溪洛渡水电站拱坝基础帷幕复合灌浆生产性试验

张 健1，2，3，魏 涛1，2，3，汪在芹1，2，3，李 珍1，2，3

(1.长江科学院，湖北武汉，430010; 2.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010;3.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉，430010)

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51378078)。

作者简介: 张健(1982—)，男，甘肃武威人，硕士，工程师，主要从事水工新材料研发与应用。

【摘 要】 溪洛渡水电站河床坝段基岩岩体分布有层间、层内错动带，采用水泥进行帷幕灌浆后，自检发现有透水率不合格孔段。在中间排用湿磨细水泥进行系统补强灌浆，第三方检查仍有部分孔段的透水率超出设计值。为保证帷幕的长期运行稳定性，防止渗透破坏，经讨论对存在检查不合格孔段的16坝段进行水泥－化学复合灌浆生产性试验，研究复合灌浆对层间、层内错动带和节理裂隙的可灌性，并选择合适的复合灌浆参数和方案，指导后续工作。

【关键词】 错动带; 防渗; 复合灌浆生产性试验; CW510环氧树脂灌浆材料

1 概述

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷段，是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航运等综合效益的大型水电站。水电站大坝防渗帷幕中心线在坝体内近似平行拱坝轴线，在左右岸坝头分别折向上游与地下厂房前帷幕接为一体。大坝帷幕由基础廊道防渗帷幕和左右岸灌浆平硐内防渗帷幕组成。河床坝段采用水泥浆液进行帷幕灌浆，布三排帷幕，孔距2.0m、排距1.3m，灌浆完成后由施工单位自检，对不合格分布集中部位采用湿磨细水泥进行系统补强灌浆。之后引入第三方质量检查施工，根据检查结果，16坝段仍有部分检查孔段压水检查不能达到设计要求。为保证大坝长期运行稳定，故选择16坝段开展水泥－化学复合灌浆生产性试验，研究复合灌浆对层间、层内错动带和节理裂隙的可灌性，并选择合适的复合灌浆参数和方案，指导后续工作。复合灌浆生产性试验由长江科学院承担，于2012年11月组织人员、设备进驻溪洛渡水电站开始施工，至2013年05月完成试验施工及检查。

2 复合灌浆生产性试验施工

2．1 灌浆孔位布置

溪洛渡水电站拱坝基础帷幕补强复合灌浆生产性试验在▽347.25m廊道16坝段布置复合灌浆孔2排26个，第一排位于原帷幕灌浆孔上游排和中间排之间，第二排位于原帷幕灌浆孔中间排和下游排之间，孔距2.0m，排距1.3m，位于横缝及埋设仪器附近的孔其孔距适当调整，以避开仪器及横缝止水。两排孔呈三角形分布，分两序进行复合灌浆施工，复合灌浆处理深度为入岩25m，复合灌浆孔位布置见图1。

为了观测在压水试验、灌浆等过程中可能引起的变形，在下游侧安装抬动观测装置，在复合灌浆过程中进行抬动变形观测。复合灌浆生产性试验施工完成后，布置了3个检查孔，均位于两排复合灌浆孔中间，原帷幕中间排上，具体分布见图1。

图1 复合灌浆生产性试验孔位布置图

2．2 灌浆段长及压力

水泥－化学复合灌浆生产性试验段长按照原帷幕灌浆段长划分，第一段为2.0m，第二段为3.0m，以下各段长度均为5.0m，共6段，累计入岩深度为25m。湿磨细水泥灌浆压力采用原帷幕灌浆三序孔的灌浆压力，第一段为3.0MPa，第二段为4.0MPa，第三段及以下各段为5.0MPa。化学灌浆压力按不超过湿磨细水泥灌浆压力的80%控制，第一段为2.0MPa，第二段为3.0MPa，第三段及以下各段为4.0MPa。鉴于在Ⅰ序孔施工时个别孔段存在压力逐渐上升到设计压力的过程中流量有较明显增大的趋势，采用多次待凝后方能达到结束标准，经阶段总结专题会议讨论将Ⅰ序孔第三段及以下各段的化学灌浆压力调整为3.8MPa，Ⅱ序孔压力不变。复合灌浆段长及压力见表1。

表1 复合灌浆段长及压力表

注: Ⅰ序孔第三段及以下各段的化学灌浆压力经过调整。

2．3 灌浆材料

湿磨细水泥浆液由42.5高抗硫酸盐水泥浆液经三台湿磨机串联，即“三机联磨”的磨细工艺现场制备。对湿磨细水泥颗粒粒度进行检测，平均粒径D50=11.37μm，最大粒径D97=32.93μm。

化学灌浆材料采用长江科学院研发的CW510系环氧树脂化学灌浆材料，该材料是一种由新型环氧树脂、活性稀释剂、表面活性剂等组成的双组分灌浆材料，具有配制简单，可灌性好，力学强度高，在干燥及潮湿条件和水中都能很好地固化的特点。CW510系环氧树脂灌浆材料已在多个工程中得到成功应用，如三峡工程F215、F1096、F1050等断层破碎带的补强加固处理，湖南江垭水电站7#、8#坝段溶蚀带防渗处理，湖南长沙黑麋峰抽水蓄能水电站F15断层加固处理，构皮滩电站裂缝处理、断层加固，云南澜沧江小湾拱坝坝体裂缝处理，湖北江汉航线新城船闸上下闸首裂缝处理等。CW510系环氧树脂灌浆材料主要性能见表2。

表2 CW510系环氧树脂灌浆材料主要性能

2．4 施工工艺

试验采用自上而下分段湿磨细水泥－化学灌浆材料同孔复合灌浆，水泥灌浆采用孔口封闭循环式灌浆，化学灌浆采用孔内阻塞纯压式灌浆。试验时对每段进行孔内阻塞简易压水，压水压力为1.0MPa，当透水率q≥1.0Lu时应先采用湿磨细水泥灌浆，当透水率q＜1Lu时，直接采用化学灌浆。试验过程中发现灌前压水试验透水率在1.0Lu左右时湿磨细水泥浆液存在基本不吃浆、可灌性较差的情况，经阶段总结专题会议讨论将湿磨细水泥灌浆开灌标准由原来的q≥1.0Lu调整为q≥2.0Lu。

湿磨细水泥灌浆采用5个比级(3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1)的水灰比，开灌水灰比为3∶1(或2∶1)。在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注60min，可结束灌浆。灌浆结束后待凝12h，然后扩孔进行化学灌浆。

化学灌浆时采取低压慢灌的方法逐步升至设计压力，灌浆泵压力按4～5级设定，当达到或接近化学灌浆泵压力设定值后，当注入率低于0.1kg/min且持续时间超过1h后，可升高化学灌浆泵设定压力到下一级，直到压力升至最大设计压力，并在最大设计压力下达到注入率≤0.01kg/min，屏浆1h即可结束灌浆，对于持续灌浆时间超过72h的孔段，可在注入率≤0.05kg/min后，屏浆1h后结束灌浆。灌浆结束后，关闭回浆阀和进浆阀，待压力表读数归零后，用0.5∶1水泥浆置换管孔中浆液并拔管清洗，置换后待凝24h可进行下一段灌浆作业。全孔灌浆结束后，灌浆孔采用0.5∶1水泥浆进行全孔灌浆封孔。

复合灌浆施工完成后待凝28d，进行质量检查。

3 复合灌浆效果分析

溪洛渡水电站复合灌浆生产性试验共完成钻孔1272.8m，包括混凝土钻孔622.8m，基岩钻孔650 m，完成湿磨细水泥灌浆12段52 m，化学灌浆156段650 m，累计注入量21871.80kg，平均单位注入量33.65kg/m。

3．1 湿磨细水泥灌浆成果

试验共完成湿磨细水泥灌浆12段52m。湿磨细水泥浆液平均单位注入量为5.23kg/m，各段湿磨细水泥浆液注入量均较少，只有两段单位注入量大于10kg/m，单位注入量最大为32.07kg/m，有5段注入量为0kg/m，占总段数的42.7%，说明湿磨细水泥灌浆对该部位处理效果不明显，经过四方会议讨论后将湿磨细水泥灌浆开灌标准定为q≥2.0Lu，用于封堵较大裂隙，以节省化学灌浆材料，保证化学灌浆有效性。

3．2 化学灌浆成果

化学灌浆完成156段650m，平均单位注入量为33.65kg/m。其中Ⅰ序孔共完成14个孔84段350m，平均单位注入量为49.37kg/m; Ⅱ序孔共完成12个孔72段300m，平均单位注入量为15.30kg/m。化学灌浆综合统计见表3。

表3 化学灌浆综合统计表

对比Ⅰ序孔和Ⅱ序孔单位注入量，其中单位注入量小于10kg/m的孔段，Ⅰ序孔有26段，占30.95%，Ⅱ序孔有43段，占59.72%; 单位注入量在10～50kg/m之间孔段，Ⅰ序孔有30段，占35.71%，Ⅱ序孔有22段，占30.56%; 单位注入量在50～100kg/m之间孔段，Ⅰ序孔有18段，占21.43%，Ⅱ序孔有6段，占8.33%; 单位注入量在100～200kg/m之间的孔段，Ⅰ序孔有7段，占8.54%，Ⅱ序孔有1段，占1.39%; 单位注入量大于200kg/m的孔段，Ⅰ序孔有3段，占3.57%，Ⅱ序孔无单位注入量大于200kg/m的孔段。

通过以上分析可以看出，经Ⅰ序孔灌注化学浆液后，Ⅱ序孔单位注入量明显减少，符合“随灌浆次序的提升，单位注入率减少”的灌浆规律; 灌浆效果明显，表明随着灌浆孔序的加密灌注，基岩的渗水通道被逐步封堵。

复合灌浆施工时，对安装的抬动监测孔进行观测，复合灌浆过程中未观测到抬动现象。

4 复合灌浆灌后检查

复合灌浆完成后待凝28d，开始检查孔的施工。灌后质量检查采用钻孔取芯、五点法压水、孔内声波等方法检测。

4．1 检查孔五点法压水结果

检查孔压水采用五点法，最大压水压力为2.5MPa，各段透水率数值见表4。压水透水率均满足设计要求，最大透水率为0.14Lu，表明复合灌浆效果良好。

表4 检查孔透水率统计表

4．2 检查孔芯样

3个检查孔基岩部分均进行钻孔取芯，芯样完整，不仅有环氧树脂胶结的岩石碎块，在一些细微裂隙中也有环氧浆材渗入，说明CW环氧浆材不仅能渗入水泥浆液无法进入的细微裂隙，对岩石碎块和碎屑也有很好的粘结效果。检查孔芯样照片见图2。

图2 检查孔芯样照片

4．3 声波测试

16#坝段在帷幕线区域全孔段复合灌浆前单孔声波平均速度为5283m/s，灌后为5505m/s，提高了4.2%; 小于4000m/s的声波波速值由8.2%下降为3.5%，降低了4.7%; 大于5000 m/s的声波波速值由69.1%升高到81.1%，上升了12.0%。说明复合灌浆对岩层地质条件起到了很好的改善作用。

5 结语

复合灌浆质量检查结果显示，检查孔压水结果满足设计要求，取芯效果良好，灌后声波波速值较前期有明显提高，检查孔全景图像明显可见CW浆材充填后形成的固化物，说明CW化学浆液对层间、层内错动带有较好的可灌性，利用水泥－化学同孔复合灌浆工艺处理错动带是可行的。试验采用材料合适，灌浆工艺参数合理，灌浆效果满足设计要求，达到了试验目的，试验成果可指导后续复合灌浆施工，并可为其他水工建筑物基础处理所借鉴。

参考文献

［1］魏涛，汪在芹，薛希亮，等. CW系化学灌浆材料的研制［J］. 长江科学院院报.2000，17(6).

［2］魏涛，邵晓妹，张健，等. 水利行业化学灌浆技术最新研究及应用［J］. 长江科学院院报. 2014，31(2):77－81.