沙河抽水蓄能电站上库北垭口渗漏原因分析及处理

徐守刚，罗延辉

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

1 概况

沙河抽水蓄能电站（以下简称沙河电站）安装两台50 MW的单级可逆式水泵水轮机-发电电动机组，总装机容量100 MW。电站枢纽包括上水库、输水系统、尾水渠、厂房和变电站等。上水库由主坝、东副坝、库盆和环库公路组成，总库容267.78万m3，其中正常运行发电库容为205.55万m3。上库正常蓄水位136.00 m，消落深度16 m。工程于1998年9月正式开工，2001年7月工程竣工，设计年发电量1.82亿kW·h。

北岸垭口位于上库库盆北岸，上库施工时，为防止渗水，开挖破碎岩石后做混凝土截水墙，并对基岩面以下进行帷幕灌浆防渗。截水墙位于垭口地形最低点，墙后基岩面高程134.5 m，墙底最低高程129.0 m，墙顶高程136.5 m，上部浇筑0.5 m厚混凝土板。墙体全长110 m，分为9个墙段，最大墙高7.5 m，最大墙厚0.8 m。各墙段间伸缩缝设止水铜片一道，缝内设置沥青泡木板。

在环库公路北库岸垭口截水墙后设置绕坝渗压孔3只（UP1、UP2、UP3），孔内埋设渗压计，用于监测地下水位变化。在水库运行初期，即发现离截水墙最近的UP1的孔内水位与库水位关系密切，随库水位变化而变化，UP1孔内水位最高约132.4 m，最低约127.1 m，变幅约6 m。在低水位库盆护坡可见反渗现象，见图1～图3。因下游断面较大，渗流很难汇集，具体的渗透量不明。

图1 沙河抽水蓄能电站总体布置平面图

图2 上库平面布

图3 北岸垭口反渗情况

2 渗漏原因及防渗必要性

2012年进行委托原设计院进行地质勘察，北垭口混凝土截水墙以下岩性主要由大王山组中段（J3d2）熔结凝灰岩和燕山晚期侵入岩安山玢岩为主，局部有沉凝灰岩捕虏体分布。共发现6条贯穿防渗线的断层，走向基本以NWW向和NNE向两组为主，垭口中心地带岩体由于断裂及裂隙较发育，形成槽状强风化带。

北库岸垭口混凝土截水墙透水率q介于0.55～1.07 Lu之间，属于微透水～弱透水；基岩帷幕内微透水层（q＜1 Lu）顶板高程分别为116.22 m、111.68 m及116.05 m，两侧高中间低，低于水库正常蓄水位，幕体最大透水率为4.78 Lu。

综合分析认为北垭口截水墙后埋设的UP1水位与上库水位密切相关，主要与部分截渗墙体、截渗墙与基岩接触带及防渗帷幕存在弱透水性有关。渗漏通道有3种可能：①截水墙与基岩间接触带存在渗漏；②截水墙各段之间止水局部破坏；③截水墙基岩帷幕灌浆有破坏，通过墙下基岩渗水。

上水库渗漏总量经估算约为4.71 L/s，折合407 m3/d，日渗漏量占总库容的0.155‰，满足DL/T 5028-2005《抽水蓄能电站设计导则》8.2.3条文说明的要求，即“防渗做的好的工程，基本可控制在日渗量不大于0.2‰～0.5‰的总库容范围以内”。但为改善垭口的防渗条件，避免渗漏通道扩展，减少渗漏量，使墙后山体渗流浸润线有所降低和排除渗透破坏隐患，需对该段进行全帷幕灌浆处理。

3 设计方案

本次帷幕灌浆处理目的是为降低北岸垭口山体渗流浸润线及减少渗漏量，从而改善北岸垭口的防渗条件，避免渗漏通道扩展，排除渗透破坏隐患。由于无法确定具体准确的渗漏部位，故只能针对可能出现的情况，结合工程实际，提出如下防渗处理方案：

（1）帷幕灌浆加密

截水墙中心线处帷幕灌浆加密，新加灌浆孔孔距2.0 m，要求深入相对不透水层（q≤1 Lu）以下5 m，两端与库岸防渗帷幕相连。

（2）伸缩缝封堵

为避免止水损坏引起沿伸缩缝渗漏，对伸缩缝进行骑缝钻孔Φ100 mm并灌注微膨胀水泥砂浆封堵。

（3）堆石体注浆

对截水墙后高程134.50 m以下的堆石体内采用钻孔灌注水泥浆。

4 帷幕灌浆施工

本次上库北岸垭口防渗处理从2013年9月至2014年1月，历时5个月。整个工程共进行了帷幕灌浆、截水墙后填料区水泥注浆、伸缩缝骑缝灌浆及新增渗压观测孔施工。帷幕灌浆共施工65个孔，总注灰量为221.954 t，单位平均注灰量为199.9 kg/m；截水墙后填料区共施工27个孔，因大部分孔吸浆量大，出现无压力、无回浆现象，后进行限量控制，水泥注浆量为118.832 t。为防止伸缩缝部位漏水，进行了骑缝灌浆，采用M25微膨胀水泥浆分层进行回填，采用0.5∶1的水泥浆自孔口自流灌注，至灌浆量不大于1 L/min时结束。

灌浆后布设了6个检查孔，共28段，其中25段透水率在7 Lu以内。平均透水率为2.69 Lu，最大透水率9.35 Lu（只有一段），最小透水率0.29 Lu。根据检查孔压水试验检查结果表明，灌后透水率较灌前明显变小，符合设计要求。

4.1 施工工艺流程

帷幕灌浆工艺流程如下：测量→钻孔施工→钻孔冲洗、压水→灌浆→封孔等步骤。

（1）钻孔施工：采用小口径地质回转钻机，金刚石钻头，第1段灌浆结束后进行孔口管埋设，埋入基岩深度2 m，孔口管采用无缝钢管。

（2）钻孔冲洗、压水：采用高压水冲洗，冲洗时间不少于30 min，回清水10 min。灌浆前均进行简易压水试验，压水压力1.0 MPa。

（3）灌浆：采用自上而下分段灌浆法时，在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min，或不大于1 L/min，继续灌注90 min，即可结束。

（4）封孔：全孔灌浆结束后，用0.5∶1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管后，用0.5∶1的水泥浆压30 min，压力为最大灌浆压力。

4.2 灌浆方法

（1）帷幕灌浆按照分序加密的原则进行，单排孔帷幕应分为三序孔灌浆，灌浆方式采用孔内循环。

（2）帷幕灌浆的混凝土与基岩接触段必须先行单独灌注并待凝24 h后，再进行下一段的钻灌作业。接触段在岩石中的长度不得大于2 m。

（3）帷幕灌浆先导孔采用自上而下分段钻孔、分段单点发压水、分段灌浆的方式进行。

（4）帷幕灌浆段长采用5～6 m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于10m。灌浆孔的基岩段长小于6 m时，可采用全孔一次灌浆法；大于6 m时，选用自上而下分段灌浆法。

（5）对库岸0+253.00～0+293.00段无混凝土压重进行灌浆时，孔口管安设灌浆塞的底部高程为136.00 m。

（6）采用自上而下分段灌浆法时，灌浆塞应塞在已灌段段底以上0.5 m处，以防漏灌；孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝。但在断层、破碎带等复杂地区则应待凝，待凝时间应根据地质条件和设计要求确定。

（7）各灌浆段灌浆时，射浆管管口距孔底不大于50 cm，射浆管的外径与钻孔孔径之差不大于20 mm。采用钻杆作射浆管时，使用平接头连接。

（8）灌浆过程中，注意观察，当发生地表冒浆，压力突然升、降，吸浆量突然增、减等异常现象时，立即查明原因，采取相应措施妥善处理，并做好详细记录，报监理人研究处理。

（9）灌浆结束待加深或钻孔结束待灌浆时，灌浆孔孔口妥加保护，严防污水、污物流入孔内。

4.3 灌浆压力

（1）灌浆压力灌浆试验确定的压力进行控制。

（2）灌浆压力尽快达到设计压力，接触段和注入率大的孔段分段升压。

4.4 灌浆浆液及变浆标准

（1）本工程帷幕灌浆灌浆浆液比采用3∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四级控制，帷幕灌浆的开灌浆液比为3∶1，灌浆浆液由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

（2）当某一级水灰比浆液的单孔注入量达300 L以上，或灌注时间已达1 h，而灌浆压力或注入率均无改变时，改为采用浓一级水灰比的浆液灌注。

（3）当注入率大于30 L/min时，可越级变浓。

（4）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，查明原因，并及时通报监理人，采取相应的处理措施。

4.5 结束标准和封孔

（1）采用孔口封闭法分段灌浆时，灌浆段在最大设计压力下，当注入率不大于1 L/min时，继续灌注30 min，单段灌浆注灰量超过1 t/段即结束灌浆。

（2）每个帷幕灌浆孔全孔灌浆结束后，请监理人及时进行验收，验收合格的灌浆孔进行封孔。

（3）帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，灌浆孔封孔应采用 “全孔灌浆封孔法”。

（4）帷幕灌浆封孔时，对截水墙范围孔段及路面范围20 cm孔段采用M25微膨胀水泥砂浆封堵。

4.6 方案调整

先进行灌浆试验，帷幕灌浆试验分3个区，各5个孔，孔深30 m。回填区注浆试验共完成8个孔的注浆试验。通过以上3个试验区的帷幕灌浆成果来看，压水试验成果反映的岩石透水性比方案设计阶段地质勘察成果要强，同时从耗灰量来看，远大于原帷幕灌浆设计要求的耗灰量。如继续按原方案施工，工程费用将大大超过预算，为了在达到防渗处理效果的同时，能合理控制工程费用，建设单位在灌浆试验后召开了两次设计联络会并咨询有关专家对原设计方案进行了详细讨论分析并做适当调整，调整后的方案重点加强可能渗漏部位的灌浆，减少了非重点部位灌浆，同时控制灌浆量，具体内容如下：

（1）墙后注浆

墙后先进行一定量的注浆有利于接触段灌浆条件的改善，减少漏浆、冒浆的发生，同时可以适当延长截水墙底面接触渗径长度，适当控制注浆范围，对两侧地质条件较好的地段取消注浆，并适当降低中间圆弧注浆孔段的注浆顶高程。具体注浆范围为24号～42号孔，共19个注浆孔，注浆顶高程由134.5 m降为133.0 m。

（2）北岸垭口帷幕灌浆

重点加强可能渗漏地段灌浆，剩下的19个孔（22号～31号、42号～50号）按原设计深度施工；对37号～40号孔范围加密，即除检查孔WJ-2灌浆外，增设3个加密孔，对其余26个孔，即1号～16号孔、51号～60号孔灌注接触段，深入基岩2 m；对试验三区36号孔两侧各增加1孔接触段灌浆，深入基岩2 m；接触段灌浆压力0.3 MPa，必要时（当透水率q≥30 Lu）可采取低压、浓浆、限量方式灌浆。

5 效果分析

北岸垭口渗水抬高了地下水位，且北岸垭口岩体单薄，存在渗透破坏的可能，对上库安全始终是个隐患。北岸垭口防渗处理后，一是可以降低北岸垭口处地下水位，防止岩体软化塌陷，保持北岸垭口处地质安全，保证上库岸坡的长期安全稳定；二是可以减少上库渗水量，增加发电量。

北岸垭口防渗处理前UP1的水位与上库水位变化一致，与库水位相关系数达0.7，且孔内水位随库水位往复变化，水位变幅约6 m，见图4。

图4 灌浆前北库岸垭口UP1孔内水位与上库水位过程线

北岸垭口防渗处理后UP1与上库水位相关系数不足0.3，基本没有相关性，水位变幅也有所减少，与上库水位无明显相关性。库内护坡反渗现象也消失，说明防渗通道得到封堵，取得了预期的效果。