丙烯酸盐在细微裂隙防渗帷幕灌浆中的应用

陈伏牛,韩建东,杨晓鹏

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065;2.中国水利水电建设工程咨询西北有限公司,西安 710061)

1 工程概况

两河口水电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2 km河段，坝址控制流域面积6.57万km2，多年平均流量666 m3/s。为雅砻江中、下游的“龙头”水库，正常蓄水位高程2 865.00 m，总库容107.67亿m3。电站装机容量3 000 MW，多年平均年发电量110亿kWh。砾石土直心墙堆石坝最大坝高295 m，坝顶高程2 875.00 m，河床部位心墙底开挖高程2 580.00 m[1]。大坝帷幕通过沿心墙基础面布设的河床基础灌浆廊道，左、右两岸分层设置的灌浆平洞及两岸盖板基础进行。左、右两岸分别在高程2 575.50 m、2 640.00 m、2 700.00 m、2 760.00 m、2 820.00 m、2 875.00 m处设置6层帷幕灌浆平洞，各层平洞轴位于同一竖直断面内。河床灌浆廊道和左、右岸灌浆平洞基础布置两排帷幕，相邻两层灌浆平洞基础帷幕通过下层平洞上游的搭接帷幕连接。

地层岩性：左岸边坡出露地层岩性为三叠系上统两河口组中、下段(T3lh1、T3lh2)砂板岩，堆石坝心墙部位主要为T3lh2(2)-①层变质粉砂岩；右坝肩边坡主要由三叠系上统两河口组下段(T3lh1)及中段(T3lh2)地层组成，岩性以砂板岩为主。岩层产状为N60°～75°W/SW∠60～75°，与河流近垂直相交。

物理地质作用：坝址工程枢纽区岩体主要为砂板岩，岩石抗风化能力较强，风化作用主要沿断层、错动带和裂隙等弱面进行，以裂隙式风化和夹层状风化为主要特点。坝址区岩体卸荷主要沿已有构造结构面进行。

2 大坝底层左岸灌浆平洞帷幕水泥灌浆施工

2.1 水泥灌浆原材料试验检测

施工共完成3批次水泥检测，均满足GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》规范要求[2]。水泥试验检测结果见表1。

表1 水泥试验检测成果统计表

2.2 水泥灌浆施工技术要求

大坝底层灌浆平洞高程2 575.50 m，布置两排水泥灌浆孔，水平孔距2.0 m，排距1.5 m，梅花形布孔，铅直帷幕[3]，排内分三序施工，帷幕灌浆深度72.35 m，采用自上而下分段、孔口封闭灌浆法[4]，按第1段段长2 m、第2段段长3 m、第3段及其他段段长5 m进行分段，分别采用P.O42.5普通硅酸盐水泥5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 6个水灰比进行水泥浆液灌浆[5]，开灌水灰比5∶1，要求无抬动灌浆施工。水泥灌浆分段及压力见表2。

表2 水泥灌浆分段及压力表

2.3 水泥灌浆施工完成情况

水泥灌浆完成32个孔，完成基岩灌浆2 224.62 m，总注灰量44 362.44 kg，平均单位注入量19.94 kg/m(Ⅰ序孔49.11 kg/m，Ⅱ序孔10.73 kg/m，Ⅲ序孔6.50 kg/m)，灌前平均透水率0.57 Lu(Ⅰ序孔1.50 Lu，Ⅱ序孔0.23 Lu，Ⅲ序孔0.16 Lu)。灌浆施工过程中共有31段钻遇地下涌水[6]，占总灌浆段数463段的6.7%，最大涌水量42 L/min。灌后3个检查孔共完成单点法压水试验45段，最大透水率0.04 Lu。32个灌浆孔中有15个孔有渗水现象，灌后质量检查满足透水率q≤1 Lu合格标准[7]，但检查孔仍有渗水，全孔最大渗水量1～2 L/min，渗水压力0.1～0.2 MPa，渗水温度15℃～18℃。分析地质条件，平均单耗较低，表明砂板岩地层的可灌性较差[8],地层中局部存在细微裂隙，导致水泥浆液颗粒难以灌入。

3 大坝底层左岸灌浆平洞帷幕丙烯酸盐灌浆

3.1 丙烯酸盐灌浆应用情况

大坝底层灌浆平洞帷幕水泥灌浆前涌水现象较普遍，灌后虽检查合格,但全孔仍有1～2 L/min微渗水，当前相邻坝基渗压计(高程2 580.10 m)监测水位高程2 616.09 m,水头35.99 m，结合地质条件、水质检测等资料分析为裂隙承压水。考虑两河口水电站地质条件复杂、大坝底层灌浆帷幕长期承受 300 m 以上超高水头运行(国内外尚无可供借鉴参考的成功经验)及大坝基础渗水量和基础廊道抽排能力(35 L/s)的设计要求，且蓄水后渗水处理难度大、成本高等特点，为防止集中渗流，避免在大坝基础中发生冲刷、管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全，选用化学灌浆材料进行帷幕灌浆处理。化学灌浆材料浆液为真溶液，可灌性好。经对比目前市场上的其它化学灌浆材料(如：水玻璃、聚氨酯、环氧树脂、硅溶胶等)，丙烯酸盐具有粘度低、流动性好、能顺利地灌入细微裂隙、凝胶时间可控、抗渗性能好、无毒环保等优点，且已建水电工程有成熟的应用经验，分析后采用丙烯酸盐材料对细微裂隙帷幕进行化学灌浆[9]。

3.2 丙烯酸盐灌浆原材料试验检测

采用无锡宾王化工厂生产的丙烯酸盐(批号：20190618)灌浆材料，其为双组份材料，委托国内具有检测资质的机构进行检测，检测配比为A组份∶B组份=1∶1(质量比)，A液为主剂、拮抗剂、促进剂，B液为引发剂、调节剂，再加入1‰缓凝剂(根据现场温度及浆液胶凝时间确定缓凝剂掺量)。浆液性能符合丙烯酸盐灌浆材料标准要求[10]，检测成果见表3。

表3 丙烯酸盐浆液性能检测成果表

3.3 丙烯酸盐灌浆施工技术要求

丙烯酸盐灌浆分3个试验区，试验一区孔距2 m、试验二区孔距3 m、试验三区孔距4 m，一区、二区为单排孔，三区为两排孔，共布置10个孔，灌浆孔位布置见图1。

图1 丙烯酸盐灌浆孔位布置图 单位：桩号，m；其它，cm

先下游排后上游排施工，排内分两序，先Ⅰ序后Ⅱ序，Ⅱ序孔与Ⅰ序孔在岩石中钻灌高差不小于15 m；地质钻机配金刚石钻头清水回转钻进，孔口高程2 575.00 m，入岩孔深71.85 m，混凝土0.50 m；孔向铅直；孔径Ø56 mm；孔底偏距同帷幕水泥灌浆孔。第1段钻灌完成后镶铸孔口管，便于灌后用水泥浆液进行全孔灌浆封孔。灌浆孔段钻孔冲洗后孔内残存物厚度不超过20 cm，裂隙冲洗可结合简易压水进行，压水压力第1段为0.6 MPa，第2段及以下段均为1.0 MPa。简易压水后宜采用压缩风(深孔段也可采用浆液置换方法)将孔内积水冲洗干净，然后进行灌浆，射浆管距孔底不大于0.3 m，各孔段灌浆前后均做渗水量、温度、压力测记。丙烯酸盐灌浆分段及压力见表4。

表4 丙烯酸盐灌浆分段及压力参数表

计量器具精度经校验合格后使用，使用精度0.01 g的电子秤称量缓凝剂，用200 mL量筒进行量取缓凝剂溶液。采用单液泵，A液和B液混合后再开始灌浆。接触段阻塞在接合面以上20 cm处，其它均阻塞在灌浆段以上50 cm处，开泵用浆液置换孔内积水(压入浆量应小于理论孔占量，避免浆液返出后胶凝堵塞管路)后进行灌浆。

灌浆浆液配置遵循“少量、多次”原则，每次配浆均取样并观察胶凝时间，每5 min对吸浆量及浆液温度进行实测记录，每次配浆在胶凝前用完，指导后续配浆和起塞时间。化学灌浆应遵循“长时间、慢速率” 满足质量要求的原则，控制好灌浆注入率与压力的关系。灌浆压力达到设计压力，注入率小于0.02 L/(min·m)持续灌至最后一次配浆胶凝前结束，并以不堵管为原则。灌浆施工应连续进行，直至灌浆结束。丙烯酸盐灌浆完成后，扫孔冲洗干净后采用0.5∶1的水泥浆液法封孔，封孔压力4.5 MPa。

灌浆过程中发生串孔、冒浆和漏浆，根据情况采用嵌缝、表面封堵或用速凝浆进行灌注，若效果不明显，应停止灌浆，待浆液胶凝后扫孔复灌[11]。灌浆若因故中断，应进行冲孔或扫孔后，在浆液胶凝前恢复灌浆。孔口有涌水的灌浆孔段，灌前应测记涌水量、压力和水温，根据涌水情况，可采用水泥和化学复合灌浆方法[12]，提高灌浆压力，缩短浆液胶凝时间，缩短灌浆段长，增加屏闭浆时间。

丙烯酸盐灌浆施工完成7 d后进行质量检查，检查采用单点法压水试验、灌浆前后渗水量对比等方法，并结合灌浆资料综合进行评定。检查孔Ø76 mm，自上而下分段，按第1段段长2 m、第2段段长3 m、第3段及以下段段长5 m进行分段；压水压力第1段0.8 MPa，第2段1.6 MPa，第3段及以下均为2.0 MPa；压水检查质量合格标准：各段透水率q<1 Lu。对检查孔渗水量进行测量和统计，通过灌浆前后渗水量对比，分析丙烯酸盐灌浆效果。检查孔完成检查后按灌浆孔要求灌浆封孔。

4 灌浆成果统计及分析

4.1 灌浆完成情况统计

丙烯酸盐灌浆检测最大孔底偏距为1.27 m，均满足DL/T 5406-2010《水工建筑物化学灌浆施工规范》要求[13]，施工过程中未观测到抬动变形，灌浆718.60 m，灌注丙烯酸盐浆材485.37 kg，管孔占浆2 039.79 kg，弃浆212.98 kg，平均单位注入量0.68 kg/m。灌浆完成情况见表5。

表5 丙烯酸盐灌浆完成情况统计表

4.2 单位注入量统计及分析

丙烯酸盐灌浆单位注入量频率统计见表6。

表6 丙烯酸盐灌浆单位注入量频率统计表

丙烯酸盐灌浆在水泥灌浆检查合格后进行，注入量较小，90.9%孔段单位注入量小于1 kg/m，单段最大注入量11.90 kg/m，分析细微裂隙丙烯酸盐有可灌性。

4.3 灌后检查结果统计及分析

丙烯酸盐灌前压水110段，压水最大透水率0.73 Lu，其中85.5%的孔段压水透水率0 Lu。灌后4个检查孔完成单点法压水试验59段，98.3%孔段透水率0 Lu，最大透水率0.01 Lu，压水检查质量满足各段透水率q<1 Lu合格标准。灌后压水检查结果统计见表7。

灌浆前后渗水量对比：灌前渗水段占总段数39.1%，单段最大渗水量180 mL/min，单孔最大渗水量309 mL/min，单孔平均渗水量123 mL/min；灌后渗水段占总段数23.7%，减少39.4%，单段最大渗水量25 mL/min，减少86.1%，单孔最大渗水量71 mL/min，减少77.0%，单孔平均渗水量26 mL/min，减少78.9%；经对比分析丙烯酸盐对细微渗水裂隙灌浆效果明显。灌浆前后渗水量对比见表8。

表7 灌后压水检查结果统计表

表8 丙烯酸盐灌浆前后渗水量对比表

5 结 语

丙烯酸盐灌浆7 d后，通过压水试验检查，其质量满足各段透水率q<1 Lu，灌后微渗水段数及渗水量明显减少，灌浆防渗效果明显，丙烯酸盐在细微渗水裂隙帷幕灌浆中应用效果良好。建议对后续两河口砂板岩地层水泥灌浆后出现的微渗水现象，采用丙烯酸盐材料对细微渗水裂隙区域防渗帷幕进行灌浆处理，宜单排、孔距3 m布孔施工。