盧洪彥，張發(fā)林，李 明，高文玉，孫 鶴

（中國水利水電第一工程局有限公司基礎(chǔ)分局，遼寧大連 116041）

1 工程概況

豐滿水電站大壩溢流壩降低滲水壓力工程范圍包括：對溢流壩段壩體進(jìn)行壩體防滲帷幕灌漿，在上游原基礎(chǔ)廊道內(nèi)新鉆設(shè)三排扇形排水孔，同時對原有導(dǎo)流底孔和中孔進(jìn)行加強(qiáng)封堵灌漿處理。

壩體防滲灌漿在堰頂施工，均采用垂直鉆孔、雙排孔布置，第一排為基本帷幕灌漿孔，軸線樁號為壩軸線下0+002.1 m，第二排為加強(qiáng)帷幕灌漿孔，軸線樁號為壩軸線下0+002.4 m（見圖1）。設(shè)計圖紙中兩排灌漿孔孔距均采用1.0 m，上、下排錯孔布置，壩體帷幕灌漿合格設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為:灌后壩體混凝土透水率不大于 0.15 Lu（1 Lu≈1.3×10-5cm/s,參見DL/T5200-2004《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》條文說明10.1.7；呂榮值和滲透系數(shù)K值從計算公式的計算聯(lián)系角度，沒有直接的換算關(guān)系，為實踐參考值）。

2 主要施工參數(shù)以及指標(biāo)的確定

2.1 水泥漿液顆粒細(xì)度控制參數(shù)的選擇

國內(nèi)目前水利工程灌漿施工中采用的超細(xì)水泥有兩種：濕磨與成品超細(xì)水泥。濕磨水泥是利用可調(diào)固定間隙的磨齒工作，水泥漿液原料流經(jīng)磨齒，形成對顆粒的磨細(xì)作用。濕磨機(jī)（GSM-1型）工作機(jī)理：水泥顆粒被粉碎的細(xì)度取決于濕磨機(jī)磨頭兩磨盤的相對角度、齒形設(shè)計以及兩磨盤間隙的控制。GSM濕磨機(jī)的單機(jī)基本性能指標(biāo)：電機(jī)功率：5.5 kW，電源電壓380 V，電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 rpm，出料最大粒徑＜40 μm，生產(chǎn)能力（0.6∶1水泥漿）＞120 L/min。為了獲得D50≤10 μm的超細(xì)水泥漿液，本次施工進(jìn)行了濕磨機(jī)串聯(lián)現(xiàn)場濕磨試驗，以保證濕磨超細(xì)水泥工藝形成穩(wěn)定的超細(xì)水泥漿液，滿足D50指標(biāo)的要求。

豐滿降滲工程濕磨機(jī)現(xiàn)場磨細(xì)試驗，磨細(xì)次數(shù)和對應(yīng)的平均粒徑曲線顯示：隨著磨細(xì)次數(shù)的增加，平均顆粒直徑隨之變小，在投入3臺濕磨機(jī)串聯(lián)后，平均顆粒直徑-磨細(xì)次數(shù)曲線趨于平緩，參見圖2；在磨細(xì)3遍以后，漿液的平均顆粒直徑繼續(xù)提高空間已不大。

項目施工期間通過光透式粒度測試儀（NSKC-1）進(jìn)行漿液細(xì)度控制檢測，定期（14 d/次）進(jìn)行檢驗。

圖1 豐滿水電站溢流壩段降低滲水壓力工程典型壩段壩體剖面圖Fig.1 Profile of dam body in typical overflow sections in seep-age pressure reduction project of Fengman dam

圖2 水泥漿液濕磨次數(shù)和平均直徑的關(guān)系曲線Fig.2 Relation of average diameter and wet milling times

2.2 灌漿壓力的驗證性試驗和試驗確定的結(jié)果

在灌漿試驗段中，選擇各種既定灌漿壓力的灌漿孔段，在灌漿水灰比（圖3中兩灌漿段水灰比分別為1或0.6）按照由稀到濃正常施工程序進(jìn)行的同時，在密切監(jiān)測抬動變形（安全限值抬動值≤0.2 mm）和大壩上游壩面變形等以保證大壩安全的前提下，提升并選擇灌漿壓力。試驗結(jié)果見圖3。

由壓力-注入率對應(yīng)變換曲線變化規(guī)律可知，在灌漿壓力為第3級別升級壓力前，曲線梯度變化相對明顯，而在3～4級別壓力附近乃至以上灌漿壓力，注入率變化相對更不明顯，且注入率曲線趨于緩和。因此，在全過程監(jiān)測壩體抬動和上游壩面變形的同時，對各個灌漿孔4段以前（約20～25 m，壩體總孔深約61 m）孔段，均加大灌漿壓力0.2～0.3 MPa；5段（含5段）以下灌漿壓力不變，Pmax達(dá)到2.0 MPa。但以上壓力調(diào)整不含溢流壩中墩帷幕孔，中墩上帷幕孔空間上位于閘墩兩側(cè)凌空高程的灌漿段，最大灌漿壓力為1.7 MPa。

圖3 同一灌漿段同一水灰比不同灌漿壓力的對應(yīng)注入率曲線Fig.3 Respective injection rates with same grouting section,same water-cement ratio but different grouting pressures

2.3 灌漿水灰比的選擇和驗證性灌漿試驗結(jié)果

（1）關(guān)于灌漿開灌水灰比的選擇：第一次帷幕灌漿試驗，灌漿水灰比和相應(yīng)試驗段的注入率（漿液體積）對應(yīng)關(guān)系試驗的段數(shù)為12段。試驗建議成果：在灌漿前試段透水率q≤3 Lu的孔段，開灌水灰比采用2∶1開灌；透水率區(qū)間3 Lu＜q≤10 Lu的孔段，采用水灰比1∶1漿液開始灌注；透水率區(qū)間q＞10 Lu的孔段，采用較濃比級的漿液灌注，即開灌就采用0.8∶1或者0.6∶1漿液灌注，并輔助以特殊灌漿形式，如間歇式灌漿等措施，直到達(dá)到結(jié)束屏漿標(biāo)準(zhǔn)。

（2）二次灌漿試驗開灌水灰比試驗：根據(jù)灌漿段不同灌漿水灰比-灌漿單耗的頻率曲線分布情況分析，取得指導(dǎo)實際施工的開灌水灰比施工參數(shù)。在8號壩段試驗段部位和溢流堰面部分壩段，選擇多段透水率區(qū)間為q≤3 Lu的試驗段，進(jìn)行1∶1、0.8∶1、0.6∶1三個比級的單一水灰比灌漿試驗，進(jìn)行單一水灰比灌漿段的單耗比較；二次試驗中，水灰比-單耗試驗段數(shù)量為72段，建議結(jié)果見表1。

經(jīng)對試驗段對比結(jié)果進(jìn)行分析，二次試驗報告中建議的水灰比施工參數(shù)調(diào)整為：當(dāng)灌漿段灌漿前壓水試驗透水率q≤3 Lu時,選擇水∶灰=0.8∶1（重量比）的超細(xì)水泥漿液灌漿，變漿標(biāo)準(zhǔn)仍應(yīng)控制為50 L，但考慮到灌漿通常規(guī)律和規(guī)范的規(guī)定，建議在漿量達(dá)到50 L，若注入率有降低或壓力有升高的情況下，仍不改變水灰比。當(dāng)灌漿段灌漿前壓水試驗透水率q＞3 Lu時,選擇水∶灰=0.6∶1(重量比)的超細(xì)水泥漿液灌漿。

表1 二次帷幕灌漿施工試驗建議的控制參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)表Table 1:Control parameters and standards proposed by the second curtain grouting construction test

（3）二次試驗報告后補充數(shù)據(jù)和資料分析：在q≤1 Lu情況下,為繼續(xù)驗證0.6∶1和0.8∶1兩種水灰比漿液究竟采用哪種灌漿段單耗更高,繼續(xù)增加其他壩段20段灌漿試驗（0.8∶1水灰比10段,0.6∶1水灰比10段），對比結(jié)果見表2。

表2 溢流堰面單耗和試驗段單耗對比情況表（相同透水率區(qū)間和相同開灌水灰比）Table 2:Comparison of the unit consumptions on overflow weir surface and test sections(with same permeability rate and same water cement ratio)

（4）國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心據(jù)有關(guān)試驗內(nèi)容和報告，分析后認(rèn)為為了獲得較高的漿液結(jié)石密度，豐滿溢流壩段壩體灌漿均采用單一水灰比（水∶灰=0.6∶1）灌漿。

2.4 孔口封閉灌漿工藝的應(yīng)用

據(jù)現(xiàn)有灌漿手段與技術(shù)能力、工程實例及要求豐滿大壩混凝土灌后質(zhì)量達(dá)到q≤0.15 Lu的高標(biāo)準(zhǔn)，在壩體帷幕灌漿施工工藝設(shè)計上，設(shè)計階段確定采用孔口封閉工藝進(jìn)行施工。

混凝土壩體帷幕灌漿采用單一的0.6∶1的水灰比，采用“自上而下”分段灌漿，則在帷幕灌漿20 m深以后，灌漿塞以及射漿管在屏漿后經(jīng)常無法利用人力再次疏通。自上而下卡塞灌漿頻繁產(chǎn)生孔內(nèi)事故并影響帷幕施工質(zhì)量：

（1）產(chǎn)生繞塞、鑄塞事故，造成廢孔；

（2）發(fā)生鑄“灌漿內(nèi)管”事故；

（3）發(fā)生繞塞現(xiàn)象，采用間歇、降壓甚至中停灌漿等方法處理，影響灌漿質(zhì)量；

（4）如發(fā)生孔內(nèi)鑄“灌漿內(nèi)管”情況，無法處理后，產(chǎn)生多次移孔的問題。

2.5 帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的變更和確定

降滲灌漿施工開始，施工方和設(shè)計工程師協(xié)商，提出將招標(biāo)設(shè)計和施工圖設(shè)計灌漿段的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：“灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束”提高到“灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于0.1 L/min，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束”。也只有提高到這個結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，降低滲水壓力工程的期望標(biāo)準(zhǔn)（灌后透水率q≤0.15 Lu）才可能實現(xiàn)。多個類似工程和本次工程實踐證明，采用孔口封閉自上而下灌漿才能實現(xiàn)這種深孔孔內(nèi)循環(huán)式長屏漿時間的濃漿超細(xì)水泥灌漿。

現(xiàn)行規(guī)范灌漿段透水率計算公式為：

式中，q：試驗段透水率；Q：壓水試驗流量；P：試驗段實際水頭壓力；L：試驗段長。

若按照混凝土壩體防滲帷幕的質(zhì)量目標(biāo)：灌漿后q≤0.1 Lu的壓水試驗透水率標(biāo)準(zhǔn)，在段長和試驗壓力一定的情況下，需要滿足Q≤0.1*（L*P）。本次降滲工程的設(shè)計灌漿段長以5 m段長居多，且相應(yīng)壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%（采用1.0 MPa），因此，合格段的壓水試驗Q≤0.1*（L*P）流量至少應(yīng)滿足Q≤0.5 L/min。若想灌漿后帷幕體上檢查孔壓水試驗段壓水流量達(dá)到以上指標(biāo)，超細(xì)水泥灌漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)定為“灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束”，顯然結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的注入率過高。結(jié)合灌漿分段有的段長較短、采用的壓水試驗水頭壓力較小以及采用超細(xì)水泥灌漿而必需的保證系數(shù)，在本次工程試驗之初就將結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)提高為：“灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于0.2 L/min，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束”。從理論上和實際結(jié)果上，這必將對提高超細(xì)水泥灌漿效果起到積極促進(jìn)作用。

這個灌漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，即便在較小的段長和較小的壓水試驗壓力情況下，考慮到超細(xì)水泥漿灌漿和壓水試驗的差別，從理論上也可以大幅度提高灌漿段灌后壓水試驗透水率q≤0.15 Lu合格的可能性，此結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)也在記錄儀監(jiān)測的精度范圍之內(nèi)。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)完全是根據(jù)豐滿大壩溢流壩段特定的灌漿環(huán)境和降低滲水壓力工程透水率合格標(biāo)準(zhǔn)（q≤0.15 Lu）而制定的，是具有理論依據(jù)和符合實際標(biāo)準(zhǔn)的探索性指標(biāo)，當(dāng)然這要求更切合實際的施工工藝和漿液材料來進(jìn)行保障。

2.6 溢流壩中墩灌漿試驗參數(shù)（灌漿壓力）的選取

混凝土壩中墩鉆孔和灌漿等技術(shù)涉及壩體變形安全。漿液水灰比和水泥細(xì)度參數(shù)與溢流堰相同。為了摸索最大“許可”灌漿壓力，以獲得“最大注入量”，選取中墩進(jìn)行試驗?！白畲笞⑷肓俊笔窃诜治鲆呀?jīng)施工的壩段注入量基礎(chǔ)上提出指標(biāo)；豐滿大壩壩段分縫處于中墩中間位置，考慮帷幕體銜接問題，壩段分縫兩側(cè)帷幕孔設(shè)計成與鉛垂線夾角5°以內(nèi)的斜孔，傾向分縫側(cè)。中墩斜孔灌漿時，充分利用斜孔距中縫距離不同的條件，最大限度提高灌漿壓力?？紤]中墩鉆孔平面孔位的布置情況和鉆孔沿豎向上距離橫縫的寬度，灌漿段壓力提升幅度區(qū)間在 0.1～0.7 MPa不等，最大達(dá)到 1.7 MPa。中墩施工過程中，大壩上游面變形安全監(jiān)測和水下電視監(jiān)測未發(fā)生變形和漿液滲出情況。

3 混凝土壩體帷幕灌漿效果的檢查與綜合評價

壩體降滲工程灌前透水率和檢查孔壓水試驗透水率對比表見表3。

混凝土壩體降滲工程超細(xì)水泥灌漿綜合統(tǒng)計表見表4。

豐滿水電站17個溢流壩段，共使用水泥1 207 t，其中：灌入壩體內(nèi)水泥408 t（不含檢查孔灌漿灌入量），棄漿水泥340 t，檢查孔灌漿、灌漿孔封孔以及損耗約459 t；壩體帷幕平均單耗13.8 kg/m。

表3 溢流壩段降滲工程灌前透水率和檢查孔壓水試驗分析Table 3:Permeability rate of the overflow sections before grouting and results of water pressure test

表4 混凝土壩體降滲工程超細(xì)水泥灌漿綜合統(tǒng)計表Table 4:Statistics of superfine cement grouting for concrete dam body

全部47個單元工程灌漿施工中，灌漿前的平均透水率q=1.15 Lu，檢查孔平均透水率q=0.08 Lu；檢查孔透水率q≤0.15 Lu的段數(shù)占總段數(shù)比例為95.5%，0.15 Lu＜q≤0.5 Lu的段數(shù)占檢查孔總段數(shù)比例為4.5%；灌漿后沒有透水率q＞0.5 Lu的孔段（僅1段為0.43 Lu），可以按照現(xiàn)行水工驗收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)驗收。

3.1 分部工程透水率、注入率頻率曲線和累計頻率曲線

本次降滲工程溢流壩段壩基廊道以上是最大的兩個分部工程，其分部工程量占到總工程量的70%以上，以其為例繪制灌漿前分序透水率頻率曲線和累計頻率曲線圖，可以形象地描述出灌漿效果的漸變過程，該部位壩體帷幕以“排”為單位，其統(tǒng)計成果見圖4和圖5。

頻率曲線圖的規(guī)范和條理清晰，說明本次工程的設(shè)計參數(shù)、施工參數(shù)控制是合理的，符合工程的實際灌漿條件和壩體條件。

圖4 WF-01和WF-02分部一排合并后各次序孔透水率頻率曲線和頻率累計曲線Fig.4 Frequency curve of permeability rate and frequency ac-cumulative curve of each sequence holes after combination of the first row of WF-01 and WF-02

3.2 聲波測試和孔內(nèi)電視檢測以及壩體變形資料成果

全部12個壩段24對聲波測試孔，壩體帷幕灌漿前后波速測試對比提高范圍為3%～10%；壩體帷幕檢查孔孔內(nèi)電視檢測裂隙充填率在91.1%以上；施工期（1 a）上游壩面變形監(jiān)測和壩體平面位移變形資料顯示，沒超過設(shè)計允許限值范圍現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 壩體帷幕灌漿降低滲水壓力工程其他有關(guān)綜合評價

3.3.1 溢流壩段新、舊排水孔排水量目測對比分析

基礎(chǔ)廊道以上原壩體排水孔（每壩段4孔）均在本次灌漿帷幕線下游，灌漿前廊內(nèi)觀測有約50%的老排水孔有滴水、排水情況；在基礎(chǔ)廊道以上帷幕灌漿結(jié)束以后，原排水孔仍有滴水和少量排水的孔數(shù)比例約為20%。灌漿過程中有約23%的原排水孔發(fā)生串漿和掃孔現(xiàn)象，串漿孔在掃孔后目測均未見排水。

圖5 WF-01和WF-02分部二排合并后各次序孔透水率頻率曲線和頻率累計曲線Fig.5 Frequency curve of permeability rate and frequency ac-cumulative curve of each sequence holes after combination of second row of WF-01 and WF-02

大壩壩頂新增豎向排水孔（連通于壩頂和基礎(chǔ)廊道頂部之間）在帷幕灌漿之后施工，基礎(chǔ)廊道以上每壩段4孔，目前肉眼觀察，沒有發(fā)現(xiàn)明顯排水的排水孔。壩基廊道內(nèi)新增散射狀下游壩體排水孔，共242孔，大約5%（12孔）施工后有排水現(xiàn)象，最大流量約0.5 L/min。

3.3.2 降滲工程實施前、后溢流壩段滲透壓力觀測孔監(jiān)測值對比分析

30%左右溢流壩段滲壓觀測孔施工期間發(fā)生串漿或者堵塞；根據(jù)運行單位的資料顯示，廊道內(nèi)的未淤塞壩基滲透壓力監(jiān)測孔的同期監(jiān)測值有所降低。

3.4 工程驗收

壩體帷幕竣工驗收共47個單元工程，單元工程評定除WD-01單元（生產(chǎn)性試驗段）評定為“合格”以外，其余46個單元均評定為“優(yōu)良”，單元優(yōu)良率98%；全部7個分部工程均評定為“優(yōu)良”，分部工程優(yōu)良率100%。壩體帷幕灌漿施工質(zhì)量可以達(dá)到現(xiàn)行國家水工驗收規(guī)程的驗收標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語

（1）灌漿形成壩體帷幕是改善老壩混凝土抗?jié)B性不夠的有效手段之一。實際試驗表明，濃漿灌注是提高結(jié)石強(qiáng)度和抗?jié)B性的主要手段，宜根據(jù)灌漿前壓水試驗的結(jié)果來微調(diào)灌漿水灰比，變漿標(biāo)準(zhǔn)宜根據(jù)試驗灌漿段單耗數(shù)值折算為漿量來控制。

（2）施工圖設(shè)計前，宜盡可能詳細(xì)調(diào)查壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、預(yù)埋件以及水工結(jié)構(gòu)、壩體內(nèi)隱蔽補強(qiáng)設(shè)施，實施必要的勘察工作，減少工程施工階段因不明確的壩體施工環(huán)境影響到工程正常進(jìn)行。

（3）對于混凝土壩體帷幕施工，采用孔深超過50 m、小孔徑（?76 mm孔徑）、濃漿（0.6∶1）灌漿，須采用孔口封閉工藝進(jìn)行帷幕灌漿工藝選擇，利于控制施工質(zhì)量、減少孔內(nèi)事故。

（4）濕磨超細(xì)水泥帷幕灌漿作為混凝土大壩壩體防滲措施，工藝可靠，是可行的、可供選擇的技術(shù)措施。根據(jù)灌前和灌后檢查孔壓水試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析、灌前和灌后聲波CT檢測對比、檢查孔孔內(nèi)電視的檢測結(jié)果分析可以認(rèn)為：混凝土壩體濕磨超細(xì)水泥帷幕灌漿施工技術(shù)是可行的。國內(nèi)類似水工大壩建筑物較多，混凝土壩體帷幕灌漿降滲技術(shù)應(yīng)用范圍較廣闊。本次項目的成功實踐對運行中的混凝土大壩降低滲水壓力工程的設(shè)計和實施起到了良好的借鑒作用。

[1]DL/T5200-2004,水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國國家發(fā)展與改革委員會.

[2]DL/T5148-2001,水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.

[3]孫釗.大壩基巖灌漿(第二版)[M].