰比等)可采用水玻璃作速凝剂(在吸浆量较大时，宜加3%～5%的水玻璃)[5]。

(2)当浆液注入量基本无减少，灌浆压力上升特别缓慢时，采用水灰比升1∶1的水泥浆，增加水玻璃的掺量，间歇灌浆(间歇时间小于20 min)。

(3)注入率逐渐有降低，且灌浆压力逐步上升的的情况下，水泥浆水灰比升至0.5∶1，停止掺用水玻璃，并逐渐提升灌浆压力至设计压力加涌水压力之和，直到达到灌浆结束标准。

(4)若长时间未达到结束条件可重复(2)、(3)步骤，采用间隔掺用水玻璃的稀浆和未掺水玻璃的浓浆进行灌注。

(5)当注入率不大于1 L/min时继续灌注60 min后结束此段灌浆，在关闭灌浆泵的同时关闭进、返浆管上的球阀进行闭浆，闭浆待凝时间为8 h～48 h，最终以打开进、返浆管上的球阀没有浆液流出为准。

3.3 改进工艺的灌浆处理效果评价

大渡河深溪沟水电站大坝基础廊道防渗帷幕补强灌浆工程，共8个帷幕灌浆单元，87个灌浆孔，总计857段，其中432段存在不同情况的涌水现象，涌水压力0.1～0.44 MPa不等，全部采用此种方法进行灌浆后，9个质量检查孔，合计89段，压水最大透水率3.13 Lu，最小透水率0.3 Lu，灌浆效果良好。

灌浆后帷幕后的排水孔渗漏量明显减少，有利于大坝的安全稳定运行。

4 结 语

对已投产的电站进行坝基帷幕补强灌浆作业，很多时候是在电站高水头的工况下进行，往往造成补强灌浆造孔后，孔内的涌水量、涌水压力均偏大，给灌浆增加了一定的难度。处理涌水量偏大的孔段，传统循环式灌浆容易卡钻杆，而纯压式灌浆由于浆液在孔内流态较为稳定、缓慢，导致长时间灌浆后孔内水泥的迅速沉积，堵塞灌浆孔段，封闭涌水裂隙，造成达到结束条件的假象。造成在灌浆结束后扫孔到相同位置时，因水泥结石强度不足，在涌水压力的作用下被再次冲开，造成同一涌水孔段多次复灌的情况。采用笔者介绍的方法进行灌浆，对于涌水量偏大，耗浆量大的孔段，有良好的处理效果，减少了涌水孔段的反复处理工作，避免了既耽误工期又增加额外的成本，值得类似工程借鉴。该灌浆工艺的主要特点如下:

(1)对于岩体存在裂隙涌水较大，耗浆量也偏大的孔段，采用2∶1或1∶1的水泥浆掺用速凝剂，以较大的压力让水泥浆渗入含水量较多裂隙中逐渐凝固，以减少裂隙的通透性。

(2)以较低的压力灌注未掺用速凝剂的浓水泥浆(0.5∶1)，进一步封闭裂隙提升灌浆压力直至与设计值相同，有效避免在浓浆中掺用速凝剂后在孔内凝固，而未到达裂隙中造成灌浆结束的假象。

(3)采用特制孔口封闭装置进行循环灌浆，避免了回浆量小，灌浆时间长等因素导致灌浆管被凝固的水泥浆卡住，同时灌浆后直接封闭避免了起射浆管造成冒浆。同时脆性的PVC管在待凝后的扫孔时易碎，不会造成卡钻的现象，同时减少工期的延误。