某水电站大坝排水系统灌浆处理施工

田 彪1，张 凌2，陆志华2，张继霞2

(1.中国水利水电第八工程局有限公司基础公司，湖南长沙，410015;2.杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030)

作者简介: 田彪(1987—)，湖南宁乡人，助理工程师，主要从事基础处理。

【摘 要】 本文介绍了国外某水电站大坝排水槽化学灌浆处理工艺及浆液材料应用对比，通过化学灌浆、水泥灌浆实际应用，有效解决了大坝排水槽、排水孔渗流过大问题。

【关键词】 排水槽; 排水孔; LW/HW水溶性聚氨酯灌浆材料; 施工工艺

1 工程概况

该水电站总体布置由碾压混凝土重力坝、坝身无闸控表孔泄洪、左岸布置两条导流洞、坝后生态电站以及下游12km处右岸地面式厂房、右岸引水系统等建筑物组成。碾压混凝土大坝坝顶长度473 m，最大坝高141 m。水库正常蓄水位540 m，死水位515 m，总库容120.43亿m3，调节库容54.75亿m3。

经对大坝500m高程以下排水槽和排水孔进行压水检查，发现部分排水槽和排水孔压水流量超过设计要求，蓄水后可能会存在大坝横缝渗漏水的风险，因此，决定对该部分排水槽和排水孔进行灌浆处理。

2 处理思路

2．1 排水槽检查处理

大坝内排水槽分布在坝段与坝段之间，高程500m以下的排水槽分两部分，即基础廊道至455廊道部分和455廊道至500廊道部分。坝体排水孔按孔距2m布置，分布在455廊道与基础廊道间以及500廊道与455廊道间。

前期对大坝500m高程以下的排水槽进行了压水检查，联系实际对比同类工程类似情况并综合工程建设各方意见，决定选用化学材料对排水槽进行灌浆处理。此后，先后进行了化学灌浆材料调查和选取、化学灌浆浆液配比试验、现场化学灌浆试验等。并根据现场施工和试验的各项数据进行分析讨论，以确保大坝横缝排水槽灌浆顺利完成施工。

2．2 排水孔检查处理

根据前期对大坝高程500m以下的排水孔进行的压水检查成果，决定满足以下条件的部位，均需要进行水泥灌浆处理。

(1)压水检查透水率大于1Lu的排水孔;

(2)排水孔压水检查透水率小于1Lu，但流量大于10L/min的排水孔;

(3)对没有进行排水孔灌浆的部位，排水孔压水流量为5～10L/min，要求在灌浆检查时对其进行分段钻孔压水检查，根据检查结果确定是否灌浆处理;

(4)压水检查出现排水孔与排水孔相串、排水孔与排水槽相串、排水孔与上游面相串等情况;

(5)大坝横缝两侧的排水孔和压水检查与排水槽相串的排水孔。

3 灌浆材料选择

根据本工程特点，结合类似工程经验，决定对排水检查槽的处理采用水溶性聚氨酯类化学灌浆材料，该材料具有遇水止水、膨胀止水作用，经筛选后选择由杭州国电大坝安全工程有限公司生产的LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料、HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料作为施工处理材料。排水检查孔以回填灌浆为主，采用湿磨纯硅酸盐水泥灌浆灌注处理。

3．1 LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料

LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种快速高效的渗水堵漏材料，对于各类工程中出现的大量涌水、漏水及活动缝防渗处理有独特的止水效果，已在国内大量的工程中得到成功应用。

LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能指标如表1所示。

表1 LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料性能指标

3．2 HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能

HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种快速高效的防渗堵漏补强加固材料，对各类裂缝的渗漏处理及基础的补强加固具有明显的效果，可与LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料以任何比例混合使用，以配置不同强度和不同膨胀倍数的材料。已在国内大量的工程中得到成功应用。

HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能指标如表2所示。

表2 HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料性能指标

3．3 水泥浆液

排水孔采用水灰比为2∶1、1∶1、0.6∶1等三个比级的湿磨纯水泥浆液，开灌比级为2∶1。通过试验进行优选水灰比后进行回填灌浆处理。

4 灌浆施工试验

4．1 浆液配比试验

4.1.1 排水槽化学灌浆材料配比试验

(1)LW水溶性聚氨酯与水反应凝胶时间试验

根据LW、HW两种水溶性聚氨酯化学灌浆材料的性能和目前大坝坝体排水槽的实际情况，选择LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料进行灌注，大坝蓄水高程以下宜选用HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料与LW水溶性聚氨酯灌浆材料按比例复合后进行灌注。灌注前，为充分了解LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料与水反应特性，我们针对性做了以下配比试验，具体如表3所示。

表3 LW水溶性聚氨酯浆液配比试验

从上表中的可操作时间分析，LW 水=100 2的配合比至90min开始硬化，120min开始具有一定的强度，建议在比较干燥的横缝采用LW 水=100 3，在湿润的情况下采用LW水=100 2，而在动水的情况下采用纯LW进行回填。

(2)LW水溶性聚氨酯固结体24h膨胀率试验

LW 水=100 2、LW 水=100 3、LW 水=100 4三种配比遇水后24h膨胀率试验数据如表4所示，从表中可以看出，固结体遇水后均会发生膨胀，膨胀率均小于50%，满足设计要求。

表4 LW水溶性聚氨酯浆液配比试验

4.1.2 排水孔灌浆材料配比试验

试验阶段，采用水灰比为2∶1、1∶1、0.6∶1三个比级的湿磨纯水泥浆液，开灌比级为2∶1。通过试验决定在排水孔正式灌浆时，采用1∶1、0.6∶1两级水灰比，开灌比级为1∶1。

4．2 现场灌浆试验流程

4.2.1 排水槽现场化学灌浆试验

试验部位为基础廊道▽430m至▽455廊道12－13#排水槽，排水槽理论容积为1000L。该排水槽上下通水均通畅，保持孔口压力为0.1MPa时，通水流量为68～69L/min，同时基础廊道内有渗水。

施工工艺: 排水槽通水检查→用高压风将排水槽吹干→灌浆→闭浆→质量检查。

前期对该部位排水槽进行了通水检查。采用从基础廊道往455廊道通水，通水时排水槽下端口(基础廊道)压力为0.32MPa，7min后，排水槽上端口(455廊道)出现返水，将上端口封堵后保持0.32MPa的压力继续通水，此时进水流量为70L/min。灌浆前用风将排水槽吹干。灌浆浆液配比为: LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料 水=100 2(质量比)。灌浆从排水槽下端口灌入(基础廊道)，30 min后，浆液从排水槽上端口返出，此时灌浆压力为0.32MPa，返浆后上端口立即进行封堵，随后提高灌浆压力至0.45MPa，继续进行灌浆直至排水槽不再吸浆，灌浆结束。本次试验纯灌注时间40min，共注入浆液1275L，大于排水槽的理论体积，而且灌浆时排水槽的上端口顺利返浆，说明排水槽被浆液充填饱满。灌浆试验完成48h后，对排水槽充填的灌浆材料进行了现场取样，灌浆材料密实。对灌浆材料进行了膨胀率检验，在水中浸泡24h后，浆液材料试验块体积由15m L膨胀为21.5m L，其膨胀率达43.3%。

通过生产性实验研究，此化学灌浆方案可行。后期具体施工均按此方案进行。

4.2.2 排水孔现场水泥灌浆试验

(1)灌浆方式: 灌浆采取在基础廊道从排水孔的底部向上灌浆，采用孔口、孔底封闭，孔内循环的方式进行。排水孔孔底安装封闭器，灌浆浆液通过连接封闭器的进浆管注入孔内，排水孔的孔口采用机械塞阻塞，孔口回浆管上安装压力表，进行灌浆压力控制，回浆管通过不进行灌浆的排水孔连接到储浆桶。

(2)灌浆压力: 灌浆压力按孔口压力控制，压力要求达到0.2MPa。

(3)结束标准: 当灌浆注入量小于0.4L/min时，持续灌注20min后结束。

(4)开灌比级为1∶1、2∶1，通过试验结果验证后，决定在排水孔正式灌浆时，采用1∶1、0.6∶1两级水灰比，开灌比级为1∶1。

通过生产性实验研究，此水泥灌浆方案可行。后期具体施工均按此方案进行。

5 处理效果分析

5．1 排水槽灌浆结果分析

(1)排水槽灌浆结果分析

根据灌浆资料和现场实际情况分析表明，排水槽灌浆施工工艺和参数等根据现场试验情况进行确定和不断优化后，基本符合工程实际情况。灌浆压力严格按施工方案执行，灌浆施工过程控制到位。上、下排水槽相串且理论容积较大时，安排了2台灌浆泵同时进行灌注，保证了灌浆注入量。

部分排水槽采用了先湿磨水泥灌注再用LW材料封孔的处理方法，根据灌浆数据分析该段处理效果理想。

部分排水槽的灌浆体积没有达到理论容积，但与理论容积接近且有返浆现象，说明排水槽灌浆效果较好，但排水槽内有异物或尺寸与设计不一致。

有14段排水槽灌浆量与其理论容积相差较大。初步分析原因为: 排水槽在某高程堵塞不畅通造成; 排水槽有异物、变形等原因造成其实际体积比理论体积小; 排水槽一端堵塞，堵塞的一端至排水槽某高程通畅但无对外通道，灌浆时槽内的空气无法排出以至于浆液注入不到该部位。

(2)排水槽灌浆特殊情况处理

根据压水资料排水槽上、下层串通时，化学灌浆管路采用三通连接对排水槽的上、下层同时进行灌注，灌浆压力应根据上、下层排水槽的总贯通高度进行计算。

当灌浆量总量超过理论容积1.5倍以上，且流量较大短时间无法结束时，可根据实际情况调整浆液配比，以保证化学灌浆能顺利结束。

5．2 排水孔灌浆结果分析

(1)排水孔灌浆结果分析

根据灌浆资料和现场实际情况分析表明，排水孔灌浆施工工艺和参数等根据现场试验情况进行确定和不断优化后，基本符合工程实际情况。灌浆压力严格按施工方案执行，灌浆施工过程控制到位。灌浆开始阶段均采用水灰比为1 1的稀浆进行灌注，这有利于浆液扩散范围更广和充填更小更多的混凝土缺陷。部分孔在稀浆灌注一段时间后便发现浆液的注入率明显减少，最后注入率减小至0.4L/min而结束灌浆。这表明此类孔周围混凝土缺陷较少，用稀浆灌注就能达到预期的灌浆效果。部分孔在稀浆灌注一段时间后发现浆液的注入率没有得到明显改变，随后改变水灰比为0.6 1继续进行灌注，当注入率达到结束标准后结束灌浆。这表明此类孔周围混凝土存在一定的缺陷部位，但通过改变水灰比及严格按照要求灌浆处理后也能更好地弥补混凝土缺陷，达到了预期的灌浆效果。所有排水孔在灌浆过程严格控制好水灰比、灌浆压力等技术参数，严格按照技术要求进行施工，保证了坝体排水孔的灌浆质量。

(2)排水孔灌浆特殊情况处理

灌浆过程中发现浆液从廊道外漏时应暂停灌浆，并及时对漏点进行封堵，封堵后再恢复灌浆; 灌浆流量过大而且长时间不能升压或达到结束条件，应采用限压、限流和间歇灌浆等方法处理; 根据压水资料，相串的排水孔从一侧向另一侧逐孔灌注。灌浆时遇到压力与流量异常时，加强大坝上游面的观测。

6 结语

排水槽采用化学灌浆处理，有效地处理了排水槽压水流量过大的质量缺陷，排水孔灌浆后基础廊道内渗水点明显减少，部分渗水点的渗水量也明显减小，效果明显。排水槽灌浆使用的材料、施工工艺、施工参数等若干技术经验成果可为今后类似工程处理提供借鉴，值得推广应用。

对排水槽和排水孔分别采用化学灌浆材料和水泥灌浆材料进行灌注，可节省工程投资，同时可确保处理效果。