丙烯酸盐化学灌浆在微细裂隙渗水处理应用效果及评价.docx

          丙烯酸盐化学灌浆在微细裂隙渗水处理应用效果及评价                    摘 要：两河口水电站具有土石坝高、泄洪流量、地震烈度高、地质条件复杂等特点底层廊道帷幕灌浆施工过程中频繁钻遇承压裂隙水，因砂板岩地层微细裂隙发育，水泥浆液充填效果有限，帷幕灌浆后微渗水现象较多，水库蓄水后该部位将长期承受290m水头压力，防渗质量要求高；为确保水库运行安全，微细裂隙渗水处理是防渗质量控制的关键点，采用渗透性更好的丙烯酸盐化学灌浆材料进行微细裂隙渗水处理方案在两河口水电站施工过程中取得了良好的试验效果，并达到了预期的施工目的，目前水库仍在蓄水过程中，底层灌浆廊道的水头压力已达到210m，灌浆廊道内整体干燥无明显渗水现象，预计在290m高水头压力下仍能呈现良好的防渗效果灌浆效果的优良与否很大程度上依赖于质量控制要点的设立、现场管控及实施，本文主要论述两河口水电站微细裂隙丙烯酸盐化学灌浆施工过程中质量控制点的设立及现场管控，为后续丙烯酸盐施工提出指导意见关键词：丙烯酸盐；微细裂隙；渗水处理；应用效果；评价1、工程概述两河口水电站位于四川省甘孜州境内，坝顶高程为2875m，坝高295m，为砾石土直心墙堆石坝，坝址控制流域面积6.57万km2，水库正常蓄水位2865m，相对库容101.5亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力；电站装机容量3000MW，多年平均年发电量110亿kW·h，为雅砻江中、下游的“龙头”水库。

该工程为Ⅰ等大（1）型工程坝址区为变质砂岩、砂质板岩相间分布岩层自低向高从Ⅲ2类渐变为Ⅴ类两河口水电站具有土石坝高、泄洪流量大、地震烈度高、地质条件复杂等特点坝址地处深山峡谷地区，坝址区断层、层间挤压错动带、节理裂隙等构造结构面发育，基础处理难度大，大坝对基础的防渗性能要求高，防渗系统的优劣直接影响大坝的稳定和安全运行水电站开挖后底层2575m灌浆平洞帷幕灌浆孔钻孔过程中有312段遇明显地层承压水，经测定最大涌水流量为110L/min，涌水温度为16～18℃，涌水压力为0.2～0.3MPa帷幕灌浆灌注的浆液采用普通水泥浆液，由于坝址区发育砂板岩地层，地层内微细裂隙发育，采用普通水泥浆液完成帷幕灌浆后，占总孔数18.8%的孔段有明显的微渗水现象，渗水量1～2L/min、无渗水压力，灌后检查孔采用单点法压水试验（压水压力为2～3MPa）进行检查时，压水透水率满足设计质量检查合格标准（q≤1Lu），但是检查孔钻孔完成后有明显微渗水现象，渗水量一般为1～2L/min，无渗水压力水电站投产运行后，底层2575m灌浆平洞将长期承受300m的水头压力，在高水头压力作用下未被水泥浆液充填的微细裂隙可能会成为水库运行后的渗漏通道，为此根据坝址区地质资料、施工现场各类材料（普通水泥、干磨细水泥、多种环氧树脂、丙烯酸盐等）灌浆试验、并结合国内各水电站裂隙处理经验，针对渗涌水发育、水泥灌浆后仍存在微渗水的洞段，采用丙烯酸盐化学灌浆材料进行加强处理。

两河口水电站大坝灌浆工程底层2575m灌浆廊道设计洞长430m（0+095.0～0+525.0m），丙烯酸盐化学灌浆布置在地层渗涌水及灌后微渗水发育较多的左右岸端头区域，布置洞长为223.4m，其中左岸端头区域150m洞长（0+095.0～0+245.0m）、右岸端头区域73.4m（0+425.6～0+499.0m），设计基岩孔深为80m，孔向铅垂2、材料性能及要求两河口水电站大坝灌浆工程砂板岩地层微细裂隙处理所使用的丙烯酸盐灌浆材料为双组份材料，使用时一般按照A组份:B组份=1:1（质量比）的比例混合A组份含主剂、拮抗剂、促进剂等组份；B组份中包括引发剂、调节剂等组份，两种组份按1:1混合后形成浆液通过加入缓凝剂调节灌浆材料的胶凝时间，缓凝剂加入量应根据现场气温等条件进行现场试验，以确定一定胶凝时间下的缓凝剂加入量3、工艺参数及方法（1）灌浆方法各灌浆孔均采用“自上而下、分段阻塞、纯压式”灌浆法，射浆管距段底的距离不大于0.3m，采用“顶浆排水法”排除积水，减少水对浆液的稀释；孔口管段灌浆完成后镶铸φ73mm、L=5.6m的无缝钢管作为孔口管2）段长及灌浆压力化学灌浆孔入岩孔深50m/80m，第一段段长为2m，第二段段长为3m，孔深5～30m段长为5m，孔深30m～孔底段不大于10m为一段，钻孔遇岩层破碎、掉卡钻等特殊情况时可缩短灌浆段长。

各段次化学灌浆压力见表3-1表3-1 丙烯酸盐化学灌浆压力参数表基岩段长（m）0～22～55～1010～1515～20＞20灌浆压力（MPa）0.8～1.01.5～2.02.0～2.52.5～3.03.0～3.53.5～4.0（3）灌浆材料胶凝时间选择一般灌浆孔段灌前压水时的压水流量Q值来控制浆液的胶凝时间① 灌前压水流量Q≤5L/min时，胶凝时间采用35～45min；② 灌前压水流量5L/min≤Q≤10L/min时，胶凝时间采用25～35min；③ 灌前压水流量Q＞10L/min时，胶凝时间采用15～25min考虑本工程丙烯酸盐化学灌浆的特殊性（对水泥灌浆压水检查合格部位微渗水裂隙进行封堵），现场采用凝胶时间为50min、30min左右的浆液（根据施工现场浆液试验确定缓凝剂比例）50min左右胶凝时间浆液用于无异常情况细微裂隙灌浆孔段，保证其灌浆扩散性，30min左右胶凝时间浆液则用于串、冒、漏及劈裂大吸浆等异常孔段，保证浆液扩散性前提下能快速封堵较大裂隙，保证灌浆效果4）灌浆封孔由于丙烯酸盐灌浆材料防渗性能良好，但是其抗挤压强度及抗压强度较低，因此丙烯酸盐化学灌浆完成后采用钻孔扫孔的方式将孔内浆液扫除，然后采用0.5:1的纯水泥浆液带压封孔，封孔时间不少于60min，如此可有效提高裂隙内已灌注丙烯酸盐化学灌浆材料的抗挤出能力。

4、灌浆成果统计分析4.1 完成情况统计两河口水电站底层灌浆廊道丙烯酸盐化学灌浆累计完成基岩灌浆6488.69m，灌注丙烯酸盐8515.17kg，平均单耗1.31kg/m具体完成情况统计见表4.1-1表4.1-1 两河口水电站底层灌浆廊道丙烯酸盐化学灌浆完成情况统计表部位孔序孔数(个)钻孔长度(m)基岩灌浆(m)灌注丙烯酸盐(kg)单耗(kg/m)左岸端头Ⅰ序312359.052341.204834.452.06Ⅱ序282164.242147.491202.620.56合计594523.294488.696037.071.34右岸端头Ⅰ序131047.301040.001791.851.72Ⅱ序12966.43960.00686.250.71合计252013.732000.002478.101.24合计Ⅰ序443406.353381.206626.301.96Ⅱ序403130.673107.491888.870.61合计846537.026488.698515.171.314.2 成果统计分析两河口水电站底层灌浆廊道丙烯酸盐化学灌浆累计完成基岩灌浆983段，其中左岸端头区域平均单耗为1.34kg/m，右岸端头区域平均单耗为1.24kg/m。

灌浆单耗频率分布统计见表4.2-1、图4.2-1表4.2-1 两河口水电站底层灌浆廊道丙烯酸盐化学灌浆单耗分布频率统计表部位孔序单位注灰量频率（区间段数/频率%）单耗(kg/m)总段数＜11～55～1010～50＞50左岸灌浆平洞Ⅰ序35786/24.1264/73.96/1.71/0.30/0.02.06Ⅱ序326308/94.515/4.62/0.61/0.30/0.00.56合计683394/57.7279/40.88/1.22/0.30/0.01.34右岸灌浆平洞Ⅰ序15653/34.0102/65.41/0.60/0.00/0.01.72Ⅱ序144124/86.119/13.20/0.01/0.70/0.00.71合计300177/59.0121/40.31/0.31/0.30/0.01.24合计Ⅰ序513139/27.1366/71.37/1.41/0.20/0.01.96Ⅱ序470432/91.934/7.22/0.42/0.40/0.00.61合计983571/58.1400/40.79/0.93/0.30/0.01.31通过表4.2-1可以看出：（1）丙烯酸盐化学灌浆Ⅰ序孔平均单耗为1.96kg/m，Ⅱ序孔平均单耗为0.61kg/m，Ⅱ序孔平均单耗较Ⅰ序孔递减69.0%，符合灌浆一般规律；（2）丙烯酸盐化学灌浆总体平均单耗为1.31kg/m，整体单耗较低，主要原因为丙烯酸盐化学灌浆在该部位主帷幕水泥灌浆施工完成后进行，通过分析水泥灌浆后检查孔全景图像看出，水泥灌浆后大部分地层内大部分裂隙均得到有效充填，微渗水出现的主要裂隙均绝大部分为微细裂隙，未被水泥浆液充填的微细裂隙数量一般为0.3～0.5条/m，数据分析单条微细裂隙丙烯酸盐充填量为2.62～4.37kg，且由于丙烯酸盐化学灌浆孔布置在原设计两排主帷幕灌浆范围内（主帷幕灌浆排距为1.5m），因此丙烯酸盐扩散范围已覆盖主帷幕水泥灌浆整个区域，提高了防渗帷幕的整体防渗性能。

5、检查结果统计分析根据两河口水电站大坝灌浆工程帷幕灌浆设计技术要求，防渗帷幕灌浆质量检查以单点法压水试验为主，结合钻孔声波、钻孔全景图像等综合评价检查孔数量为单元内灌浆孔总数的10%，一个单元工程内至少布置一个检查孔检查孔在灌浆结束14d后进行单点法压水试验5.1 灌后压水检查（1）压水检查合格标准：透水率不大于1Lu，第1段和第2段的合格率为100%，以下各段的合格率不低于90%，不合格试段的透水率值不超过设计规定值的150%（1.5Lu），且不集中为合格2）检查结果统计丙烯酸盐化学灌浆完成后累计完成单点法压水试验209段，有1段压水透水率大于1Lu，但孔段位置深孔段（基岩孔深45～50m段），孔段占比满足设计质量检查合格标准，具体检查结果统计见表5.1-1表5.1-1 丙烯酸盐化学灌浆后单点法压水检查结果统计表部位检查孔数(孔)压水段数(段)检查孔压水透水率（Lu）分布（段/频率%）最大透水率(Lu)00～11～1.5＞1.5左岸灌浆平洞10155153/98.71/0.61/0.60/0.01.19右岸灌浆平洞165452/96.32/3.70/0.00/0.00.83合计26209205/98.13/1.41/0.50/0.01.195.2 全景图像检查丙烯酸盐化学灌浆施工完成后累计完成灌后全景图像检测7个孔，大多数裂隙内可见明显的前期水泥浆液结石及本期并酸盐化学灌浆材料充填，少数陡倾裂隙或微细裂隙内水泥浆充填不饱满，整体充填率在96%以上，说明整体灌浆效果良好。

5.3 钻孔取芯检查采用钻孔取芯的方式对丙烯酸盐化学灌浆完成单元进行质量检查，检查。