自密实砂浆与高流态砂浆在斜卡水电站大坝帷幕灌浆中的运用

摘要：四川九龙县九龙河梯级开发斜卡水电站工程首部枢纽地质条件极为复杂，其大坝基础防渗帷幕灌浆采用常规灌浆既难满足设计要求，又造成工程投资极大。针对其地质详细勘察研究，采用自密实砂浆及等新型灌浆材料，较为成功地解决了地质复杂下的帷幕灌浆难的难题，为水利水电工程基础帷幕灌浆提供了新的借鉴与有益的启迪。

关键词：自密实砂浆、高流态砂浆、防渗墙、耗浆量、透水率、配合比

Abstract: the station first engineering geological conditions is extremely complex, Jiulong County, Sichuan river cascade development xieka hydropower, the seepage of dam foundation curtain grouting with conventional grouting is difficult to meet the design requirements, and caused great engineering investment. Based on the detailed geological survey, using self compacting mortar and new grouting material, successfully solves the problem of complicated geology of curtain grouting under difficult, provide a new reference and Enlightenment for grouting curtain of water conservancy and Hydropower engineering.

Keywords: self compacting mortar, high flow mortar, impermeable wall, grout consumption, water permeability, mix

中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1工程概况

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内，是九龙河左岸支流踏卡河上规划的龙头水库电站，电站装机容量130MW，多年平均发电量5.211亿kW•h，水库总库容8485万m³，具有季调节能力。

斜卡电站首部枢纽由拦河大坝、放空(导流)和溢洪洞等泄水建筑物组成。拦河大坝为混凝土面板堆石坝，水库正常蓄水位3165.00m，校核洪水位3165.10m，坝顶高程3168.00m，最大坝高110.0m，坝顶长度550m。大坝建于深厚覆盖层上，趾板最低高程为3058m，相应最大坝高为110m，趾板部位对应河床覆盖层最深处厚度为65m。

面板坝防渗体系由混凝土面板、趾板(连接板)、混凝土防渗墙以及防渗帷幕构成。防渗墙厚度1.2m，深入基岩1m，防渗墙一般深度为50m，最大深度68m。两岸坝肩及河床底部透水基岩采用帷幕灌浆防渗，帷幕穿过表面卸荷岩体伸入到相对不透水层以下5m。

2工程区地质情况

坝址左岸谷坡自然坡度一般35°～55°，局部坡脚部位较缓，约15°～25°；右岸高程3135m以下自然坡度约35°，高程3135～3160m地形较平缓，为一缓坡平台，自然坡度一般5°～15°，高程3160m以上谷坡坡度为30°～40°。

坝址位于滴痴山背斜NE翼，地层为单斜构造，岩层产状N35°～55°W/NE∠30°～50°，走向与河谷近于平行，倾向左岸，为顺向谷。区内地质构造简单，无规模较大的断层通过，地质构造主要表现为节理裂隙和随机分布的层间挤压破碎带。

坝址区两岸山体雄厚，岩石风化微弱，岩体卸荷强烈。左岸岩体强卸荷水平深度65～75m，右岸缓坡平台岩体强卸荷垂直深度约60～75m，右岸岸坡岩体强卸荷水平深度约85～100m，两岸谷坡弱风化、弱卸荷水平深度130～150m。河床部位岩体弱风化、弱卸荷深度一般为35～50m。

坝区地下水主要为第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水赋存于松散堆积层中，基岩裂隙水主要分布于两岸基岩裂隙中。由于河谷深切，两岸谷坡较陡，地下水排泄条件好，水力坡降小，水位埋藏较深。地下水主要受大气降雨补给，由两岸向河谷及下游排泄。

3试验概况

斜卡大坝帷幕灌浆试验前期于 2009年9月20日开始，至2010年7月14日结束，历时298天。采用了常规水泥浆按规范进行了灌浆试验，共计完成固结灌浆钻孔1192.70m,灌浆1064.00m；帷幕灌浆钻孔 4824.98m，灌浆4736.73m，水泥注入共 4765.34 t。固结灌浆总体平均单位注入率703.09 kg/m，检查总体平均透水率∝Lu。帷幕灌浆总体平均单位注入率1006.04 kg/m，检查总体平均透水率∝Lu。从试验结果来看，由于灌浆基岩地质裂隙极为复杂，节理发育，常规水泥浆液灌浆效果极不理想，无法达到设计要求，且投资造价极大。为此必须寻求一种新的灌浆材料和灌浆工艺来解决复杂的地质条件下帷幕灌浆。

自2010年10月1日开始，在斜卡工程现场开始使用砂浆进行基础灌浆，包括自密实砂浆和高流态砂浆。灌浆地点包括三部分：左岸趾板、下游防渗墙及下游右岸围堰堰肩。分别按无地下水和有地下水两种情况下的灌浆试验，共完成184段次的自密实砂浆和高流态砂浆灌浆，其中：自密实砂浆151段次，高流态砂浆31段次。采用自密实砂浆和高流态砂浆灌浆灌浆后，将岩体透水率（Lu）改善小于50后，再采用常规水泥浆液进行灌浆，试验检查结果，均达到设计要求。

4孔位布置图

试验典型孔位布置详见图1。

图1 试验典型孔位布置图

5地下水对灌浆量的影响分析

试验分别在有地下水与无地下水地段进行了276段次试验，其中：有地下水情况下190段次，无地下水情况下86段次，单米耗浆量〈100 L/m的段次分别为：有地下水情况下152次，占80%；无地下水情况下53次，占62%。从试验结果可知：地下水对灌浆耗浆量有影响，在有地下水情况下，单米耗浆量较无地下水情况下小。

6自密实砂浆与高流态砂浆的效果对比

试验分别采用了自密实砂浆和高流态砂浆灌浆，试验结果：均在达到设计试验要求下，自密实砂浆单米耗浆量〈100 L/m的段次占91%，高流态砂浆单米耗浆量〈100 L/m的段次占88%，两种砂浆灌注效果基本相近。

7自密实砂浆与高流态砂浆配合比对比

7.1配合比比较

两种砂浆的配合比见表一。

表一 砂浆配合比表格

其中自密实砂浆所用砂为人工细砂，高流态砂浆所用砂为细河砂。

7.2流动性比较

采用砂浆扩展度环对两种砂浆分别进行流动性检测，扩展度越大流动性越好，现场典型检测数据：

自密实砂浆扩展度：290 mm；高流态砂浆扩展度：130 mm。

图片如图2所示：

高流态砂浆自密实砂浆

图2

7.3 粘性比较

采用砂浆V漏斗对两种砂浆分别进行粘性检测，V漏斗时间越长粘性越大，现场典型检测数据：

自密实砂浆V漏斗：14 s；高流态砂浆V漏斗：32 s。

7.4 成本比较

在配合比的基础上进行初步成本核算，对比如表三示：

表三砂浆成本核算表

8结论与建议

根据上述结果的对比分析，可以初步得出以下结论与建议：

（1）自密实砂浆和高流态砂浆均能较好的解决地质裂隙极为发育下的基岩灌浆需要。

（2）地下水对砂浆灌浆量影响较大，有地下水的灌段单米耗浆量比无地下水情况下的单米耗浆量要小。很有可能是地下水对砂浆性能造成了不利影响，从而影响砂浆的流动性能和扩散半径。需要积极研究提高砂浆抗水性能；

（3）从现有灌浆效果来看，自密实砂浆与高流态砂浆的灌浆效果相近，无明显区别；

（4）从配合比对比结果来看：①自密实砂浆与高流态砂浆的成本相近。二种砂浆的成本都有进一步降低的空间，建议可加入粉煤灰优化配合比；②自密实砂浆相对于高流态砂浆，具有更高的流动性和粘性，填充能力强。

（5）为了充分填充裂隙，砂浆必须具有很好的流动性能，也就是扩展度需要很大。对于不同的地质条件，对砂浆的粘性有不同的需求。一般来说：填充大裂隙需要砂浆具有较大的粘性，从而很好的控制灌浆量和扩散半径不至于过大；填充小裂隙砂浆需要较小的粘性，从而保证填充充分；对于水下的裂隙填充，需要砂浆具有很好的水下抗分散性，从而保证砂浆在水下能够保持较好的流动性。根据这些不同的地质需求，需要开发不同的砂浆配合比，从而满足灌浆需要。建议做出四种砂浆配合比：①水下抗分散砂浆。保证砂浆在水下有很好的流动性和抗分散性，适用于水下灌段的灌注；②粘性较大的砂浆。适用于大裂隙的填充，具体检测指标为大的扩展度（建议大于250 mm）和较高的V漏斗值（建议大于25 s）；③粘度适中的砂浆。适用于填充一般裂隙，具体检测指标为较大的扩展度（建议280 mm左右）和适中的V漏斗值（建议10~20 s）；④粘度较低的砂浆。适用于填充小的裂隙，具体检测指标为较大的扩展度（建议300 mm左右）和较小的V漏斗值（建议5-10 s）。

9结语

四川九龙县九龙河梯级开发斜卡水电站工程首部枢纽地质条件极为复杂，其大坝基础防渗帷幕灌浆采用常规灌浆既难满足设计要求，又造成工程投资极大。针对其地质详细勘察研究，采用自密实砂浆及等新型灌浆材料，较为成功地解决了地质复杂下的帷幕灌浆难的难题，为水利水电工程基础帷幕灌浆提供了新的借鉴与参考。

作者简介：

周志刚（1971-），男，重庆人，中国水利水电第五工程局有限公司勘察设计院院长，高级工程师，从水利水电工程设计、建设与施工管理工作。