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【摘要】双江口水电站最大坝高312m，因此对心墙基岩帷幕灌浆的防渗性提出了更高的要求，本次针对左、右岸坝肩的帷幕灌浆试验是对设计要求的充分论证。鉴于左、右岸坝肩的不同地层，采用了不同的灌浆方法来对两个工作场面进行试验，在试验过程中特殊情况频发，承建单位通过不断探索和试验，总结出了一套针对左、右岸坝肩基岩高压帷幕灌浆的施工技术，为后序大规模施工起到了指导性作用。
【关键词】双江口水电站基岩高压帷幕灌浆施工技术研究
1 工程概况
双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康市、金川县境内大渡河上源河流足木足河与绰斯甲河汇合口以下约2km处，是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库工程。最大坝高312m，坝顶宽度16m，坝顶长度648.66m。此次高压帷幕灌浆试验的主要目的是通过高压灌浆使得心墙基岩能够承受高水头的动水压力，为高坝防渗提供有效的技术支撑，为后序施工推荐合理的施工程序、良好的施工工艺、适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比；提供有关的技术数据，如孔距、排距、防渗帷幕厚度和深度、灌浆压力、段长划分等。
2地质条件
左、右岸坝肩岩体主要由致密坚硬的细～中粒似斑状黑云钾长花岗岩和细～中粒二云二长花岗岩组成，岩石抗风化能力强，风化作用主要沿裂隙进行，其风化强度、深度和分布规律明显受构造、地形、岩体卸荷和地下水等因素控制。
左岸坝肩试验区位于电站进水口平台（孔口高程为2397m），为Ⅲ类基岩，表层基岩完整，裂隙微发育，随着后续帷幕钻孔的施工，在9m以下逐渐出现较大裂隙通道、钻孔时出现无回水现象，尤其在20~40m深度范围这一现象较为普遍，局部存在伟晶岩，在高压作用下易发生劈裂；右岸坝肩试验区位于右岸边坡台地（孔口高程为2510m），为Ⅳ类基岩，卸荷裂隙发育，根据灌前孔内成像资料反应，多个孔段存在较大裂隙通道，微小裂隙存在普遍，且裂隙间的连通性较好。部分地质照片如下图1：
3 帷幕灌浆试验方法
3.1 设计要求
设计灌浆压力最大为6.66MPa，经过帷幕灌浆达到岩体灌后透水率q≤1Lu要求。
3.2 布孔方式
左、右岸坝肩帷幕灌浆孔深70m，灌浆孔与竖直方向呈5º的夹角，统一向上游侧倾斜，其孔位布置一样，分别分为两个单元，一单元按双排孔布置，呈梅花形布置，二单元按单排孔布置。一单元钻孔排距为1.5m，孔间距2m；二单元钻孔排距为1.5m，孔间距1.5m。
3.3 段长划分及灌浆压力
3.3.1 段长划分
左、右岸坝肩帷幕灌浆试验灌浆段长从上至下按2m、3m、5m、5m…。
3.3.2灌浆次序
左、右岸坝肩帷幕灌浆一单元按两排孔布置，先施工下游排，再施工上游排，同排帷幕灌浆孔按分序加密的原则施灌，先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序，最后施工Ⅲ序，各灌浆次序孔间隔高差不得小于15m。
3.3.3灌浆压力
左、右岸坝肩帷幕灌浆压力如下表1：
3.4 灌注浆材
纯水泥浆液分为六个级别，5:1、 3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1；水泥膨润土膏浆分为三个级别，一级膏浆浆液扩散度为15cm、二级膏浆浆液扩散度为12cm、三级膏浆浆液扩散度为8cm；水泥砂浆分为三个级别，水：水泥：砂的比例分别为0.5:1:1、0.5:1:1.3、0.5:1:1.5；水泥水玻璃双液浆的配比为：水：水泥质量比为0.5:1，水玻璃体积占水泥浆体积的10%~15%，通过双泵分别同时将水泥浆液、水玻璃输送至孔口，通过孔口混合塞将两种浆液混合均匀后灌注至孔内，浆液初凝时间为10s；SGM01突变灌浆材料属于一种有机与无机复合灌浆材料，主要有以下优点：初凝时间可控、在短时间内能够达到较高强度、优异的流动性、界面结合能力强，结石强度高、耐久性好，抗渗性能佳，可灌性好，无污染。
3.5灌浆方式
左岸坝肩边坡帷幕灌浆试验采用“自下而上分段栓塞式灌浆法”（简称自下而上灌浆法）施工；右岸坝肩边坡帷幕灌浆试验采用“孔口封闭灌浆法”施工。
3.6变浆原则及结束标准
3.6.1变浆原则
（1）水泥浆
水泥浆按照5:1的稀浆开灌，变浆方式按照规范执行。
（2）水泥膏浆
1）灌浆按照由稀到浓逐级原则进行变浆，开灌比级为一级水泥膏浆；
2）各级灌浆浆液灌入量达到300～400L/m，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著，应改浓一级；
3）累计单位注灰量达到1t/m且无明显结束趋势时做待凝处理。
（3）水泥砂浆
因水泥砂浆在本次试验中应用较少，对浆液变化未做强制性要求。
3.6.2结束标准
左岸坝肩灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min；右岸坝肩灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注60min。
4 施工难点及应对措施
4.1 施工难点
(1)左岸坝肩帷幕灌浆试验采用“自下而上分段栓塞式灌浆法”（简称自下而上灌浆法），灌浆方式为纯压式。当岩层陡倾角裂隙发育时，特别是在高压力作用下，易发生绕塞返浆。
(2)左岸坝肩由于地层较好、基岩相对完整，所以采取“孔内卡塞、自下而上分段灌浆法”，这种方法虽然功效较高，但缺点也较多，一方面无法判定孔内浆液是否变浓，另一方面灌浆时间过长容易发生铸塞，不利于操作人员对灌浆过程的控制。
(3)右岸坝肩位于边坡台地，为Ⅳ类基岩，卸荷裂隙发育，多个孔段存在较大裂隙通道，微小裂隙存在普遍，且裂隙间的连通性较好。在高压灌注常规浆液（水泥浆、膏浆、砂浆）作用下边坡漏浆现象、孔与孔串冒浆现象频繁。
4.2应对措施
(1)针对左岸坝肩自下而上纯压式灌浆方法在高压力作用下易发生绕塞返浆现象，项目部采用钻孔施工过程中，如发现异常地层，提前将这个部位进行灌浆处理，处理过后往下再继续钻孔。
(2)针对左岸坝肩常规卡塞灌浆的诸多弊端，项目部研发了卡塞集成式循环灌浆管路。集成式循环灌浆管路性能优异，下设拆卸方便，便于清洗，在施工过程中未出现堵管等异常现象；经塞体加长处理，通过压水膨胀后能够牢牢卡死在套管内壁，在7MPa高压力灌浆过程中不会发生上浮现象；且孔口封闭装置尺寸小，便于安装及拆卸清理，能够承受10Mpa压力，封闭效果良好。
(3)针对右岸坝肩紧靠边坡且裂隙发育较好，在高压灌注常规浆液作用下，各孔冒浆、漏浆、串浆等情况发生频繁，多个孔段待凝、复灌普遍等现象。在该地层常规浆液不适合的情况下，我们积极寻求适合该地层的浆液即采用突变浆液进行灌注，具体灌注方案为：在突变浆液灌注结束后，待凝4h后扫孔做压水试验（压水压力为灌浆压力的80%，最大压力3.5MPa，达到4MPa灌浆压力的孔段压水压力为3.5MPa），经压水检查合格可直接进行下一段的钻孔灌浆施工，如果不合格，根据实际情况采用纯水泥浆或突变浆液进行复灌。项目部采用突变浆液进行灌注效果良好，该浆液初凝时间可控、在短时间内能够达到较高强度，浆液扩散范围可控，施工功效得到一定提高，同时有效降低了右坝肩试验区单位注灰量。针对大裂隙孔段，在灌注突变浆液无效果后，项目部先采用双液浆进行处理，处理后再扫孔进行复灌，效果十分明显。
5 灌浆试验效果
5.1 灌浆资料统计及分析
5.1.1 灌前透水率分析
左坝肩试验区上部基岩完整，下部存在局部发育裂隙，灌前透水率在0Lu～127.63Lu之间，有个别孔段灌前透水率为0Lu，右坝肩试验区存在发育裂隙较多，钻进过程中不返水情况较多，大裂隙孔段连通发育范围较大，灌前透水率在0～600Lu之间（600Lu为记录仪默认的最大值）。
5.1.2 左、右岸坝肩帷幕灌浆试验区注灰量分析
左坝肩帷幕灌浆大平均单位注灰量为180.27Kg/m，试验一区大平均单位注灰量为153.58Kg/m，试验二区大平均单位注灰量为247.87Kg/m，试验一区较试验二区单位注灰量递减38.04%。
右坝肩帷幕灌浆大平均单位注灰量为411.46Kg/m，试验一区大平均单位注灰量为406.16Kg/m，试验二区大平均单位注灰量为424.71Kg/m，试验一区较试验二区单位注灰量递减4.37%。
从上述分析得出，单位注灰量有随灌浆次序的逐渐增加而呈显著的逐次减小的现象，符合正常的灌浆规律，表明灌浆效果是良好的。
5.2 灌浆质量检查
左、右岸坝肩各布置5个帷幕检查孔，检查孔孔深均为盖重以下70m，左、右岸坝肩检查孔布孔方式及检查方式一致，且检查结果基本一致，现选取右岸坝肩做分析，具体分析如下：
5.2.1 检查孔透水率分析
5.2.2 声波测试
右岸坝肩1区灌前、后声波波速曲线总体较平稳，局部存小锯齿状。灌前测试2孔，平均波速5054m/s，灌后测试3孔，平均波速5195m/s。经帷幕灌浆处理过后，岩体波速有一定提高，波速提高率为2.8%。右岸坝肩2区灌前、后声波波速曲线总体较平稳，局部存小锯齿状。灌前测试1孔，平均波速5040m/s，灌后测试2孔，平均波速5171m/s。经帷幕灌浆处理过后，岩体波速有一定提高，波速提高率为2.6%。
5.2.3 耐压耐久压水试验
右岸坝肩帷幕灌浆检查孔耐压压水试验按照一段次进行，考虑到帷幕灌浆孔第一段灌浆压力仅为0.5MPa，且第一段灌注结束后需镶铸孔口管，所以在采用高压力灌注下部孔段时并不能对第一段进行有效补强灌注，鉴于上述原因卡塞位置在距离孔口3m处，压力采用递增方式从0.5Mpa逐步升压至3.5Mpa，递增幅度为0.5Mpa，每级保持30min，升压至3.5Mpa后持续至压水试验结束，耐压试验持续时间为72h，并记录压入水量的变化。
压水情况（3~70.8m）:在0.5MPa、1.0MPa压力下没有流量，透水率为0Lu，在压力升到1.5MPa时，逐渐有了一定流量并缓慢上升，最大流量为5.95L/min，透水率为0.05Lu，在压力升到2.0MPa时，流量缓慢上升至10L/min左右，透水率为0.07Lu，在压力升到2.5MPa时，流量缓慢上升至13L/min左右，透水率为0.07Lu，在压力升到3.0MPa时，流量缓慢上升至16L/min左右，透水率为0.08Lu，在压力升到3.5MPa时，流量为18L/min左右，在之后的压水过程中流量缓慢增加，压水结束时流量为89.98L/min，透水率为0.37Lu。
右岸坝肩孔深3m以下的孔段能够承受3.5Mpa压力而不会发生明显的破坏，平均透水率仅为0.37lu。
5.2.4 检查孔取芯
在各孔段从后序孔、检查孔取出的岩芯中，可以观察到大量的水泥浆固结体。通过灌浆质量检查不难看出，本次帷幕灌浆试验效果良好，检测结果均符合设计要求，为以后帷幕灌浆大施工提供有力依据。
6 结束语
经灌浆试验及质量检查的情况表明：
（1）采用高压帷幕灌浆对基岩承受高水头动水压力的能力有了显著的提升。此次施工为最大坝高为312 m的双江口水电站提供了有效的技术支撑，对左、右岸坝肩的帷幕灌浆试验的设计要求进行了充分的论证，为后序施工推荐合理的施工程序、良好的施工工艺、适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比，为后序施工提供有关的技术数据。
（2）左岸坝肩“自下而上分段栓塞式灌浆法”集成式循环灌浆管路的应用，有效的解决了无法判定孔内浆液是否变浓，灌浆时间过长发生铸塞的等问题。
（3）右岸坝肩突变浆液的成功使用，为基岩帷幕特殊地层灌浆提供了一种新的方法。
论文作者:蒋志勇,徐文峰,喻云龙
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第13期
论文发表时间:2019/10/16
标签：浆液论文; 帷幕论文; 裂隙论文; 压力论文; 基岩论文; 波速论文; 透水论文; 《建筑实践》2019年第13期论文;