台山核电淡水水源工程垭口帷幕灌浆试验与成果分析

【摘 要】台山核电淡水水源工程大坝垭口地质条件较差，采用帷幕灌浆对全风化或强风化岩层进行处理以满足水库防渗要求。本文重点介绍了深覆盖层下全风化或强风化基岩帷幕灌浆试验的目的、试验方案设计、工艺流程、试验实施、特殊情况处理、试验成果分析及其效果检查，为全风化或强风化基岩帷幕灌桨施工积累了经验,可供同类大型工程帷幕灌浆时参考。

【关健词】新松水库；帷幕灌桨；试验与分析

1 工程概况

广东省台山核电淡水水源工程新松水库位于台山市赤溪镇的曹冲河，坝址位于曹冲河下游新松村附近，是台山核电厂工程的配套工程，主要任务是为台山核电厂提供淡水。通过在曹冲河兴建新松水库，用输水管道将淡水输送至核电厂，年供核电淡水量900万m³。新松水库正常水位45.8m，死水位25.3m，总库容1710万m³，调节库容1100万m³。

本工程属Ⅰ等大(1)型工程。工程建筑物包括碾压混凝土重力坝、输水管线及进库道路三部分：大坝坝顶高程51.0m，最大坝高54.0m，由挡水坝、溢流坝和放水底孔组成；输水管线总长4613m，由2954m长的隧洞和1659m长的浅埋段管线组成；进库道路总长3702m，设计标准为四级公路，设两车道，路面宽6.0m。

新松水库垭口位于右岸深湾坳，地层岩性主要为残坡积土和花岗岩，其中花岗岩全、强风化层分布广，其厚度分别为16.2m～21.65m和11.9m～41.9m，属中等透水层。由于该处地下水位较低，在正常蓄水位情况下存在渗漏的可能。

本工程中，帷幕灌浆技术得到了充分的利用，在大坝基岩和垭口处采用帷幕灌浆增强基岩的抗渗能力，经蓄水后检测，满足设计防渗要求。在此，着重介绍帷幕灌浆在全风化或强风化地基试验施工技术、施工过程中碰到的一些问题和处理方法以及取得的成果。

2 帷幕灌浆试验

2.1 试验的目的

台山核电站淡水水源工程新松水库垭口处地形低矮，山体单薄，地质条件复杂，风化层深厚，存在球状风化现象。各岩土层渗透系数差异性大，多属中等透水层，不能满足水库防渗要求，需进行帷幕灌浆。施工前，通过大量的压水试验和灌浆进一步查明各岩土层的渗透性及裂隙连通情况，对比前期地勘成果，为进一步优化设计提供依据，同时确定灌浆范围、施工工艺和技术参数等。

2.2 试验方案设计

帷幕灌浆试验选在垭口防渗灌浆中心线进行。在Ⅰ序孔当中选取三个先导孔（YK-9、YK-17、YK-25）作为试验孔，孔距16m。试验段长按规范要求：即第一段为2m，往下每段各为5m。简易压水试验压力在基岩面以下30m之内取0.5MPa，大于30m取0.8MPa，最大不能超过 1MPa。灌浆压力第一段取0.5MPa，第二段取0.7MPa，依此类推，以下各段加0.2MPa，最大不能超过2MPa。试验开始高程为49m，终止在相对隔水层顶板（3Lu线）以下5m附近。检查孔计划布置1个。

2.3 工艺流程

灌浆施工工艺:施工准备孔位放样钻机定位覆盖层钻孔下孔口管注浆埋管待凝48-72h钻进第一段第一段灌浆钻灌以下各段终孔验收终孔段灌浆封孔【1】。

检查孔压水试验在帷幕灌浆结束14d后进行, 覆盖层先施工并埋设孔口管。

检查孔施工工艺:施工准备孔位放样钻机定位覆盖层钻孔下孔口管注浆埋管待凝48-72h钻进第一段第一段压水钻以下各段……终孔验收终孔段压水全孔式灌浆封孔。

2.4 钻孔

2.4.1 覆盖层钻孔。采用150型回转钻机、金刚石钻头钻进，钻孔开孔直径为φ91~75mm。

2.4.2 埋设护壁管。覆盖层钻进结束后下孔口管,再从孔口管内灌注水泥稠浆, 并待凝48-72h。

2.4.3 基岩钻孔。基岩层为全风化地层、强风化地层和弱风化层。在埋设护壁管并待凝48-72h后, 采用不小于设计要求φ46mm的金刚石钻头清水钻进。

2.5 灌浆

2.5.1 灌浆方法

本灌浆试验采用“孔口封闭孔内循环灌浆”方法，所有灌浆段深度均小于10m，故按单段施工。

2.5.2 灌浆压力

灌浆压力：第一段为0.5MPa, 第二段为0.7MPa,孔底最大为2MPa。灌浆压力最终通过试验确定，以不抬动岩体为准。

（1）注入率与最大灌浆压力的控制

帷幕灌浆时应尽快达到设计压力，遇到注入率较大时则采用分级升压或间歇升压法灌注，使灌浆压力与注入率相适应，主帷幕与封闭帷幕的升压速率分别按下表规定控制。

封闭帷幕灌浆注入率与最大压力关系控制表

注入率（L/min） ＞50 50~10 ＜10

最大压力（Mpa） 0.5 0.5~1.0 设计规定压力值

（2）遇有涌水的灌浆孔段采用的实际灌浆压力：P=设计压力+涌水压力。灌浆结束后屏浆1h，取出射浆管并向孔内注满水泥浆液进行孔口封闭待凝，闭浆时间规定为：P涌水＜0.1Mpa或单耗＜20kg/m时待凝12h；P涌水＞0.1Mpa或单耗＞20kg/m时待凝24h。待凝后扫孔到孔底未发现涌水则可钻灌下一段，如仍发现有涌水则进行复灌、待凝处理。

（3）灌浆过程中应经常转动和上下活动射浆管，保持回浆管有15L/min以上的回浆量。

2.5.3 灌浆材料

帷幕灌浆材料主要采用（42.5R）普通硅酸盐水泥。灌浆用水可采用干净河水。

2.5.4 浆液变换

灌注浆液浓度按先稀后浓、逐级变换的原则进行。

灌浆浆液应由稀至浓逐级变换。浆液水灰比可采用5：1，3：1，2：1，1：1，0.8：1，0.5：1六个比级,起灌水灰比为5：1【2】。浆液变换原则如下：

（1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

（2）当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。

（3）当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。

当孔段吸浆量大于吸水量或压力突然下降时，应检查其原因，并做处理，再继续灌浆。如吸浆量突然降低，应改用稀1～2级的浆，以防被堵塞。

2.5.5 灌浆结束

帷幕灌浆各灌浆段的结束条件为:采用自上而下分段灌浆法时在灌浆段最大设计压力下,注入率不大于1L/min后，继续灌注60min，可结束灌浆。采用自下而上分段灌浆法时，在该灌浆段最大设计压力下,注入率不大于1L/min后，继续灌注30min,可结束灌浆。

2.5.6 封孔

帷幕灌浆全孔灌浆结束后用水灰比为0.5：1的浓浆进行封孔，采用浓浆置换、机械压力封孔法，压入浆液析水后，留下的空间用M20水泥砂浆填实抹平。

2.6 特殊情况处理

2.6.1 灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应先查明原因，根据漏浆量的大小，进行下述方法处理。如冒浆量较小不作专门处理，按正常灌浆方式灌注至结束标准；如冒浆量较大，采取嵌缝、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法处理，必要时采取嵌缝、地表封堵方法处理。

2.6.2 灌浆过程中若发现灌浆孔串浆时，查明串通量和串通孔数、范围，并按以下方法进行处理：

（1）当串通孔具备灌浆条件时，串通孔漏水量相近，在满足设计压力和正常供浆的前提下，将串通孔并联进行灌注，分别控制灌浆压力，防止基岩抬动，并联灌浆孔数不超过2个；串通孔的串浆量相差悬殊时，单机同时灌注，并分别控制灌浆压力，各自变浆，使各串通孔不发生互串现象；串通孔灌浆时，先预留排稀浆孔，采取一灌一排方式间歇性排放稀浆，排浆孔排出的浆液浓度与灌浆孔浓度一致时，将排浆孔并入串通孔进行灌浆。

（2）如串通孔不具备灌浆条件时，串通孔正在钻孔时，立即停钻；串浆量较小时，可在灌浆同时，在被串孔内注入清水，使水泥浆液不致充填孔内；串浆量较大时，将阻塞器塞于被串孔串浆部位上方1~2m处，对灌浆孔继续进行灌浆，灌浆结束后立即将串通孔内的阻塞器取出，并扫孔、待凝后进行灌浆。

2.6.3 孔口有涌水的孔段，灌浆前测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况，按下述措施综合处理：

缩短灌浆段长，对涌水段单独进行灌浆处理；相应提高灌浆压力，具体按设计灌浆压力+涌水压力控制；灌浆结束后进行屏浆处理，屏浆时间不少于1h；灌后进行闭浆待凝24h；在浆液中掺加适量的速凝剂。

2.6.4 灌浆过程中若因故中断，按以下方法处理：

（1）及早恢复灌浆，恢复灌浆采用开灌水灰比进行灌注，如注入率与中断前相近，则改用中断前水灰比进行灌注。

（2）若注入率与中断前减少较多，且在短时间内停止吸浆，报告监理等有关单位研究相应的处理措施。

2.6.5 若注入率大、灌浆难以正常结束的孔段采用以下方法：

（1）暂停灌浆作业，对灌浆影响范围内的地下洞井、陡直立坡、结构分缝等进行彻底检查，如有串通，采取措施处理后再恢复灌浆；

（2）低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆，必要时掺加速凝剂灌注，该段经处理后待凝24h，再重新扫孔补灌。

3 灌浆试验成果分析

3.1 灌前透水率

从表1可知, 整个试验区平均透水率为4.74Lu,YK-9孔平均透水率为4.57Lu,YK-17孔平均透水率为6.04Lu,YK-25孔平均透水率为2.93Lu，整体山体透水率良好，呈现中间透水率高，两边透水率低的情况，主要是由于中间的山体较薄，且岩性较差，左边的山体比右边的山体薄（按照序号从左到又排列），与地质情况相符。

3.2 单位注人量

从表2可知, 整个试验区平均单位注入量为67.06kg/m, YK-9孔平均单位注入量为87.95kg/m，YK-17孔平均单位注入量为67.35kg/m,YK-25孔平均单位注入量为22.9kg/m。YK-17孔比YK-9孔减少了23.40%,YK-25孔比YK-17孔减少了66.00%。试验段地层平均单位注人量随灌浆次序的增加而递减，符合灌浆的一般规律。

4 帷幕灌浆效果检查

检查孔压水试验各孔段压水压力和透水率见表3。由表3可知, 1个检查孔共压水4段, 检查孔透水率为1.424-2.333Lu,满足设计关于灌浆后透水率不大于3Lu的要求。经过计算分析, 灌浆前压水透水率平均值为4.74Lu,检查孔透水率平均值为1.92Lu。经过灌浆后岩体的透水率大大降低。

5 结尾

通过垭口帷幕灌浆试验达到了预期的目标和对后续的施工起到了重要的指导意义。在厚覆盖层的全风化或强风化基岩采用帷幕灌浆处理后，经压水试验检查及蓄水后检验满足设计防渗要求，给同类工程防渗处理提供了借鉴作用。

参考文献：

[1]水利水电施工手册编委会.水利水电工程施工手册（第一卷 地基与基础工程）.北京：中国电力出版社，2004.

[2]水利部水工程技术咨询中心.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（SL62-94）.北京：中国水利水电出版社，1994.

作者简介：

吕凯（1969-），男，本科，高级工程师，从事工程施工管理工作。