长潭河水电站施工围堰防渗施工技术(张涛)

关 键 词: 防渗围堰;静压灌浆;施工技术;长潭河水电站

中图分类号: TV551.3 文献标识码: A

1 围堰概况

1.1 地质条件

长潭河水电站坝址区两岸地形基本对称，坡度约35～40°，河床高程为84～88m。左岸除河边有少量覆盖层外，基岩大多裸露;右岸分布有厚2～14m的崩积层。河床为冲洪积的砂砾石。基岩岩性从####P31q 到D32y 均有分布。岩溶一般发育。围堰堰基地质构造简单，岩层产状为N20°～60°E?NW∠15°～30°，岩石多呈弱风化状态。河床砂卵砾石层和右岸崩积层堆积松散，块体架空，为强透水层，同时夹有飘石、孤石及架空现象，堰基存在渗漏问题。此外，堰基为碳酸盐岩，岩溶发育，亦存在沿岩溶通道的渗漏问题。

1.2 结构设计

上、下游围堰均为土石过水围堰，堰体防渗采用粘土斜心墙。堰基防渗河床部位采用灌浆防渗墙、岸坡部位掏槽回填粘土相结合。围堰设计挡水流量1800m3/s，相应上游水位107.3m，相应下游水位94.7m，围堰过水标准为全年10a一遇洪水，相应流量3750m3/s。

2 防渗施工

2.1 概况

在上游围堰填筑至高程95m、下游围堰填筑至高程94m后开始进行高喷灌浆，由于防渗覆盖层中粗粒卵石居多，还夹杂大块石（后经基坑取样卵石粒径较大，含砂率只有5%），为强透水层，上游围堰高喷灌浆施工时，大多数孔在采取常规措施处理后孔口仍不返浆，每米单耗达1t，防渗效果较差。针对不同性质的渗漏点对上下游围堰采用了静压灌浆工艺（共5种）进行防渗处理，防渗效果明显。

2.2 静压灌浆工艺

2.2.1 孔口混合水玻璃灌浆法

采用一泵灌水玻璃、一泵灌浓水泥浆，孔口混合灌浆工艺。

（1）钻孔。钻孔采用跟管钻机造孔，孔径为130mm，孔深深入基岩不少于50cm，钻孔时要用水平尺调平钻机并随时校正，保证钻孔最大偏斜小于25cm。钻孔过程中要准确判断基岩，注意观察岩屑，并对钻孔过程发现冒水、脱空等作好记录。钻孔结束后及时下PVC管，PVC管要打花眼，花眼间距10～15cm，直径5mm左右，但拔管时要严防把PVC管带出。

（2）下灌浆管。射浆管距孔底小于50cm，灌浆管采用埋管，孔口阻塞1m。

（3）制浆。采用高速搅拌机制浆，低速搅拌筒需适当延长搅拌时间确保浆液搅拌均匀。

（4）灌浆。①灌浆方法:考虑漏浆量较大，孔口没有回浆，采用填压式全孔灌浆法。②浆液水灰比及变换标准:灌浆浆液以普通水泥浆液为主，并根据漏量情况掺水玻璃、锯末等。③开灌水灰比为0.8∶1。④灌浆过程中，注入率持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液水灰比。⑤0.8∶1浆液的注入量达600L以上，而注入率无明显改变时，应改为0.6～0.5∶1浓浆灌注。⑥当注入率大于40L/min时，或总注入量达1000L以上、漏量无明显减少时掺锯末和水玻璃，锯末掺量为浆液体积的10%～20%，水玻璃的掺量为水泥浆体积的5%～15%（水玻璃掺量必须记录每桶水泥浆的平均掺量），水泥浆的水灰比为0.8∶1，掺水玻璃遵循由少到多的原则，先掺5%，漏量无明显减少则改为10%直至掺至15%。水玻璃采用专用泵按掺量送至孔口与水泥浆液掺和。

（5）灌浆结束标准。当孔口已回浆，灌浆压力达到0.6MPa时，灌浆注入率小于1.0L/min，延续灌注30min，可结束灌浆作业。

2.2.2 双液泵管路混合灌浆法

采用双液泵，一缸进水玻璃、一缸进浓水泥浆，管路混合静压灌浆法。孔内下钻杆，孔口用高压管，边灌边上拔灌浆管工艺。其他同孔口混合水玻璃静压灌浆法。

2.2.3 孔内混合水玻璃灌浆法

施工工艺参照孔口混合水玻璃灌浆法，不同之处是水玻璃管插至孔底，水玻璃和水泥浆液在孔内进行混合。

2.2.4 自上而下分段静压灌浆法

（1）钻孔。先用地质钻在围堰每隔8m施工一个先导孔，孔深入岩3m，要求有一个先导孔从原高喷墙顶部以下全部取芯，观察芯样，其他先导孔只需入岩后取芯，校核跟管钻机判断的基岩高程。上游围堰全部采用跟管钻机造孔，孔径为130mm;下游围堰采用300型或150型地质钻造孔，上部2m用91mm三翼钻头造孔，埋孔管口后粘土层用56mm三翼钻头造孔，进入覆盖层改用56mm人造金刚石钻头造孔，孔深深入基岩不少于50cm;钻孔时要用水平尺或角度调平钻机并随时校正，保证钻孔最大偏斜小于25cm。钻孔过程中要准确判断基岩，注意观察岩粉和取芯并对钻孔过程发现冒水、脱空、漏水、塌孔等作好记录。

（2）埋孔口管。下游围堰预埋2m孔口管，为直径75mm铁管，钻孔达到埋管深度后，向孔内注入0.5∶1浓浆，待孔口冒出浓浆时，将孔口管铅直下到孔内，把孔口管调整居中并固定待凝48h。

（3）制浆。采用高速搅拌机制浆，掺膨润土时需适当延长搅拌时间确保浆液搅拌均匀。

（4）灌浆。①灌浆分段:粘土与覆盖层接触段为1.5～2.0m，以下为2.5～3.0m，终孔段包括基岩不得超过2.5m。②自上而下灌浆时钻孔一旦出现严重塌孔时，则立即停钻进行灌浆，这时视情况可用钻孔钻具和钻杆灌浆，灌浆时应间隔转动钻杆防止埋钻，当灌到不漏时继续钻下一段，当灌浆超过2h或注入量达到2000L孔口仍不返浆，则待凝24h后再扫孔到要求的段长灌浆。③灌浆方法:采用孔内循环灌浆法，掺水玻璃时为填压式灌浆。④浆液水灰比及变换标准:灌浆浆液以普通水泥掺膨润土浆液为主，膨润土掺量根据漏量情况为10%～30%，必要时掺水泥量1%的高效减水剂，并根据漏量情况掺水玻璃、锯末等。⑤灌浆压力，第1段为0.30MPa，第2段为0.40MPa，第3段为0.50MPa，第4段及以下各段为0.6MPa。⑥灌浆结束标准。灌浆压力达到设计压力时，灌浆注入率小于1.0L/min，延续灌注30min，可结束灌浆作业。

2.2.5 控制静压灌浆法

（1）钻孔。钻孔采用跟管钻机造孔，孔径为130mm，孔深深入基岩不少于50cm，钻孔时要用水平尺调平钻机并随时校正，保证钻孔最大偏斜小于25cm。钻孔过程中要准确判断基岩，注意观察岩屑，并对钻孔过程发现了冒水、脱空等作好记录。钻孔结束后及时下PVC管，PVC管要打花眼，花眼间距10～15cm，直径5mm左右，但拔管时要严防把PVC管带出。

（2）下灌浆管。根据孔深下2～3根灌浆管，第1根灌浆管距孔底小于50cm，第2根灌浆管底部距第1根底部1.5cm，第3根灌浆管底部距第2根底部1.5cm，灌浆管采用埋管，堵塞部位为粘土层以下50cm，采用水泥浆液灌注土工布袋的方法进行堵塞，堵塞24h后可开始灌浆。

（3）制浆。采用高速搅拌机制浆，低速搅拌筒需适当延长搅拌时间确保浆液搅拌均匀。

（4）灌浆。①灌浆方法:考虑漏浆量较大，孔口没有回浆，采用填压式全孔灌浆法。②浆液水灰比及变换标准:灌浆浆液以普通水泥浆液为主，并根据漏量情况掺水玻璃、锯末等。③当注入率大于40L/min时，或总注入量达1000L以上、漏量无明显减少时掺控制液。掺控制液遵循由少到多的原则，控制液采用专用泵按掺量送至孔口与水泥浆液掺和。④灌浆顺序为第1、第2、第3根。

（5）灌浆结束标准。当孔口已回浆，灌浆压力达到0.6MPa时，灌浆注入率小于1.0L/min，延续灌注30min，可结束灌浆作业。

3 效果评价

3.1 总体防渗效果

在第1阶段实施高喷灌浆未能形成有效的防渗墙的情况下，针对不同部位不同渗漏点采用有效的静压灌浆技术后，上下游围堰都形成了有效的防渗系统。在上游围堰堰前水位高程95m、下游水位高程91m时上下游围堰的渗漏量从灌浆防渗处理前的大于4000m3/h下降为防渗处理后的400～600m3/h。并在围堰防渗系统形成并在运行4个月后，在上游水位达到高程107m的情况下围堰渗水清澈，渗漏量无明显变大，因此可以认为，静压灌浆对围堰防渗效果明显。

3.2 灌浆技术评价

高喷灌浆共完成灌浆1724.74m，水泥单耗达1t/m，未能有效形成防渗墙，事实证明高喷灌浆不适用卵石粒径大、含砂量很少，同时夹有飘石、孤石及架空等现象的地质条件。

（1）孔口混合水玻璃灌浆法:共完成灌浆55孔，孔深累计1134.4m，耗灰447.03t。此技术使用人工控制水玻璃的掺量，要求操作人员有较丰富的施工经验。预埋灌浆管不能承受大的压力，因此容易出现堵管现象。此技术对渗量较小的部位防渗效果明显，但对集中渗漏的部位效果较差。

（2）双液泵管路混合灌浆法:共灌浆26个孔，累计孔深518.2m，共用水泥409.75t、水玻璃27793.2kg，最大单孔水泥用量48.1t，水玻璃用量3572.5kg。此技术和第一阶段静压灌浆技术类似，但灌浆管可以承受较大的压力，因此能较好地解决堵管现象。由于此技术只能加大水玻璃的掺量，但不能在浆液中大量使用砂，另外双液泵的总排量只有30L/min。此技术对渗量较小的部位防渗效果明显，但对集中渗漏的部位（有5m左右的水头差）效果较差。

（3）孔内混合水玻璃灌浆法:共完成灌浆39个孔，累计孔深为654m，累计用水泥220.8t。最大单孔水泥用量15t，水玻璃用量350kg，砂6880kg，膨润土915kg。由于水泥浆液和水玻璃在孔底混合，因此可以提高水玻璃和砂的用量，可以很好地解决集中渗漏，此技术在发现渗漏通道的情况下效果明显，但扩散半径只有几十厘米。

自上而下分段静压灌浆法共完成灌浆69个孔，累计孔深916.4m，共用水泥929.2t，膨润土10800kg，水玻璃7088kg，锯末18050kg，砂148740kg，海带59kg，黄豆581kg。单孔最大水泥用量为46.75t，水玻璃820kg，膨润土2140kg，用砂127060kg，黄豆303kg，锯末790kg。此技术能采用多种灌浆材料，可针对不同的渗漏部位采用不同的灌浆方法，且采用自上而下的灌浆方法能较好控制孔底的灌浆压力。不足之处为灌浆周期较长，进度较慢。

（5）控制静压灌浆法共完成灌浆13个孔，累计孔深155.9m，共用水泥132.45t，控制液3837kg，水玻璃470kg，单孔最大水泥用量45.5t，控制液1154kg。此技术采用的控制液为国家专利技术，可以通过掺量精确地控制水泥浆液的初凝时间，可以在较短时间内明显堵塞渗漏通道，防渗效果明显。

作者简介: 张 涛，男，武警水电第二总队第五支队，助理工程师。