色拉龙工程的固结灌浆与帷幕灌浆的研究

（刊登于《自然科学》2019年7月）

张锦灿、邹仕华

（云南省能源投资集团有限公司  云南  昆明  650228）

[摘　要]：顾名思义，固结灌浆就是稳固基岩和坝体的灌浆，帷幕灌浆就是防止坝体和基岩渗漏的灌浆。色拉龙工程的固结灌浆与帷幕灌浆过程贯穿于投资建设始终，从建基面出露开始，到坝体下闸蓄水延续到投产发电，一直伴随着，特别是帷幕灌浆，战线长，要求高，蓄有一定技术含量，也是将“复杂事情简单做，简单事情重复做”的细致工艺，为本工程的质量鉴定和坝体安全提供坚实保障，也收集了宝贵的基础数据。本文研究其工艺过程，收集了详实的基础资料，对设计原始指标是一种印证，对坝体工艺是一种侧向总结，对今后类似工程是一种借鉴。

关键词：色拉龙工程；固结灌浆；帷幕灌浆；研究

 

Study on Sealing Grout and Curtain Grout of Xelanong Project

Zhang Jincan  ,Zou Shihua

（YunNan Provincial Energy Investment Group Co.LTD. Yunnan  Kunming  650228）

[ Summary] : As the name implies, consolidation grouting is the grouting of solid bedrock and dam body, and curtain grouting is the grouting that prevents leakage of dam body and bedrock. The consolidation grouting and curtain grouting process of the Xelanong project runs through the investment and construction from the beginning of the foundation surface to the storage of water under the dam to the production of electricity, and has been accompanied by curtain grouting, in particular, the length of the front line, and high requirements. It has a certain amount of technical content, and it is also a meticulous process of "simple things to do and simple things to do again". It provides a solid guarantee for the quality appraisal and dam safety of the project, and also collects valuable basic data. This paper studies the process, collects the precious basic data, is a kind of proof to the design original index, is a kind of side summary to the dam process, is a reference for similar projects in the future.

Key words: Xelanong project; Sealing Grout; Curtain Grout; study

 

 

【收稿日期】2019-2-

【作者简介】张锦灿（1977-8-16），男，云南大理人，硕士研究生，高级工程师，总裁助理兼经管中心总经理，研究方向是国际金融、国际能源经济。

邹仕华（1970-11-21），男，湖北潜江人，工学学士，水利水电工程硕士，经济学硕士，教授级高级工程师，高级职业经理人，省级电力市场监管咨询专家（2018.8.21-2021.8.20），研究方向是水能动力工程、传统能源经济。

固结灌浆是通过水泥使破碎的岩石粘结起来，提高其整体性，改善岩石的力学性能。帷幕灌浆主要目的是形成水泥幕墙，防止水系渗流。

1.工程概况

色拉龙工程是一座中型水电站，属二等大（2）型工程，其装机容量7万千瓦，年发电量2.699亿千瓦时。枢纽工程由混凝土挡水坝、溢流坝、引水发电系统、发电厂房及开关站组成。坝长619米，其中，左岸坝肩90米，左岸挡水坝段（1^#-9^#）175米，溢流坝段（10^#-12^#）71米，导流底孔坝段（13^#）19米，进水口及厂房坝段（14^#-15^#）34米，右岸挡水坝段（16^#-23^#）160米，右岸坝肩70米。

固结灌浆和帷幕灌浆是坝体工程的重要组成部分，其投资额近千万，也是蓄水安全鉴定和竣工安全鉴定的主要指标。

2.灌浆工程量及其分布

固结灌浆和帷幕灌浆分布在左右非溢流坝段、溢流坝段、纵向导流底孔坝段和进水口坝段，以及左右坝肩段。

2.1.固结灌浆

固结灌浆量（单耗≤80千克/米）7845米，其超灌量190吨，钻孔进尺10983米，其中，基岩进尺7845米，混凝土层进尺3138米。这是固结灌浆的合同工程量。与设计施工图纸比较，对应的工程量稍有不同，固结灌浆量7270米，基岩钻孔量7270米，混凝土钻孔量2908米（如表1.色拉龙工程固结灌浆工程量一览表）。实际按照施工图纸量实施，按照合同工程量结算（下同），这就是PC合同的特征，合同双方各取所需，各得其利，共同维护合同法的权威。

表1.色拉龙工程固结灌浆工程量一览表

 

固结灌浆在露天的建基面上进行，或在达到设计一定强度的垫层混凝土上进行，或在浇筑一定厚度的碾压混凝土或变态混凝土[1]上进行。坝体建基面范围内呈3×3米分布，孔深5米，分类I序孔和II序孔的钻孔顺序及灌浆顺序。

2.2.帷幕灌浆

帷幕灌浆量（单耗≤100千克/米）9273米，其超灌量223吨，钻孔进尺11128米，其中，基岩层进尺9534米，混凝土层进尺1594米。这是帷幕灌浆的合同工程量。该部分设计图纸随开工令同期发出，经过14个月监理人和施工单位的酝酿、测算和筹备，正准备实施的时候，迎来了大坝安全鉴定的国内顶级专家组。在专家组的建议下，设计院充分核算，调整了设计布置：由原来1.5米间隔的单排帷幕孔，调整为2米间隔的主帷幕孔+上游2米间隔的副帷幕孔，两排孔排距1米，错缝梅花分布，孔深也作了局部调整。

与设计施工图纸比较，对应的工程量稍有不同，帷幕灌浆量13185米，基岩钻孔量14010米，混凝土钻孔量2698米（具体见表2.色拉龙工程帷幕灌浆工程量一览表）

表2.色拉龙工程帷幕灌浆工程量一览表

河床段帷幕灌浆在坝体最底层灌浆廊道里进行，且坝体混凝土强度不小于50%设计强度时才进行帷幕灌浆，分上游侧副帷幕孔，中间主帷幕孔和下游侧排水孔，间距2米，排距1米（如图1.帷幕灌浆孔位布置图），入岩深度13.2米-51.0米。还分I序孔、II序孔和III序孔，每一坝段（一般20米）第一个I序孔设置为先导孔，也相当于该坝段的试验孔，其孔径、孔深、压水、灌浆等指标，都直接指导该坝段后续的I序孔、II序孔和III序孔的实际灌浆指标。（见表3.各部位的灌浆压力值）

左坝肩90米和右坝肩70米的帷幕灌浆在地表进行，入岩深度13.2米-34.6米，只分I序孔、II序孔和III序孔的主帷幕，该区域没有设置副帷幕。

河床段设置了主、副帷幕孔，而岸坡段与坝肩段一样，只有主帷幕孔，没有副帷幕孔。岸坡段与河床段的帷幕衔接处属于相对薄弱区域，严格主帷幕直接延伸，避免出现错位，以降低相对薄弱区域的渗透风险。

无论固结灌浆区域，还是帷幕灌浆区域[2]，加强抬动监测，均需在灌区特定位置安设抬动监测装置，在灌浆过程中进行抬动监测和记录，监测灌浆过程对基岩、对坝体的抬动变化，以便采取适当预防措施，确保坝体稳定和防止渗透。[3]抬动监测按照《坝基固结灌浆施工技术要求》和《坝基帷幕灌浆施工技术要求（R1）》的相关规定执行，防止发生抬动破坏。

固结灌浆区域（按350平方米-400平方米进行控制）至少布置3个抬动观测孔，达到观测平面抬动的目的。观测孔尽可能布置在区域的边缘，并在施工期连续观测。帷幕灌浆抬动观测孔的锚固端深度不小于该单元灌浆深度的2/3。

图1.帷幕灌浆孔位布置图

表3.各部位的灌浆压力值

注：坝基部位帷幕灌浆起始段从建基面计起，两侧坝肩部位帷幕灌浆起始面从215.00米高程计起。

2.3.固结灌浆与帷幕灌浆的交错分布

固结灌浆孔分布在坝基的整个图幅上，全断面无遗漏，间距3米，排距也是3米，避开坝轴线和灌浆廊道轴线。

而帷幕灌浆孔分布在大坝轴线区域，其中，主帷幕孔布置在灌浆廊道轴线下游0.1米处，即坝轴线向下游0.6米处（（D）0+000.60），副帷幕孔布置在灌浆廊道轴线上游距廊道轴线1.0米处，即坝轴线向上游0.5米处（（D）0-000.50），主、副帷幕孔都是单排孔，间距2米。主、副帷幕孔与固结灌浆孔，从设计上就规避了交叉串孔，实际操作时也没有出现固结灌浆孔与帷幕灌浆孔串孔的现象。

相对比较，固结灌浆开始时间优先于帷幕灌浆。但受到大坝混凝土浇筑进度的影响，两者会在施工过程中，存在此起彼伏，但最终仍然是固结灌浆优先于帷幕灌浆结束。

3. 灌浆材料及制浆

无论是固结灌浆，还是帷幕灌浆，其灌浆采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5，细度通过80微米方孔筛的筛余量不大于5%。灌浆用的水泥符合PC合同技术条款规定的质量标准，杜绝使用出厂期超过3个月或受潮结块的水泥。水泥等材料采用重量称量法计量。

在灌浆施工过程中，水泥的强度、细度、凝结时间等方面，接受监理人代表业主进行抽样检查。

灌浆用水符合拌制水工混凝土用水的要求，拌浆水的温度不高于40℃。并建立了单独的供水系统，且有足够的供水能力和可靠的连续性。

浆液搅拌均匀，测定浆液密度和黏度等参数，并作好记录。按试验选定的浆液配比计量，误差小于5%。

纯水泥浆液的搅拌时间，使用高速搅拌机时，不少于30秒；使用普通搅拌机时，不少于3分钟。浆液在使用前进行过筛，从开始制备至用完的时间小于4小时。

输送浆液流速为1.4米/秒 -2.0米/秒，灌浆地点随时测定来浆密度，并根据实际需要调剂使用。

根据灌浆需要，可在水泥浆液中加入掺合料以及速凝剂、减水剂、稳定剂等（以水溶液状态加入），但各种掺合料、外加剂的质量遵守DL/T5148第3.1.6、3.1.7和3.1.8条的规定。且最优掺加量通过室内试验和现场灌浆试验确定，试验成果提交监理人。

灌浆前，在室内对不同水灰比及外加剂掺量的灌浆浆液配比及性能进行试验测试。主要测试指标有，浆液的密度、流变参数、沉淀稳定性、凝结时间、强度、弹性模量和渗透性等。

4.灌浆作业及其检测

固结灌浆孔（孔径Φ≥56毫米）入岩5米，分两段注浆，第一段1米处注浆，待24小时初凝后再继续第二段入岩4米注浆。初始入浆按照质量比2:1（水：水泥）注浆，之后根据实际调整配合比，或1:1，或0.8:1，或0.5:1，注浆压力维系在0.06兆帕以上。入浆量或水泥用量采用自动记录仪进行计量，每10分钟自动客观地采集一组数据。I序孔和II孔由下游向上游推进，I序孔灌浆压力达到0.2兆帕时，停止注浆；II序孔灌浆压力达到0.25兆帕时，停止注浆，就算完成该孔灌浆，转入下一个孔，待其自行凝固。附近增设抬动观测仪（千分仪，微米级精度），监测入岩5米范围内，岩体因注浆引起抬动的抬动值。[4] [5]

帷幕灌浆孔（孔径Φ=60-75毫米）入岩13.2米-51.0米，分多段注浆，第一段2米处注浆，第二段下钻3米处注浆，第三段再下钻5米处注浆，第四段以后均是再下钻5米处注浆，直到实际孔底。入浆水灰比与固结灌浆的一样，四种配合比（2:1、1:1、0.8:1、0.5:1）。初灌压力0.7兆帕以上，至2兆帕时，停止灌注。若压力未达2兆帕，但单耗超过2吨/米的时候，仍不见压力回升，地面又无漏浆的迹象，则停滞灌浆，待凝24小时候复灌，直到压力值至2兆帕时，才停止灌浆，就算结束该孔灌浆。[6] [7]

抬动变形允许值，基岩为200微米（百万分之一米），混凝土为 100微米。抬动变形观测委派专人进行观测记录，在裂隙冲洗、压水试验及灌浆等作业过程中，当变形值接近变形允许值或变形值上升较快时，及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。如施工中发现变形超过规定的允许值，立即停止施工，按照监理人指示，采取相应处理措施。

浆液水灰比的变换原则，逐级变换，一般的，未跳级变换，当某一级水灰比的浆液已灌入300升以上或灌注时间达30分钟，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级灌注。当注入率大于30升／分的时候，根据施工具体情况，可越级变浓。灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1升／分的时候，继续灌注30分钟，灌浆即可结束。

封孔采用全孔灌浆封孔法，即全孔灌浆结束后，以0.5∶1级浓浆置换孔内稀浆，进行纯压式灌浆封孔，封孔压力使用该孔最大灌浆压力，灌浆持续时间30分钟，孔口段不小于1小时。

5.对孔加深和加灌的处理

对于建基高程170米以下坝段（5^#-18^#坝段），当加深孔段压水试验测试值小于3吕容；以及建基高程170米以上坝段，加深孔段压水试验测试值小于5吕容时，则先导孔灌后终孔，该单元其它帷幕灌浆孔深度按原设计深度执行。

吕荣(Lugeon，简称Lu)，吕荣值（q）表示使用灌浆材料作为试验流体时地层的渗透系数。1吕荣为1MPa作用下1米试段内每分钟注入1L水量，定义公式,q=Q/PL,其中,Q为压入流量,单位L/min；P为作用于试段内的全部压力,单位MPa；L为试段长度,单位m。

对于加深孔段压水试验测试值不满足前述要求时，继续加深帷幕灌浆先导孔一段，仍为5米，并开展单点压水试验，若先导孔第二加深段压水试验测试值能够满足前述要求时，则先导孔灌后终孔，该单元其它帷幕灌浆孔深度应在原设计深度上加深5米执行。

当第二段加深孔段试验值仍不满足前述要求时，监理与设代人员等多方共同分析后，及时提出是否继续加深处理意见。

对于出现灌前压水试验不起压，或灌浆过程中耗浆量过大导致采取了待凝24小时措施的主帷幕灌浆孔终孔段，该孔单独加深5米。

灌浆过程发生冒（漏）浆较大时，采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌注等方法处理，必要时采取嵌缝、地表封堵方法处理。

灌浆过程中若回浆变浓，则适当加大灌浆压力，稀释后继续灌注；若无效再改稀灌注；若回浆仍变浓，延续灌注30分钟，即结束该孔灌浆。

6.结语

（1）固结灌浆粘结破碎的岩石，改善岩石的力学性能，提高其整体性。帷幕灌浆形成水泥幕墙，防止水系渗流。

（2）固结灌浆和帷幕灌浆是大体安全鉴定的主要指标和重要指标，要求设计严格，施工严格，监理严格，验收严格。各个环节都十分重要。

（3）浆液水灰比的变换遵循逐级变换原则，一般不跳级变换，当某一级水灰比的浆液已灌入300升以上或灌注时间达30分钟，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级灌注。当注入率大于30升／分的时候，根据施工具体情况，可考虑越级变浓。

（4）封孔采用全孔灌浆封孔法，即全孔灌浆结束后，以0.5∶1级浓浆置换孔内稀浆，进行纯压式灌浆封孔，封孔压力使用该孔最大灌浆压力，灌浆持续时间30分钟，孔口段不小于1小时。

（5）抬动变形允许值，基岩为为200微米（百万分之一米），混凝土为 100微米。抬动变形观测委派专人进行观测记录，在裂隙冲洗、压水试验及灌浆等作业过程中，当变形值接近变形允许值或变形值上升较快时，及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1]邹仕华，色拉龙工程坝体变态混凝土设计与施工的研究[J]，浙江水利水电学院学报，2018(12):26-33

[2]杨秀荣，龙首水电站工程坝基固结灌浆和接触灌浆设计 [J]，甘肃水利水电技术，2000（1）：38-41

[3]罗红琦、邢芳，燕山水库固结灌浆和帷幕灌浆的质量控制 [J]，安徽建筑，2011（5）：101-102

[4]刘甲强，浅谈固结灌浆、帷幕灌浆技术在面板堆石坝中的应用 [J]，中华民居，2012（2）：152，140

[5]李明柱, 王锦江, 金辉,等. 盖下坝水电站固结帷幕灌浆施工技术分析[J]. 东北水利水电, 2016(7):25-28.

[6]卢秀丽. 水电站固结灌浆和帷幕灌浆施工技术[J]. 科学与财富, 2017(4)：266　　

[7]樊超. 实例分析坝基固结灌浆和帷幕灌浆施工技术[J]. 水能经济, 2016(8):135-135.