老挝南俄3水电站大坝帷幕灌浆生产性试验及成果分析

刘 炜， 马 旭, 罗 英

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南俄3(Nam Ngum3)水电站位于老挝中部Xaysomboune(赛松本)省，坝址区距首都万象公路里程260 km，是南俄河干流梯级开发的第3级(自下游向上)，为引水式电站，以发电为主，坝址位于南俄河和南帕河交汇口以上4.5 km处。枢纽主要由混凝土面板堆石坝、左岸3孔岸边溢洪道、右岸引水发电系统和岸边地面厂房组成。混凝土面板堆石坝坝顶高程729.5 m，坝顶宽8 m，最大坝高210 m，坝顶长度为518.5 m。大坝上游坡比为1∶1.4，下游综合坡比为1∶1.49。

南俄3水电站坝址区河谷呈“V”型，两岸岸坡自然坡度为46°～55°，局部呈陡崖，两岸冲沟发育，切割深度较大，地表植被丰茂。坝址地层岩性包括冲积层、残崩积层和沉积岩类的砂岩、粉砂岩、泥岩类以及弱-浅变质岩板岩、砂岩类和深变质岩片麻岩类。河床基岩裸露，地质构造简单，两岸坝基卸荷、风化较深，岩体相对较完整，区内断裂构造不太发育。

由于南俄3水电站库区死水位(坝基高程525 m)高程670 m以下无放空设施，如果防渗帷幕出现问题将无法补救，严重影响到库区的正常蓄水，而且防渗帷幕的成败与否关系到大坝的安全与稳定。因此，在大面积施工帷幕灌浆前必须先进行帷幕灌浆试验以确定帷幕灌浆的相关参数、灌浆材料、施工工艺等，用以指导后续帷幕灌浆施工，确保帷幕灌浆一次成功。

2 帷幕灌浆试验方案的设计

2.1 帷幕灌浆试验区的选择

为使帷幕灌浆试验具有较强的代表性，能反映坝基工程的特点，尽可能包含较多的地层和需灌浆处理的地质缺陷，经咨询、设计、监理及施工单位多次研究和实地踏勘，结合现场的实际情况，将帷幕灌浆试验场地选在大坝河床段水平趾板上，范围为坝左0+138.23～坝左0+170.73。

2.2 帷幕灌浆试验参数

灌浆试验分为两个试验区，均采用双排梅花型布置，排距1.5 m，孔距分别为1.5 m和2 m，分三序施工，孔向为铅直孔，最大灌浆压力为3.5 MPa。两个试验区共布置帷幕灌浆试验孔34个，其中下游排17个，上游排17个。帷幕孔深为终孔段透水率q≤3 Lu且不小于30 m；帷幕灌浆检查孔透水率合格标准为q≤3 Lu。试验区孔位布置情况见图1。

2.3 帷幕灌浆试验孔施工工艺

图1 试验区孔位平面布置图

根据南俄3水电站大坝地质条件和我公司在老挝已建工程的实践,两个试验区灌浆方法均采用分段卡塞、自上而下(入岩15 m)与自下而上(15 m以下)相结合的“综合灌浆法”。

3 帷幕灌浆试验的实施

3.1 钻孔施工

钻孔在趾板混凝土达到100%设计强度后进行。采用XY-2B型回转式钻机，先导孔、检查孔采用金刚石钻具清水钻进采取芯样，灌浆孔采用冲击式风动潜孔锤钻进。

3.2 钻孔冲洗及压水试验

按设计要求的孔深钻孔结束后应进行钻孔冲洗，冲净孔内的岩粉与杂物，冲出孔内残余的岩粉钻渣，冲洗完成后，孔内残渣的沉淀厚度不得超过20 cm[1，2]。

灌浆孔灌浆前需进行简易压水试验，当灌浆压力<1 MPa时，压水压力为灌浆压力；当灌浆压力≥1 MPa时，压水压力为1 MPa。压水20 min，每5 min测读一次压入流量并取最后的流量值作为计算流量。采用自下而上分段灌浆法时，灌浆前需进行一次全孔简易压水试验和孔底段简易压水试验。

检查孔各孔段压水试验压力为该孔段最大灌浆压力的80%，最大不超过2 MPa。在稳定的压力下，每3～5 min测读一次压入流量，连续4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 L/min 时，该阶段试验即可结束，取最终值作为计算值[3]。

3.3 灌浆施工

3.3.1 灌浆方法

两个试验区的灌浆方法均采用自上而下(入岩15 m)与自下而上(15 m以下)相结合的“综合灌浆法”。

3.3.2 灌浆压力与灌浆分段

帷幕灌浆试验分段长度及灌浆压力见表1。

表1 灌浆压力及段长划分表

3.3.3 灌浆水灰比及浆液变换原则

(1)灌浆浆液遵循由稀到浓的原则逐级改变，其水灰比(重量比)为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等6个比级[4]。

(2)灌浆过程中定时测量浆液比重。

(3)灌浆时，当灌浆压力保持不变、吸浆量均匀减少时或当吸浆量不变而灌浆压力均匀升高时，灌浆工作必须持续下去，不得改变水灰比。

(4)浆液水灰比的变换原则：当某一级水灰比的浆液已灌入300 L以上或灌注时间达30 min以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，改浓一级水灰比灌注。

(5)当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浆。

3.3.4 灌浆结束标准

灌浆时各灌浆段的结束条件为：在该灌浆孔(段)最大设计压力下，当注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min；当地质条件复杂、地下水流速大、浆液注入量较大、灌浆压力较低时，持续灌注的时间应延长；当岩体较完整、浆液注入量较小时，持续灌注的时间可缩短。

3.3.5 封 孔

灌浆孔15 m以下灌浆结束后，其上部孔段采用“导管注浆封孔法”与“全孔灌浆封孔法”(先采用导管注浆法将孔内积水置换成水灰比为0.5的浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口进行纯压式灌浆封孔)进行封孔；检查孔自下而上灌浆结束后在孔口封孔灌浆。

3.3.6 特殊情况的处理

(1)当灌浆塞安装过程中出现栓塞卡不住的情况时，主要采取加长栓塞胶囊长度和上提灌浆塞的方式进行处理(灌浆段长不大于8 m)，以达到封闭灌浆段的目的。

(2)对于在灌浆过程中灌浆量大的情况，主要采取低压、限流灌注的方式，并按设计和规范要求逐级或越级变浓浆液，直至正常灌注结束。

4 成果分析

4.1 灌前透水率成果分析

1.5 m孔距试区下游排Ⅰ序孔的平均透水率为7.3 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率为5.23 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率为3.73 Lu；2 m孔距试区下游排Ⅰ序孔的平均透水率为7.05 Lu，Ⅱ序孔的平均透水率为6.04 Lu，Ⅲ序孔的平均透水率为3.84 Lu。

从灌前透水率统计成果看：帷幕灌浆试验区处于坝基河床段，所处地质情况相对较好，属于中、弱透水岩层；不论是在2 m孔距试区，还是在1.5 m孔距试区，在灌浆孔逐步加密过程中基岩中的裂隙、漏水和渗水通道逐步被水泥浆液充填，使裂隙中的充填物得到了挤密，从而使基岩的防渗能力逐步得到提高，后灌孔的渗透通道逐渐减少，灌前透水率随之减小。各次序之间灌前透水率的递减符合灌浆一般递减的规律，反映了分序加密的灌浆效果[5]。

4.2 单位注入量分析

单位注入量成果见表2。

从表2可以看出：

(1)1.5 m孔距试区和2 m孔距试区的上游排单位注入量均远远小于下游排单位注入量，体现了分序加密的灌浆效果，符合灌浆的一般规律。

(2)1.5 m孔距试区的单位注入量略小于2 m孔距试区。单位注入量递减率：1.5 m孔距试区相对于2 m孔距试区要快一些，说明灌浆孔距的大小在水泥注入量上存在一定的差异，即孔距越大，单位注入量越大。

表2 单位注入量成果汇总表

4.3 检查孔压水试验成果分析

帷幕灌浆试验共布置了3个检查孔，其中WSJ-1号检查孔位于1.5 m孔距试区，WSJ-2号检查孔位于两个试验区中间，WSJ-3号检查孔位于2 m孔距试区。压水试验采用单点法进行。WSJ-1号检查孔压水11段，其中有1段吕荣值大于3 Lu；WSJ-2号检查孔压水11段，其中有2段吕荣值大于3 Lu；WSJ-3号检查孔压水11段，其中有1段吕荣值大于3 Lu。大于3 Lu的段次主要分布在基岩5～20 m孔深段，尤其是WSJ-2号检查孔的第3段和第4段连续两段吕荣值大于设计值。

从整个试验区来看，不合格试段均集中在第3段，从质量评定标准看不合格。

分析检查孔吕荣值不合格的原因主要有：①吕荣值不合格段裂隙发育、不贯通(陡倾角裂隙发育、横向裂隙不连通)，灌浆浆液无法扩散到裂隙中；②该段发育有细微裂隙，可灌性较差；③检查孔压水试验的压力采用2 MPa，而水的渗透能力、劈裂能力很强，对岩层和已形成的帷幕体产生了劈裂破坏(如WSJ-1号检查孔第3段在压水试验初期能正常升压至2 MPa，但压力随压水时间逐步降低)。

5 加密孔施工

针对检查孔吕荣值不合格的孔段，项目部在上下游排之间增加了一排加密孔(孔距2 m)，按照帷幕灌浆要求进行施工，加密孔孔深入岩20 m，采用自上而下的灌浆方式，经加密灌浆后其透水率满足设计要求。综合分析灌浆成果后，后续生产施工的布孔方式采用双排梅花型。排距为1.5 m，孔距为1.5 m。局部坝段、局部孔段根据

检查孔压水试验结果进行了加密灌浆处理。

6 结 语

(1)本次试验孔与孔之间分为三序施工。根据以往工程的实践经验，二序施工和三序施工的灌浆效果是一样的，而施工效率却大为提高。因此，笔者建议：在今后的灌浆施工中应使用二序施工，即把目前试验的二序孔改为一序孔，三序孔改为二序孔。

(2)本次试验的分段方式为：第一段2 m、第二段3 m、第三段及以下各段5 m。根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148—2012)“5.4.2 帷幕灌浆段长一般可为5～6 m，岩体完整时可适当加长，但最长不应大于10 m；岩体破碎、孔壁不稳时段长应缩短。混凝土结构和基岩接触处的灌浆段段长宜为2～3 m。”因此，笔者建议：在后续帷幕灌浆施工中，第五段及以下各段应调整为6 m段长。

(3)采用“自上而下与自下而上相结合的综合灌浆法”能够建造出满足设计要求的帷幕墙，相对于传统的“孔口封闭灌浆法”降低了趾板被抬动的风险，同时亦降低了工程造价。

(4)在帷幕工程量大、帷幕轴线较长的工程中，针对检查孔透水率不合格试段采取局部坝段、局部孔段进行加密灌浆处理的方式是可行的，加密孔的孔深应根据检查孔透水率不合格试段的深度确定，无需与原灌浆孔深一致。