沙河抽水蓄能電站上庫北埡口滲漏原因分析及處理

徐守剛，羅延輝

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概況

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）安裝兩臺50 MW的單級可逆式水泵水輪機-發(fā)電電動機組，總裝機容量100 MW。電站樞紐包括上水庫、輸水系統(tǒng)、尾水渠、廠房和變電站等。上水庫由主壩、東副壩、庫盆和環(huán)庫公路組成，總庫容267.78萬m3，其中正常運行發(fā)電庫容為205.55萬m3。上庫正常蓄水位136.00 m，消落深度16 m。工程于1998年9月正式開工，2001年7月工程竣工，設計年發(fā)電量1.82億kW·h。

北岸埡口位于上庫庫盆北岸，上庫施工時，為防止?jié)B水，開挖破碎巖石后做混凝土截水墻，并對基巖面以下進行帷幕灌漿防滲。截水墻位于埡口地形最低點，墻后基巖面高程134.5 m，墻底最低高程129.0 m，墻頂高程136.5 m，上部澆筑0.5 m厚混凝土板。墻體全長110 m，分為9個墻段，最大墻高7.5 m，最大墻厚0.8 m。各墻段間伸縮縫設止水銅片一道，縫內設置瀝青泡木板。

在環(huán)庫公路北庫岸埡口截水墻后設置繞壩滲壓孔3只（UP1、UP2、UP3），孔內埋設滲壓計，用于監(jiān)測地下水位變化。在水庫運行初期，即發(fā)現(xiàn)離截水墻最近的UP1的孔內水位與庫水位關系密切，隨庫水位變化而變化，UP1孔內水位最高約132.4 m，最低約127.1 m，變幅約6 m。在低水位庫盆護坡可見反滲現(xiàn)象，見圖1～圖3。因下游斷面較大，滲流很難匯集，具體的滲透量不明。

圖1 沙河抽水蓄能電站總體布置平面圖

圖2 上庫平面布

圖3 北岸埡口反滲情況

2 滲漏原因及防滲必要性

2012年進行委托原設計院進行地質勘察，北埡口混凝土截水墻以下巖性主要由大王山組中段（J3d2）熔結凝灰?guī)r和燕山晚期侵入巖安山玢巖為主，局部有沉凝灰?guī)r捕虜體分布。共發(fā)現(xiàn)6條貫穿防滲線的斷層，走向基本以NWW向和NNE向兩組為主，埡口中心地帶巖體由于斷裂及裂隙較發(fā)育，形成槽狀強風化帶。

北庫岸埡口混凝土截水墻透水率q介于0.55～1.07 Lu之間，屬于微透水～弱透水；基巖帷幕內微透水層（q＜1 Lu）頂板高程分別為116.22 m、111.68 m及116.05 m，兩側高中間低，低于水庫正常蓄水位，幕體最大透水率為4.78 Lu。

綜合分析認為北埡口截水墻后埋設的UP1水位與上庫水位密切相關，主要與部分截滲墻體、截滲墻與基巖接觸帶及防滲帷幕存在弱透水性有關。滲漏通道有3種可能：①截水墻與基巖間接觸帶存在滲漏；②截水墻各段之間止水局部破壞；③截水墻基巖帷幕灌漿有破壞，通過墻下基巖滲水。

上水庫滲漏總量經(jīng)估算約為4.71 L/s，折合407 m3/d，日滲漏量占總庫容的0.155‰，滿足DL/T 5028-2005《抽水蓄能電站設計導則》8.2.3條文說明的要求，即“防滲做的好的工程，基本可控制在日滲量不大于0.2‰～0.5‰的總庫容范圍以內”。但為改善埡口的防滲條件，避免滲漏通道擴展，減少滲漏量，使墻后山體滲流浸潤線有所降低和排除滲透破壞隱患，需對該段進行全帷幕灌漿處理。

3 設計方案

本次帷幕灌漿處理目的是為降低北岸埡口山體滲流浸潤線及減少滲漏量，從而改善北岸埡口的防滲條件，避免滲漏通道擴展，排除滲透破壞隱患。由于無法確定具體準確的滲漏部位，故只能針對可能出現(xiàn)的情況，結合工程實際，提出如下防滲處理方案：

（1）帷幕灌漿加密

截水墻中心線處帷幕灌漿加密，新加灌漿孔孔距2.0 m，要求深入相對不透水層（q≤1 Lu）以下5 m，兩端與庫岸防滲帷幕相連。

（2）伸縮縫封堵

為避免止水損壞引起沿伸縮縫滲漏，對伸縮縫進行騎縫鉆孔Φ100 mm并灌注微膨脹水泥砂漿封堵。

（3）堆石體注漿

對截水墻后高程134.50 m以下的堆石體內采用鉆孔灌注水泥漿。

4 帷幕灌漿施工

本次上庫北岸埡口防滲處理從2013年9月至2014年1月，歷時5個月。整個工程共進行了帷幕灌漿、截水墻后填料區(qū)水泥注漿、伸縮縫騎縫灌漿及新增滲壓觀測孔施工。帷幕灌漿共施工65個孔，總注灰量為221.954 t，單位平均注灰量為199.9 kg/m；截水墻后填料區(qū)共施工27個孔，因大部分孔吸漿量大，出現(xiàn)無壓力、無回漿現(xiàn)象，后進行限量控制，水泥注漿量為118.832 t。為防止伸縮縫部位漏水，進行了騎縫灌漿，采用M25微膨脹水泥漿分層進行回填，采用0.5∶1的水泥漿自孔口自流灌注，至灌漿量不大于1 L/min時結束。

灌漿后布設了6個檢查孔，共28段，其中25段透水率在7 Lu以內。平均透水率為2.69 Lu，最大透水率9.35 Lu（只有一段），最小透水率0.29 Lu。根據(jù)檢查孔壓水試驗檢查結果表明，灌后透水率較灌前明顯變小，符合設計要求。

4.1 施工工藝流程

帷幕灌漿工藝流程如下：測量→鉆孔施工→鉆孔沖洗、壓水→灌漿→封孔等步驟。

（1）鉆孔施工：采用小口徑地質回轉鉆機，金剛石鉆頭，第1段灌漿結束后進行孔口管埋設，埋入基巖深度2 m，孔口管采用無縫鋼管。

（2）鉆孔沖洗、壓水：采用高壓水沖洗，沖洗時間不少于30 min，回清水10 min。灌漿前均進行簡易壓水試驗，壓水壓力1.0 MPa。

（3）灌漿：采用自上而下分段灌漿法時，在規(guī)定壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1 L/min，繼續(xù)灌注90 min，即可結束。

（4）封孔：全孔灌漿結束后，用0.5∶1的水泥漿置換孔內漿液并取出所有灌漿管后，用0.5∶1的水泥漿壓30 min，壓力為最大灌漿壓力。

4.2 灌漿方法

（1）帷幕灌漿按照分序加密的原則進行，單排孔帷幕應分為三序孔灌漿，灌漿方式采用孔內循環(huán)。

（2）帷幕灌漿的混凝土與基巖接觸段必須先行單獨灌注并待凝24 h后，再進行下一段的鉆灌作業(yè)。接觸段在巖石中的長度不得大于2 m。

（3）帷幕灌漿先導孔采用自上而下分段鉆孔、分段單點發(fā)壓水、分段灌漿的方式進行。

（4）帷幕灌漿段長采用5～6 m，特殊情況下可適當縮減或加長，但不得大于10m。灌漿孔的基巖段長小于6 m時，可采用全孔一次灌漿法；大于6 m時，選用自上而下分段灌漿法。

（5）對庫岸0+253.00～0+293.00段無混凝土壓重進行灌漿時，孔口管安設灌漿塞的底部高程為136.00 m。

（6）采用自上而下分段灌漿法時，灌漿塞應塞在已灌段段底以上0.5 m處，以防漏灌；孔口無涌水的孔段，灌漿結束后可不待凝。但在斷層、破碎帶等復雜地區(qū)則應待凝，待凝時間應根據(jù)地質條件和設計要求確定。

（7）各灌漿段灌漿時，射漿管管口距孔底不大于50 cm，射漿管的外徑與鉆孔孔徑之差不大于20 mm。采用鉆桿作射漿管時，使用平接頭連接。

（8）灌漿過程中，注意觀察，當發(fā)生地表冒漿，壓力突然升、降，吸漿量突然增、減等異?，F(xiàn)象時，立即查明原因，采取相應措施妥善處理，并做好詳細記錄，報監(jiān)理人研究處理。

（9）灌漿結束待加深或鉆孔結束待灌漿時，灌漿孔孔口妥加保護，嚴防污水、污物流入孔內。

4.3 灌漿壓力

（1）灌漿壓力灌漿試驗確定的壓力進行控制。

（2）灌漿壓力盡快達到設計壓力，接觸段和注入率大的孔段分段升壓。

4.4 灌漿漿液及變漿標準

（1）本工程帷幕灌漿灌漿漿液比采用3∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四級控制，帷幕灌漿的開灌漿液比為3∶1，灌漿漿液由稀到濃逐級變換。當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

（2）當某一級水灰比漿液的單孔注入量達300 L以上，或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力或注入率均無改變時，改為采用濃一級水灰比的漿液灌注。

（3）當注入率大于30 L/min時，可越級變濃。

（4）灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時，查明原因，并及時通報監(jiān)理人，采取相應的處理措施。

4.5 結束標準和封孔

（1）采用孔口封閉法分段灌漿時，灌漿段在最大設計壓力下，當注入率不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注30 min，單段灌漿注灰量超過1 t/段即結束灌漿。

（2）每個帷幕灌漿孔全孔灌漿結束后，請監(jiān)理人及時進行驗收，驗收合格的灌漿孔進行封孔。

（3）帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時，灌漿孔封孔應采用 “全孔灌漿封孔法”。

（4）帷幕灌漿封孔時，對截水墻范圍孔段及路面范圍20 cm孔段采用M25微膨脹水泥砂漿封堵。

4.6 方案調整

先進行灌漿試驗，帷幕灌漿試驗分3個區(qū)，各5個孔，孔深30 m。回填區(qū)注漿試驗共完成8個孔的注漿試驗。通過以上3個試驗區(qū)的帷幕灌漿成果來看，壓水試驗成果反映的巖石透水性比方案設計階段地質勘察成果要強，同時從耗灰量來看，遠大于原帷幕灌漿設計要求的耗灰量。如繼續(xù)按原方案施工，工程費用將大大超過預算，為了在達到防滲處理效果的同時，能合理控制工程費用，建設單位在灌漿試驗后召開了兩次設計聯(lián)絡會并咨詢有關專家對原設計方案進行了詳細討論分析并做適當調整，調整后的方案重點加強可能滲漏部位的灌漿，減少了非重點部位灌漿，同時控制灌漿量，具體內容如下：

（1）墻后注漿

墻后先進行一定量的注漿有利于接觸段灌漿條件的改善，減少漏漿、冒漿的發(fā)生，同時可以適當延長截水墻底面接觸滲徑長度，適當控制注漿范圍，對兩側地質條件較好的地段取消注漿，并適當降低中間圓弧注漿孔段的注漿頂高程。具體注漿范圍為24號～42號孔，共19個注漿孔，注漿頂高程由134.5 m降為133.0 m。

（2）北岸埡口帷幕灌漿

重點加強可能滲漏地段灌漿，剩下的19個孔（22號～31號、42號～50號）按原設計深度施工；對37號～40號孔范圍加密，即除檢查孔WJ-2灌漿外，增設3個加密孔，對其余26個孔，即1號～16號孔、51號～60號孔灌注接觸段，深入基巖2 m；對試驗三區(qū)36號孔兩側各增加1孔接觸段灌漿，深入基巖2 m；接觸段灌漿壓力0.3 MPa，必要時（當透水率q≥30 Lu）可采取低壓、濃漿、限量方式灌漿。

5 效果分析

北岸埡口滲水抬高了地下水位，且北岸埡口巖體單薄，存在滲透破壞的可能，對上庫安全始終是個隱患。北岸埡口防滲處理后，一是可以降低北岸埡口處地下水位，防止巖體軟化塌陷，保持北岸埡口處地質安全，保證上庫岸坡的長期安全穩(wěn)定；二是可以減少上庫滲水量，增加發(fā)電量。

北岸埡口防滲處理前UP1的水位與上庫水位變化一致，與庫水位相關系數(shù)達0.7，且孔內水位隨庫水位往復變化，水位變幅約6 m，見圖4。

圖4 灌漿前北庫岸埡口UP1孔內水位與上庫水位過程線

北岸埡口防滲處理后UP1與上庫水位相關系數(shù)不足0.3，基本沒有相關性，水位變幅也有所減少，與上庫水位無明顯相關性。庫內護坡反滲現(xiàn)象也消失，說明防滲通道得到封堵，取得了預期的效果。