控制性帷幕灌浆技术在洪家渡水电站下游土石围堰中的应用

张雪刚 潘存良

(中国水利水电第九工程局，贵州 贵阳 550008)

1 工程概述

洪家渡水电站位于贵州省织金县与黔西县交界处，距贵阳158km，是乌江梯级开发的龙头水电站。电站装机容量为540MW，多年平均发电量15.94亿kw·h。该工程的导流方案采用围堰断流、隧洞导流方式，下游围堰采用不过水土石围堰。挡水时段为2001年11月20日至2004年4月底，50年一遇汛期洪水流量为1330m3/s。围堰堰顶高程997m，最大堰高19.3m，堰顶宽5m，堰顶长80m，堰面采用干砌石块及块石钢筋笼保护。围堰基础防渗对挡水大坝的建造而言，是大坝能否成功进行基坑开挖及其它各项主体工程施工的必要条件。

2 工程地质

下游围堰靠近导流洞出口，河床底部为古老河道，冲积层厚6～15m，有大孤石，底部为三叠系下统灰岩，孤石较多，含泥含沙量相对较少。围堰堰体主要结构如下：

碎石粘土碾压层：即水位线以上部分堰体，厚8～10m；由碎石粘土分层碾压而成；碾压不充分，级差配，结构松散。抛填层：即水位线以下部分堰体，厚10～12m，主要为大块石抛填；架空现象严重，在渗流的作用力影响下，有多而集中的渗流通道。古河床：位于堰体基岩以上，后3～5m，主要为砂砾石。基岩层：可灌性、可钻性较好。

3 围堰防渗方案的确定

洪家渡电站下游围堰河床防渗体原设计为高喷板墙，针对下游围堰河床地质情况，大孤石较多，围堰填筑时，土石料级配不均匀，大块石含量较多，含泥量较少的实际情况，进行高喷板墙施工存在不少的技术问题，施工速度较慢，难以保证工期。根据洪家渡索桥头堆石体内现场试验取得的资料，参考广西天生桥中山包电站围堰的成功实例，专家咨询意见认为洪家渡水电站下游围堰防渗体选用控制性水泥灌浆帷幕新技术比选用高喷板墙施工更为可靠和合理，施工速度较快，经反复论证比较，最终确定采用控制性水泥灌浆帷幕方案。控制性灌浆技术，是指相对于常规水泥灌浆技术，其灌浆前的造孔成孔率可控、浆液固化时间可控、浆液的渗漏范围可控和防渗效果可控。它是高效成孔技术、浅层水泥灌浆加固技术、精确控制浆液凝固技术和灌浆防水堵漏技术等多项技术的组合。

4 控制性水泥灌浆帷幕板墙设计

4.1 施工工艺及技术参数

施工范围按高喷板墙的设计图纸，孔排距原则上为现场生产性试验布孔方案。

两排孔结构帷幕：孔距1.2米～1.25米，排距0.6米，孔深进入基岩0.5米。

4.2 施工工艺流程

定帷幕轴线放孔位→固定钻机→φ76mm钻孔并镶1.5米深的孔口管→下一段次钻孔→按计划浆液量控制进行双液灌浆→终孔段灌浆→全孔段重复灌浆→封孔结束。

钻孔按灌浆分II序自上而下分段钻孔。灌浆顺序：灌浆按分排分II序进行，其中先灌第一排的I序孔，然后再灌第一排孔的II序孔，如果帷幕结构为两排灌浆孔组成，则灌完第一排灌浆孔后再开灌第二排孔的I序孔。最后再灌第二排的II序孔。

灌浆分段控制：灌浆分段主要视钻孔情况而定。

其一、.钻孔一旦出现孔内不返水，或有严重塌孔问题，则立即停止钻孔进行灌浆。

其二、钻孔返水出现塌孔问题，或有小范围塌孔现象，但灌浆段长已超过1.0米的，则一般控制在2.5～3.0米。

其三、碰到细砂层，则要求尽可能的加大钻孔冲洗，尽可能的把细砂从孔内冲洗出孔外，控制段长一般不要超过1.0米。灌浆钻孔钻头都为φ44～φ56mm合金钻头。

控制性水泥灌浆需选用双液灌浆系统，大泵灌水泥浆液，小泵灌化学控制液，两种浆液视不同情况或在孔内，或在地层内混合，水泥浆液配比全部选为0.8：1。

水泥为425#普通硅酸盐水泥，加灌化学控制液视孔内升压情况和进浆量变化情况。

灌浆压力以控制水泥灌浆泵的机身压力表读数为准，一般I序孔控制在1.0～1.5Mpa范围。II序孔控制在1.5～2.0Mpa范围，II序孔的终孔段或全孔段重复灌浆控制压力在2.0～2.5Mpa。灌入浆液量以控制灌入计划浆液量为主，孔距为1.25米，第一排孔的控制I序孔的平均灌入浆液量为600升/米～700升/米，II序孔的平均灌入量为700升/米～900升/米。对于二排孔的帷幕结构，考虑排距为0.6米，故相对控制灌入的计划量较少，一般为第一排孔的50%，具体还要视实际孔内情况作局部调整。

灌浆结束标准，达到要求计划浆液量和要求灌浆压力后即可结束灌浆。加灌化学控制液的目的主要是提高灌浆压力值。要求I序孔灌浆尽可能的减少小于0.5Mpa的压力状态下灌浆。II序孔要尽可能的减少小于1.0Mpa压力状态下灌浆。当某些孔段出现升高压力有困难时，必须采取有效措施并加大加灌化学控制液的力度。II序孔或II序孔的全孔段重复灌浆时，最好在有一定的流动水条件下进行。

5 围堰防渗施工情况

电站2001年10月15日完成截流，10月19日进场施工，10月25日受超标准洪水冲淹，11月3日开始恢复施工，11月22日基本上满足闭气条件，达到了基坑开挖的要求。随后在基坑抽水和开挖状态下进行了第二排孔和加强补强孔的施工。

下游围堰控制性帷幕灌浆布置为两排孔，孔距1.2米，排距0.6米，孔位和孔深详见下游围堰灌浆孔平面布置图1。

和下游围堰灌浆剖面图2。下游围堰总计灌入水泥844吨，化学控制液57.4米3，总计完成灌浆任务1778米，预埋孔口管106根。下游围堰共布置3个压水检查孔和三个岩样取芯孔，检查孔平面位置详见下游平面示图3。

针对地层情况有的加强孔深度远超过深入基岩0.5米的，最深的有进入基岩5.0米以上的，为解决岩层内夹泥漏水问题，有的孔段在夹泥层位置的最大灌浆压力达5.0Mpa。

6 施工成果检查及防渗效果

6.1 单点法压水检查

防渗帷幕检查以压水检查资料为准，设计的压水检查标准为q≤5Lu，下游围堰的全部压水检查孔段，除有一段次的检查透水率q达3.63Lu(也满足设计要求)外，其它段次全部达到q≤3Lu，其中有9孔段的渗水率q≤1.0Lu，占总压水孔段数的45%，说明经过灌浆后，压水检查效果良好。

6.2 取芯检查孔和帷幕上部搭接土工膜开挖检查

下游围堰共布三个取芯检查孔

（1）孔深5.0米至7.0米，岩芯为水泥结石岩样，灌浆效果令人满意；

（2）2#取芯孔孔深7米～15.2米和3#取芯孔孔深8米～15.0米全为块石水泥结合体，取芯孔穿过的最大块厚达1.5米，而且检2#、检3#压水检查孔紧靠1#和2#取芯孔（直线厚度约为1.0米），压水全压力达0.6Mpa,压水时取芯孔是不封闭的，没有从取芯孔内串冒出水现象，压水检查渗水率又在设计标准内，说明控制性水泥灌浆帷幕解决大块石堆积体的防渗问题，效果是很好的。

（3）1#取芯孔相邻两灌浆孔1-8#和1-9#都穿过厚1.0米以上的细砂层，而1#取芯孔却没有取到细砂层，而3#取芯孔（距幕中心线为0.8米，距1#取芯孔为0.5米的上游侧）又碰到了细砂层，说明控制性水泥灌浆对细砂层经冲洗置换加高压力挤压，使原存在的细砂层都发生变化，不但使细砂层的防渗效果被大幅度的提高，而且使原细砂层位置的防渗也满足了设计要求。

控制性水泥灌浆帷幕上部与土工膜防渗体相联接，设计要求搭接施工时将孔口管1.5米范围的软弱覆盖层全挖掉，然后浇砼相连接，开挖施工验证，控制性水泥灌浆帷幕范围已变成了有一定强度的墙体。凿除开挖很困难，有些地方是用小药量爆破解决的。众所周知，常规帷幕灌浆在覆盖层内，安装1.5米的孔口管是很难解决地表串、冒浆这一难题的，而越往深层，则帷幕灌浆的效果就越好，可以肯定，深层的灌浆效果将比表层看到的会更好。

下游围堰帷幕结构为两排孔，第一排孔完成后再进行第二排孔施工的，两排孔的施工难度截然不同：（1）第一排孔施工时，塌孔和钻孔不返水现象很突出，钻孔返水的灌浆段不多，塌孔严重，有些灌浆孔反复灌的次数多达20段次以上，而第二排孔施工时出现不返水的孔段不多，一般都按最长段长（4米）控制灌注，钻孔塌孔现象几乎不存在。（2）第一排孔一般孔段起灌时无压力，灌浆升压慢，耗用化学控制液多，而第二排孔施工时，都有起始压力，而且升压快，结束压力高，化学控制液用量还不到第一排孔总用量的五分之一。（3）钻孔通过细砂层时，第一排孔一般都要反复灌几次才能穿过去，而第二排孔则不出现塌孔，也没有涌砂出孔口，因此，第二排孔的施工进度得到提高。

2#取芯孔和3#取芯孔终孔后做了注水试验，详见注水试验情况如表：

6.3 基坑抽水情况检查

下游围堰闭气后，保证了基坑正常抽水及开挖施工，从下游围堰渗漏到基坑的水量都不大，没有出现涌水现象。当然，下游围堰坡脚也有较小的漏水点，但洪家渡基坑经开挖验证，坝基岩层本身漏水就比较严重，而且溶蚀层、溶洞比较发育，产生的漏水点水量渗漏通道无法考证。总之，防渗帷幕的施工目的已完全达到。

7 结束语

不良地层的钻孔经常发生塌孔埋钻、掉块卡钻等孔内事故，应采用多种方法，以保证孔壁的稳定性；钻孔和灌浆相辅相承，灌浆时应针对不同的地层情况，对灌浆压力、水会比、外加剂、掺和料等灵活应用，以提高施工效率，节约原材料，降低施工成本。

[1]雷励.浅谈帷幕灌浆技术.西部探矿工程.2006-08-15.