高压深孔丙烯酸盐化学灌浆技术在龙滩水电站 细微裂隙岩体防渗处理中的应用

高压深孔丙烯酸盐化学灌浆技术在龙滩水电站

细微裂隙岩体防渗处理中的应用

刘涛，漆巨彬

（中国水电七局基础分局，四川 成都    611130）

摘  要：本文介绍了龙滩水电站上游帷幕体细微裂隙岩体防渗处理的施工工艺，实践证明采用高压、深孔丙烯酸盐化学灌浆技术，使细微裂隙岩体得到了有效充填，弥补了水泥颗粒浆材的不足，为类似工程拓宽了视野，积累了施工经验。

关键词：化学灌浆  高压灌浆  丙烯酸盐  细微裂隙  防渗帷幕

1 工程概况

龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益，工程规模为大(Ⅰ)型。工程按正常蓄水位400m设计，初期按375m建设，电站装机容量分别为6300MW与4200MW。坝基防渗帷幕由延伸至两岸的上游防渗帷幕、下游防渗帷幕及两岸横向防渗帷幕组成。上游帷幕按作用在建基面上作用水头及地质条件的不同分成3个区，分别布置一排、两排和三排钻孔，排距1.5m，孔距2m或1.5m，呈梅花形布置，各区帷幕深度均伸入相对隔水层(1Lu)不小于5m；下游帷幕及横向帷幕均为一排钻孔，孔距1.5m。

大坝14^#～19^#坝段上游坝基防渗帷幕（三排区，按从上游到下游的顺序分为A、B、C三排）在灌浆施工中发现，部分抬动观测孔及灌浆孔孔口均出现较大涌（渗）水现象。该部位首灌排全部与后灌排的所有Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通水泥浆液灌注，其余均采用湿磨细水泥浆液灌注。施工中根据对涌水孔段进行观测所获得的涌水流量和涌水压力，在灌浆施工中采取了提高灌浆压力、屏浆、闭浆、待凝等处理措施。从灌浆过程分析：随着孔序尤其是排序的增加，涌水量有了较明显的减小，但直至中间排Ⅲ序孔（即最后次序孔）和帷幕灌浆质量检查孔施工时，涌水现象仍未能完全消除。

鉴此情况，经过工程参建各方多次认真分析认为：造成涌水现象的原因主要是岩层细微节理裂隙密集，此类岩层中节理裂隙极细窄，但密度又较大，通过湿磨细水泥灌浆材料尚不能完全满足此类岩层的灌浆要求，故而岩层可灌性差，但有需灌性。若大坝正常蓄水后，各涌水通道在长期高压水头作用下将有可能进一步扩张延伸，对工程长期安全不利。为确保坝基上游防渗帷幕的可靠性，需采取化学材料灌浆进行加强处理。加强灌浆处理的目的主要是通过对细微裂隙的防渗灌浆处理，进一步降低坝基扬压力，增强大坝的稳定性。

2 处理方案

为确保河床部位坝基上游防渗帷幕的可靠性，在14^#～19^#坝段上游帷幕体（A、B帷幕线中间）增设一排化学灌浆加强孔（孔距1.5m、岩内钻灌深度30.0～45.0m、最大灌浆压力4MPa），采用丙烯酸盐化学材料对坝基细微裂隙岩层进行加强灌浆处理。

3 施工难点分析

（1）本工程丙烯酸盐化学灌浆岩内钻灌最大深度为45.0m，最大灌浆压力为4MPa，目前国内尚无高压、深孔丙烯酸盐化学灌浆施工经验借鉴。因此，合适的施工工艺是保证此次化学灌浆成败的关键。

（2）丙烯酸盐浆材价格昂贵，在保证工程质量的前提下如何节省浆材，是控制施工成本的关键。

（3）本工程丙烯酸盐化学灌浆工期紧，为确保龙滩水电站提前下闸蓄水目标的顺利实现，除施工资源配置充足外，最优施工方案的应用尤为重要。

4 主要施工工艺

化学灌浆孔施工工艺流程：钻孔→冲洗→涌水流量及压力观测→压水试验→下一段钻孔（进行冲洗、涌水观测、压水试验后继续钻进，直至孔底）→灌浆（采用“自下而上分段灌浆法”进行施工）。

4.1 钻孔

坝基帷幕体加强处理化学灌浆孔、质量检查孔采用回转式钻机金刚石钻进方式造孔。化学灌浆孔孔径为Φ56mm；质量检查孔孔径为Φ91mm。

4.2 冲洗

孔段钻孔结束后，将钻杆下入孔底，通入大流量水流进行钻孔冲洗，直至无粉回水澄清10min且总冲洗时间不少于30min时为止，孔底沉积厚度不得超过20cm。

4.3 涌水流量及压力观测

为详尽掌握化学灌浆孔灌前涌水情况，各孔段钻孔冲洗结束后，进行涌水流量及压力观测，终孔后对全孔段进行灌前涌水流量及压力观测。

涌水流量采用200ml或500ml量杯观测，观测时间为5～10min；涌水压力采用0.4MPa或0.6MPa以下量程的压力表封闭观测，闭压稳定观测时间为20min。

4.4 压水试验

各孔段灌浆前必须进行压水试验，其主要目的是为准确获得岩体透水情况，以便及时调整浆材胶凝时间，达到既能对细微裂隙进行有效灌注，又不至于使浆液渗透过远造成浪费。采用自上而下分段进行压水试验，压水压力与灌浆段的灌浆压力一致。试验要求按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）附录A条文执行，即在稳定的压力下，每3～5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1.0L/min时，即可结束，取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值。

4.4 灌浆

（1）灌浆方式和灌浆方法

化学灌浆采用纯压式灌浆。即在整个灌浆流程中，浆液的流动，只有一个方向，不允许浆液产生循环。采用纯压式进行灌浆时，必须根据孔内吸浆量的变化，及时调节灌浆泵的排量，以达到在恒压条件下，使排浆量和吸浆量保持平衡。

坝基帷幕体加强处理化学灌浆采用“自下而上分段灌浆法”进行施工，即将灌浆孔一次钻进到底（各孔段自上而下逐段进行正规压水试验），然后全孔进行一次裂隙冲洗，再从钻孔的底部往上逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至孔口。

（2）灌浆段长

第一段（接触段）为3.0m，第二段及以下各段不大于5.0m，每段长度允许误差不超过0.2m，且在下一段应消除差数。

（3）灌浆压力

第一段为2.0MPa，第二段为3.0MPa，第三段及以下各段为4.0MPa。

（4）灌浆结束标准

第一种情况，在设计压力下，灌浆孔段吸浆量为零或吸浆量下降至0.05～0.1L/min时，灌浆即可结束。

第二种情况，灌浆孔段吸浆量大，无法达到第一种情况规定的结束标准时，采用定量与定时相结合的方式来进行控制，即根据地质情况和压水试验资料，估算所需浆量，当此浆量全部灌入孔段后，即可结束灌浆。

4.5 封孔

各孔灌浆结束后立即封孔，封孔采用“全孔灌浆封孔法”：先采用导管注浆法将孔内余浆置换成为水灰比为0.5:1的水泥浆，其后将灌浆塞阻在孔口，继续使用这种浆液进行纯压式灌浆封孔。封孔灌浆压力为最大灌浆压力，当注入率不大于1L/min，继续灌注60min后结束封孔，并采取闭浆措施。

5 主要灌浆成果分析

（1）各次序孔灌前透水率值和单位注入量情况

根据灌浆成果资料统计，各次序孔灌前透水率值和单位注入量情况见灌浆综合统计表：

灌 浆 综 合 统 计 表

各次序孔灌前透水率情况为：①经过水泥灌浆（三排帷幕孔）后，岩层的透水率值已很小，各次序孔透水率值均小于1Lu；②Ⅰ序孔平均透水率值（0.15Lu）大于Ⅱ序孔平均透水率值（0.09Lu）。

各次序孔浆液单位注入量情况为：①Ⅰ序孔单位注入量为10.44L/m，Ⅱ序孔单位注入量为9.79L/m，Ⅱ序孔相对Ⅰ序孔减小了6.23%。②各次序孔单位注入量小于5L/m的孔段，Ⅰ序孔约占13.6%，Ⅱ序孔约占25.0%；各次序孔单位注入量大于10L/m的孔段，Ⅰ序孔约占60.6%，Ⅱ序孔约占22.9%。

从上述情况分析：本次化学灌浆各次序孔灌前透水率值和浆液单位注入量随灌浆孔序的递增均呈现出递减趋势，符合正常的灌浆变化规律，说明化学灌浆的孔距、灌浆压力、段长划分是适宜的。

（2）涌水流量和涌水压力分析

根据观测资料统计，所有灌浆孔和检查孔（共99个孔，1299个试段）涌水流量和涌水压力对比资料见涌水流量、压力对比统计表：

涌水流量、压力对比统计表

从上表可以看出，灌后检查孔涌水流量和压力较灌前灌浆孔有了显著减少：涌水流量平均值减少率达94.1%；涌水压力平均值减少率达83.3%。说明通过深孔、高压丙烯酸盐化学灌浆后，坝基细微裂隙岩体得到了有效充填，达到了增强大坝帷幕体防渗效果，进一步降低坝基扬压力的目的。

（3）孔内录像资料分析

为进一步掌握细微裂隙岩体内化学浆材充填情况，本次化学灌浆施工中各部位部分灌浆孔和全部检查孔进行了孔内彩色录像（共完成1384.8m录像）。根据灌浆孔灌前、灌后同位录像对比资料和检查孔录像资料显示：化学灌浆前未见水泥浆液充填的细微裂隙被化学浆液充填。说明水泥颗粒浆材不能灌注的细微裂隙岩体经化学灌浆后得到了有效充填，化学灌浆效果显著。

6 结论

龙滩水电站坝基防渗帷幕体采用丙烯酸盐化学灌浆材料进行加强处理后，岩体中的细微裂隙得到了有效充填，弥补了水泥颗粒浆材的不足。

成功采用“自下而上分段灌浆法”（通过“胶囊式栓塞”分段孔内阻塞）进行丙烯酸盐化学灌浆，既节约了化学灌浆材料又提高了施工工效，较好地解决了其他施工工艺存在的不足，为高压、深孔丙烯酸盐化学灌浆施工拓宽了视野，积累了施工经验。

作者简介：刘涛（1978－），男，四川达县人，中国水电七局基础分局工程师，主要从事水电工程施工管理。