膏状浆液在斜卡水电站帷幕灌浆中的试验研究

聂美平 熊文财 闫龙伟

【摘 要】斜卡水电站右岸岩体多发育宽大，有贯通性裂隙，施工难度大，投入成本高。经现场试验，合理调整膏状浆液配比，最终确定最优配比，首次在永久主体帷幕中使用，经灌后检查能够满足设计要求。

【Abstract】Most rock masses on the right bank of Xieka hydropower station have wide development and penetrating cracks， which is difficult to construct and expensive to invest. Through field test， the paste slurry ratio is adjusted reasonably， and the optimal ratio is finally determined. It is used in the permanent main curtain for the first time， and can meet the design requirements after irrigation inspection.

【关键词】斜卡水电站;贯通性裂隙;帷幕灌浆;膏状浆液

【Keywords】Xieka hydropower station; penetrating cracks; curtain grouting; paste-type slurry

【中图分类号】TV543                                          【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）09-0154-03

1 工程概述

斜卡水电站是九龙河左岸支流踏卡河“一库两级”规划开发方案中的龙头水库电站，采用混合式开发方式，主要开发任务为发电，无通航、灌溉、防洪等综合利用要求。首部枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪洞、左岸防空洞等建筑物组成。水库正常蓄水位3165.0m，校核洪水位为3165.10m。

2 工程地质条件

坝址处于变质砂岩夹少量板岩构成的纵向谷河段，左岸为反向坡，右岸为顺向坡，河谷总体为较宽的冰蚀槽谷。河床覆盖层深厚，一般60～75m，层次结构较复杂，下部为冰川、冰水堆积块（漂）碎（卵）砾石层，厚45～65m，最厚86.32m，上部为堰塞相静水沉积粉土质砂层，厚15～20m。断层不发育，左右岸分别发育5组优势节理。左岸岩体倾倒不明显，强卸荷带水平深度65～75m，右岸岩体总体属卸荷、拉裂、松弛的变形体，垂直深度100～150m。两岸谷坡水力坡降小，地下水位埋藏深，地下水由两岸向河谷排泄。

3施工难点

①斜卡电站右岸山体多发育宽大、贯通型裂隙，采用普通水泥浆液灌注时，由于浆液流动性好，扩散范围远，导致复灌次数多，耗浆量大，浆液可能存在不必要的浪费，施工投入成本高。

②坝址地处高寒地区，位于海拔3100m以上，冬季环境温度低，最低温度达到-15.6℃，昼夜最大温差达27.8℃。在斜卡当地环境条件下，0.5：1的普通水泥浆液初凝时间为24h，终凝时间为30h，浆液凝结时间长，施工工效低。

4 膏状浆液配比及性能

4.1 膏状浆液配比

由于膏状浆液内聚力和塑性粘度大，具有自堆积性能，流动性可在较大范围内调节，且国内外已有多个成功实例，对于宽大、贯通性裂隙的处理可采用膏状浆液灌注。结合其他工程膏状浆液成功的施工经验，该工程主要采用水泥、膨润土、工业碱配制膏浆，不掺加其他外加剂。常规膏状浆液采用水固比，即水∶（水泥+膨润土）进行配制，但是在斜卡当地条件下，常规膏浆流动性较大，对于宽大贯通性裂隙封堵效果不理想。

通过室内试验，最终确定按水∶灰∶土配制膏浆，主要为0.5∶1∶0.1、0.45∶1∶0.1两个比级。

4.2 膏状浆液性能

在前期试验优化配比的基础上，通过室内试验对优选配比进行膏状浆液性能检测，检测成果如表2所示。

5 膏状浆液施工成果

5.1 主要施工措施

①膏状浆液主要用于边排孔钻孔无返水的孔段或者长时间无结束趋势的孔段，采用自上而下分段，孔口阻塞纯压式灌浆，其他孔段仍采用普通水泥孔口封闭孔内循环法施工。帷幕灌浆按2、3、5、5分段，灌浆压力：边排孔灌浆压力为1.5MPa，中间排灌浆压力为2.0MPa。

②浆液比级：采用普通水泥浆液灌注时，浆液比级为3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1，共5个比级;采用膏状浆液灌注时，采用0.5：1：0.1、0.45：1：0.1共2个比级。

③孔位布置：在右岸趾板11单元选择21个灌浆孔作为膏状浆液试验区，孔深一般为55～57m，共3排帷幕灌浆，分为上、下游排辅助帷幕，排间分两序施工;中间排主帷幕，分为三序施工。

5.2 灌浆成果

膏状浆液试验区共完成灌浆米数936.92m，平均单位注灰量为1.36t/m。其中边排孔（辅助帷幕）共完成677.26m，平均单位注灰量为1.74t/m，灌注膨润土36.03t。

5.3 與邻近灌浆区域对比分析

选择膏状浆液试验区邻近灌浆部位进行对比分析，即右岸趾板11单元部分采用普通水泥浆液的灌浆孔，为区域一。施工区域位置分布如图2所示。

由于膏状浆液只适用于上、下游排辅助帷幕，因此，只对辅助帷幕灌浆情况进行分析。

5.3.1 施工工效对比分析

膏状浆液试验区平均施工工效为2.38m/天·台，区域一平均施工工效为2.13m/天·台，试验区的平均施工工效比区域一快。

5.3.2 单位注灰量对比分析

①灌浆成果对比分析

采用膏状浆液灌注时，浆液能有效地封堵宽大裂隙，平均单位注灰量与普通水泥浆液灌注区域相比降低5.4%。

②复灌次数对比分析

采用膏状浆液灌注后，复灌比例明显减少，与邻近区域相比，降低比例达44%以上。

5.3.3 经济对比分析

膏状浆液试验区及邻近灌浆区域的灌浆原材料费用对比分析情况如表5所示。

5.4 灌后检查

试验区共进行压水试验30段，灌后检查孔平均透水率为2.46Lu，且满足设计灌后检查指标要求;灌后检查孔声波平均值大于4000m/s;取芯平均获得率为82%，RQD值为54%，岩芯多为圆柱状，部分为碎块状，水泥结石较密实、饱满。

6 结语

通过试验过程及对所取得的成果进行评价与分析，膏状浆液在封堵溶洞、宽大及细小裂隙效果较明显，能够大幅度增强地层抗渗性能，利用其高抗剪屈服强度和自堆积性能，防止浆液扩散过远，从而节约成本，减少投资。膏状浆液首次在永久主体帷幕中使用，在技术上是可行的，在经济上是合理的，可为其他类似工程，特别是对高寒地区宽大、贯通裂隙的处理提供参考，具有积极的推广应用价值。