蜀河水电站土石围堰防渗工程施工浅析

中国水利水电第三工程局有限公司——　蜀河水电站土石围堰防滢工程旋工浅析　赵宇周逊王宇　（中国水利水电第三工程局有限公司）　【摘要】阐述了高压喷射灌浆技术用于土石围堰防渗的工程原理、工艺流程、施工技术参数及施工质保措　施。简单介绍了采取灌注砂浆孔、双液灌浆及化学灌浆等施工技术处理局部较大渗漏及围堰支护。并对工程的　实例应用效果进行了评价。　【关键词】土石围堰灌浆渗漏处理　１工程地质概况　３围堰填筑及一期高喷防渗施工　蜀河水电站位于陕西省旬阳县蜀河镇汉　３．１围堰填筑　江上游，电站装机容量２７０ＭＷ。电站坝址区‘　围堰填筑严格关系到高喷防渗墙施工质　汉江河谷为斜向谷，谷地宽１４０ｍ￣１６０ｍ，横　量，蜀河水电站土石围堰全长８２０．５ｍ，设计挡　向呈较不对称的“Ｖ”字型，一期土石围堰覆盖　水标准为：Ｐ＝２０％、０＝１７７０ｍ。／ｓ。土石围堰在　层厚度９ｍ￣２２ｍ，最大深度约２５ｍ，夹含大粒　０＝８４３ｍ。／ｓ时施工、防渗平台高程为ＥＬ１９５ｍ。　径卵石及大量孤石，孤石最大直径可达３ｍ，　围堰填筑分水上、水下两部分进行。采取先填　下伏基岩岩性为白云母片岩、绢云母千枚岩、　筑中间的强风化料部分，再填筑两侧的石碴料　炭泥质板岩，发育Ｆ３２、Ｆ３３、Ｆ４断层，两处　部分。中间的强风化料填筑超前两侧石碴料填　岩体破碎，透水性较强。上游横向围堰地质情　筑３～５ｍ。　况特殊，冲沟裂隙原因存在，从地质钻孔实验　资料看出，覆盖层大粒径卵石含量极高，并零　３．２高喷灌浆　星分布孤石及边破开挖入江大块石，岩石裂隙　蜀河水电站高喷灌浆施工时受上游电站　渗水情况较强。蜀河水电站一期枯水围堰为土　发电影响，汉江水位陡涨陡落造成的水头差及　石围堰，防渗墙轴线左右宽８ｍ范围填筑强风　浆液掏刷，对高喷灌浆是个极不利的因素。刚　化料，围堰施工工作面宽１２ｍ。　灌入由高压水、气切割地层的浆液，有一部分　２高喷防渗墙的原理　由于水、气掺混的作用必将有一个稀释过程，　浆液比重减小。随着高喷管的提升，离开高压　高喷防渗墙施工原理及工艺具有较强的　水流影响的浆液在孔内浆液压力下逐渐析水，　控制性及方向性。灌浆管插入灌浆孔中摆动或　浓度逐渐增加达到稳定，形成浆液板墙或桩　旋转提升喷灌，与地下原始级配充分搅拌形成　体。高喷初始阶段，由于不断输进水流的作用，　板墙或桩体，通过调节高压风、高速水（浆）　浆液灌注有效范围不会形成足以破坏有效浆　及灌浆管运动等技术参数，便可获得符合设计　液范围的水头差。灌浆结束后，不再向孔内输　几何尺寸，板墙和桩体有效搭接，以便达到可　水，纯水泥浆液在地下低温凝结极慢，在细颗　靠的强度、抗渗等指标。但由于高喷灌浆技术　粒含量高的弱透水层或中等透水地层中，浆体　仍存在许多不足及施工和控制难点，需要我们　可以慢慢凝结，虽受水流压力，不会遭到渗透　深刻认识其工程原理并不断加以完善。　流失破坏，可以形成有效的防渗帷幕，但在细　——水电施工技术２０１０・第１期总第５９期　槽中，以免堵塞喷嘴。启动注浆开始，当输浆　管中充满水泥浆液，然后使喷管以５～　ｌＯｃｍ／ｍｉｎ的速度上升并旋转，水泥浆在压力　颗粒含量较少的沙砾石层中，未凝结的浆体抗　渗破坏能力极低，浆体形成的有效范围极易遭　到掏刷，未凝结的水泥随渗透水流进入沙砾石　中随水流失，板墙及桩体出现不规则薄弱带，　其完整性遭到破坏，影响防渗效果。　蜀河水电站一期枯水围堰在施工后期适　当地改水泥浆为水泥砂浆，除水泥成分外，将　作用下喷出，与地层中沙土充分混合，形成水　泥板墙或柱体。所有的水泥范围搭接排列，形　成一道整体的防渗墙。　高压喷射灌浆每１米水泥用量计算：　在孔口返浆过程中高压水以及气切割的地层　中置换出来的砂粒回流送至灌入地层。被利用　的砂粒对板墙的凝固可起一定的促进作用。砂　料粒径和用量应视回浆的细砂含量和灌注地　层而定。但考虑施工方便，统一添加最大粒径　不超出１．Ｏｍｍ、细度模数不大于２．Ｏｍｍ的细砂。　细砂与水泥的比例仅考虑地下板墙结石及防　渗性能。砂与水泥之比可采用０．５：１～０．８：１。　砂料其含泥量不宜过大，这样既不影响板墙质　量，又能保证施工顺利进行，同时节约水泥，　降低造价。　覆盖层中大粒径卵石及大量孤石含量较　高，使用恒定的压力参数及提升速度势必对高　喷灌浆效果产生一定的影响，难以在不同的地　层条件下形成自下而上统一的浆液扩散范围。　因此，在喷灌过程中的压力、流量、旋转及提　升速度等具体施工参数必须根据不同的地层　情况、水位变化情况、地下水情况及施工中反　映出的不同情况灵活调控，保证全孔防渗段的　均匀，确保每孔搭接质量。　施工机具选择：采用ＸＹ－２ＰＣ型及德国　ＫＬＥＭＭ型钻机，９０型履带式及ＸＬ一５Ｏ型高喷灌　浆机。　钻孔施工控制：为保证高喷防渗墙的有效　搭接，孔斜率不应大于１％，施工中必须严格　控制孔斜，精度定向，每５～ｌＯｍ进行一次孔　斜测量。　灌浆施工控制：采用Ｐ．０３２．５水泥，水灰　比０．６８：１。拌制完后经过ｌｍｍ细筛倒入储浆　槽中，并不断搅拌，特别防止粗颗粒进入储浆　２　Ｇ＝ＰＱｔ／ｈ（ｗ／ｃ＋１）　＝１．６８×７８×１２．５／１（０．６８＋１）　＝９７５（ｋｇ／ｍ）　其中：Ｇ一单位水泥用量ｋｇ／ｍ；　Ｐ一水泥浆密度１．６８ｋｇ／ｍ。；　Ｑ一输浆流量７８Ｌ／ｍｉｎ；　Ｔ一实际喷灌时间１２．５ｍｉｎ；　ｌ一水泥体长度１ｍ；　Ｗ／Ｃ一水灰比０．６８：１。　４二期防渗方案的选择及施工　基坑开挖过程中堰体局部区域仍存在一　定渗流，考虑基坑正常排水及围堰安全运行需　要，确定二期具体渗漏处理施工，施工采取双　液可控制性灌浆处理局部明显渗漏区域以及　泵送砂浆孔灌注，并对围堰填筑体上已暴露的　明显渗流区域试验性地采取了化学灌浆，均取　得了一定的效果。　４．１双液灌浆　随着基坑开挖的顺利进行，围堰渗漏水地　段已完全暴露，给集中堵漏创造了较好的条　件。我们采取用双液墙外及墙内灌浆的方式予　以处理，先用钻机在原一期高喷墙外侧进行钻　孔，兼顾ＫＬＥＭＭ型钻机钻孔时的返水情况综合　判断具体渗漏位置，然后下入ＰＰＲ管，双液灌　浆采用压力灌浆法，将配制好的浆液通过压力　泵灌注至漏水点，浆液按调整时间瞬间成粘稠　的膏状体，并形成结石堵塞漏水通道。　中国水利水电第三工程局有限公司——　蜀河水电站一期高喷钻孔进行高喷施工　改变水泥浆的水灰比，直至达到要求。待双液　时，存在返浆情况差、耗浆量大、钻孑Ｌ围堰内　结石体将漏水点封堵后，应视情况继续灌双液　侧中部存在多处漏浆现象。根据物探成果分　或单液浆予以补强，并相应提高泵送压力。灌　析，大量渗漏出现在围堰下部的沙砾石层，重　浆压力保持在０．２～１．５ＭＰａ之问。灌浆流量稳　点进行底部的浆液沉淀与凝固是补漏工作的　定在２０￣４０Ｌ／ｍｉｎ。　关键。基坑抽水后，基坑内外水位差较大，明　工艺施工流程见图１：　显暴露的渗漏区域地下水流速极高，双液灌浆　灌注的高粘性水泥抵抗能力下降，给施工带来　了一定的影响。　施工机具选择：德国ＫＬＥＭＭ型钻机，钻　：　！　蠢浆帽宜用不同规格　孔深度根据实际情况有所不同；ＹＳＢ．２型挤压　　．Ｊ　；　的废臂套臂改村　一一　。。　１　｝｝　　（参见加工罔）　式灌浆机，灌浆压力３　ＭＰａ，排量５０Ｌ／ｍｉｎ。　Ｌ——　　。ｌ『　ｒ　］　。　地面　【　钻孔施工控制：水平偏差不大于５ｃｍ，垂　；　｝　直偏差不大于１％。钻孔每５一ｌＯｍ测量一次　孔斜。　图１工艺施工流程图　灌浆施工控制：选用Ｒ０３２．５或Ｒ０４２．５　总结对本工程的施工特点分析，使用双液　水泥。水玻璃模数２８，浓度４０Ｂｅ’。水灰比为　灌浆的方法重点就是使浆液快速凝固，在最短　ｈ　０．５～１；水泥浆与水玻璃的体积比为１：０．３～　的时间内形成胶凝体，达到防渗堵漏的效果。　０．５。水泥浆液搅拌时间不得少于５ｍｉｎ。在实　所以，控制水玻璃的掺量是达到快速胶凝的关　施堵漏灌浆前，对每次搅拌好的水泥浆必须按　键，总结本工程的施工经验得出以下的水玻璃　设定的要求与水玻璃做试样，如达不到要求应　掺量对照数据，见表１：　表１　水泥浆与水玻璃掺量对照表　水泥浆与水玻璃　３５波美度水玻璃　２８ｄ抗压强度　４０波美度水玻璃　２８ｄ抗压强度　体积比　凝结时间　（公斤／ｃｍ　）　凝结时间　（公斤／ｃｍ　）　１：　０．３　２８．５ｓ　７０　３１．５ｓ　９９　１：Ｏ＿３５　３１Ｓ　９８　３６．５ｓ　１２８　１：０．４　３４．８ｓ　１Ｏ５　４０ｓ　１ｌ９　ｌ：０．４５　４１Ｓ　１１５　４６ｓ　１２６　１：　Ｏ．５　４７ｓ　１４７　５２ｓ　ｌ７９　１：０．５５　５１ｓ　１３９　５７ｓ　１４７　１：　Ｏ．６　５６．５ｓ　１２ｌ　１分．３分　１３Ｏ　１：０．７　１分．４分　１３２　１分．１５分　ｌ５３　１：１　１分．２６分　ｌ１７　１分．５分　ｌ１０　根据上表得出以下结论：水灰比愈小，凝　较高（水泥浆水灰比为１：１），根据以上结论，　胶时间愈短。当水玻璃在３Ｏ　５０波美度之间，　本工程采用１：０．４的水泥浆与水玻璃体积比。　水玻璃浓度减小，凝胶时间缩短。水泥浆与水　４．２泵送砂浆孔　玻璃的体积比为１：０．３时，凝胶时间较短。　砂浆孔灌注采用德国ＫＬＥＭＭ型钻机造　水泥浆与水玻璃体积为１：０．５时，抗压强度　孔，孔深入岩０．５ｍ，全孔下入ＰＶＣ花管，花　３　——水电施工技术２０１０・第１期总第５９期　２４ＭＰａ，流量２．１Ｌ／ｍｉｎ：　管孔径要求大于ｌＯｃｍ。孔内浆液在泵送压力　作用下，对地层中的渗漏孔隙进行填充，砂粒　浆液选择与制备：水溶性聚氨酯堵漏剂　９１５０，水溶性聚氨酯化学灌浆材料Ｌｗ和Ｈｗ等；　嘭胀倍率２００％～３００％，凝固时间：２０～　亦随着浆液一起填入孔隙中，很快形成反滤保　护层后迅速充填，改变地层的密实度和颗粒组　成，起到一定的渗漏补充效果。但在细颗粒较　１２００ｓ。油溶性聚氨酯遇水反应形成不透水的　同结层，可用于封堵强烈的漏水和阻止基础中　少的砂砾石强透水层中，浆液中的细砂在压力　水头作用下以管涌的形式流失，起不到充填孔　的流水，遇水后会扩散，并与周围的砂、石、　隙的作用，即使充填大量浆液也不能形成有效　的反滤保护层。如果遇到这样的地层，应仔细　在施工中根据现场每孔灌注量分析孔内渗漏　情况，及时改变灌注材料，对于已明确发现的　浅层大块石架空的渗漏区域，可以加入黄豆、　小石等灌浆补充材料。但砂浆灌注由于受到孔　内地下水压力的影响，很多孔的砂浆灌注量极　为有限，对于已经确定具体位置的浅层架空渗　漏通道，砂浆的灌注有较为明显的效果，而对　于深孔渗漏，自堰底基岩的覆盖层向上返水的　情况，泵送砂浆孔施工方法应尽量避免使用。　泥土、混凝土等固结形成弹性固结体，从而达　到止水加固的目的。　灌浆施工控制：采用砂卵石层钻孔工艺，　套管护孔。孔距依具体渗漏位置而定，孔深至　透水层。孔内埋进浆单管，按照浆材配方要求　准确称量，根据实际进浆量的大小做到少配、　勤配，并做好灌浆记录。确定有效孔灌注，当　堰体漏水处出浆时，停止灌注，观察漏水量变　化情况，决定是否补灌、何时补灌。第ｌ遍灌　浆完毕后可以清管等待，观察变化情况，稍后　进行二次复灌，特殊情况可进行３～４次复灌。　４．３化学灌浆　在围堰堵漏过程中，有些暴露在堰体上部　的渗漏点（或线）仅依靠双液灌浆浆液的高黏　和速凝浆液也难以抵抗高速地下水流的冲刷　和稀释，尤其对于较大的缝隙和孔洞，我们通　５结论　蜀河水电站围堰高喷防渗墙施工及后期　渗漏处理等工程实践说明：　（１）在砂卵石层（含有大量孤石）及一定　的动水情况下建造高喷防渗墙难度极大，施工　过化学灌浆方式实验性的予以解决。在治理防　渗墙漏缝时采用埋管灌浆的方式。根据钻孔时　返水的情况和钻至渗漏点明显的渗水颜色发　方必须充分认识，结合现场实际情况精心施　工，严格控制重点，以取得良好的防渗效果。　（２）对于处理围堰后期渗漏采用的泵送砂　生变化，确定详细的渗漏点深度，利用聚氨酯　浆孔及双液可控制性灌浆等工法在同类工程　中已有广泛使用，只要切实针对不同工程地址　情况及具体渗漏位置进行分析，认真从技术的　科学性、施工的可行性、经济的适用性等多方　面上综合考虑制定施工方案，就可以达到较为　良好的施工效果。　灌浆材料的特点，使灌注材料在透水层内快速　固化乃至瞬间固化。在一定程度上减少了漏点　的渗漏水量，但综合考虑化学灌浆经济成本及　土石围堰防渗原理，化学灌浆尽量避免采用。　施工机具选择：电动灌浆机，灌浆压力　白市试验室荣获２００９年度安全文明施工管理先进集体称号　２０１０年２月１２日，我公司白市试验室被白市水电站工程安全监督委员会评为２００９年度安全文明　施工管理先进集体。白市试验室在２００９年７月白市水电站复工后，克服时间紧、任务重、新进场人员　多，试验人员不足等重重困难，圆满完成了２００９年度生产目标，赢得白市水电站工程业主、监理、施　工局的一致好评。为此，展示了我公司试验室优良的客服理念和精湛的技术。　４