使用水泥浆液+化学浆液处理坝体混凝土渗漏水效果分析

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  【摘 要】官地水电站蓄水后,受多种因素影响,大坝坝后表面和廊道内出现不同程度的渗漏水,为了确保工程运行安全,使用水泥浆液+化学浆液对坝体混凝土进行了渗漏水处理,堵塞渗漏水通道,提高坝体防渗能力。文章从灌浆过程、浆液注入量、单位注入量变化、透水率变化、检查孔岩芯及廊道、坝后混凝土表面渗漏水情况等六个方面分析了渗漏水处理效果,表明坝体混凝土渗漏水处理实现了预期目标。
  【关键词】处理;坝体;混凝土;渗漏水;效果分析
  1、工程概述
  官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝,坝顶高程1334.00m,最低建基面高程1166m,最大坝高168.0m,最大坝底宽153.2m,坝顶轴线长516m;整个坝体共24个坝段,从左至右由左岸挡水坝1#~9#坝段、左中孔10#坝段、溢流坝11#~14#坝段、右中孔15#坝段和右岸挡水坝16#~24#坝段组成;溢流坝段布置5孔溢流表孔,每孔净宽15m,溢流堰顶高程1311m,中孔底部高程为1240.00m。碾压混凝土浇筑总量约310万m?,常态混凝土约40万m?。
  2012年2月9月大坝开始蓄水,2012年3月底首台机组发电,大坝坝前蓄水水位高程1330.0m后,受多种因素影响,大坝坝后表面和廊道内出现不同程度的渗漏水,为有效的对渗漏水进行堵排,确保工程运行安全,对坝体防渗部位进行渗漏水处理。坝体主要部位渗漏水量情况见表1-1。
  坝体主要部位渗漏水量情况汇总表
  表1-1
  2、渗漏水处理方案
  2.1处理范围
  根据坝体渗漏水点分布情况和渗漏水量大小,确定的渗漏水处理范围如下:
  (1)坝顶EL1334高程2#~10#坝段横缝;
  (2)EL1995廊道(EL1995~EL1254)4#~10#坝段、10#坝段横缝;
  (3)EL1254廊道(EL1254~1205)7#~10#坝段、7#~10#坝段横缝;
  (4)主帷幕廊道6#坝段;
  (5)坝体廊道、坝体下游坝面混凝土表面渗漏水部位。
  2.2处理方案
  (1)在大坝上游防渗部位进行系统的水泥浆液灌浆+化学浆液灌浆处理,阻断渗漏水通道,形成完整的大坝坝体防渗系统。
  (2)坝体渗漏水处理:在坝体廊道内和坝顶进行钻孔灌浆。在坝体渗漏水坝段廊道位置施工一排灌浆孔,分序加密,孔间距2.00m(局部可加密1.00m),分两序孔施工。水泥灌浆孔和化学灌浆孔在同一轴线上。
  横缝渗漏水处理:每条横缝布置2~4个灌浆孔,沿缝面布置,采用水泥浆液+化学浆液灌浆。
  灌浆方式:先采用水泥浆液灌注,再采用化学浆液灌注。以灌浆前压水成果确定灌浆材料,当孔段压水试验透水率大于1Lu时,先进行水泥灌浆,当孔段简易压水试验透水率小于1Lu时,不进行灌浆,直接进行下一段钻孔,直至全孔最后一段水泥灌浆结束或钻孔结束后,再进行化学浆液,封孔采用水泥浆液。
  (3)坝体廊道、坝体下游坝面混凝土浅层渗漏水处理:采用在混凝土表面渗水位置钻孔、埋管灌浆,灌浆材料根据漏水量大小确定,有射水或线状流水的孔灌注水泥浆液,有渗水或滴状水流的孔灌注化学浆液。
  2.3处理后达到的目标
  大坝各廊道、坝体下游坝面混凝土等外露表面渗漏水外观标准:经处理后应基本保持干燥。具体外观要求为混凝土外露表面不出现射水水流、贴面水流、滴水水流等状态,坝体排水孔出口允许出现滴状、线状水流。
  渗漏量标准:大坝各廊道内混凝土表面和坝体下游坝面无渗漏水点,渗漏总量0m?/d,坝体排水孔渗漏水量满足大坝安全运行要求。
  3、渗漏水处理施工
  3.1灌漿材料
  (1)水泥材料
  水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥,要求通过80um方孔筛筛余量不得大于5%。
  (2)化学材料
  化灌材料采用PSI-530(深圳帕斯卡)环氧浆材。混凝土表面渗水处理可采用PSI-530化学灌浆材料、金砂浆化学灌浆材料和LW化学灌浆材料。
  3.2坝体渗漏水处理施工
  (1)灌浆材料选择
  每个部位的灌浆孔段钻到设计孔深后,先进行压水试验,然后根据压水试验结果确定灌浆材料。
  当孔段透水率大于1Lu时,先进行水泥灌浆,结束后钻下一段,直至最后一段灌浆结束后,全孔进行冲洗压水,然后全孔一次性灌注化学浆液。当孔段简易压水试验透水率小于1Lu时,不进行水泥灌浆,直接进行下一段钻孔,直至全孔最后一段水泥灌浆结束或钻孔结束后,进行冲洗压水,然后全孔一次性灌注化学浆。
  (2)渗漏处理施工
  本次坝体混凝土渗漏水处理:包括EL1334坝顶横缝2#~9#坝段横缝、EL1295廊道4#~10#坝段和10#横缝、EL1254廊道7#~10#坝段和7#~10#坝段横缝、主帷幕廊道6#坝段(EL1236)等部位水泥灌浆和化学灌浆。
  共施工灌浆孔121个,钻孔进尺5644.7m,注入水泥240271.9kg,单位水泥注入量75.65kg/m,注入化学浆液50198.1kg,单位化学浆液注入率9.11kg/m。灌浆结束后,施工检查孔5个,钻孔进尺193.26m,岩芯采取率90%以上,获得率90%以上。
  3.3表面渗水处理施工
  表面渗水处理在主帷幕廊道内施工埋管水泥灌浆孔14个,埋管14套,灌注水泥21982.17kg;施工埋管化学灌浆孔126个,其中灌注PSI-530化学浆液39个孔,灌注量1828.8kg;灌注金砂浆化学浆液58个孔,注入量2079kg;灌注LW化学浆液37个孔,注入量193.5kg。   4、渗漏水处理效果分析
  4.1從灌浆过程分析渗漏水处理效果
  经统计,水泥灌浆过程,1个孔钻孔内涌水;9个孔在压水、灌浆过程中在11个混凝土排水孔漏水、漏浆;3个孔在廊道排水沟和底板结构缝漏水、漏浆;2个孔与其他孔串水、串浆;8个孔在廊道侧墙漏水、漏浆。
  根据压水、灌浆孔深分析,漏水、漏浆对应的孔深分布在不同的高程,漏水、漏浆点对应的钻孔深度基本在混凝土层间缝附近,说明混凝土层间缝是主要的漏水通道,亦是水泥浆液扩散的通道。
  对漏水、漏浆采取措施后,水泥灌浆均达到了结束标准,且漏水、漏浆部位渗漏现象消失,表明水泥灌浆得到了充分扩散,堵塞了漏水、漏浆通道。根据灌浆资料统计分析,化学灌浆过程浆液渗漏,主要在廊道内渗出带颜色和浆液气味的水,直接渗出化学浆液的很少,均出现在浆液灌注阶段,表明浆液扩散通道不畅通。
  化学灌浆中,23个化学灌浆孔段的灌注时间较长,注入量较大,灌浆过程中采取间歇措施后注入率达到了灌浆结束条件后停止灌浆,说明浆液在坝体混凝土内等扩散顺畅,化学灌浆进入了坝体混凝土孔隙、缝隙,充填了孔隙、缝隙,化学浆液凝固后堵塞了渗水通道,同时对坝体混凝土进行了补强,提高了坝体的防渗能力。
  4.2根据浆液注入量分析渗漏水处理效果
  (1)水泥灌浆单位注入量分析
  由于坝顶横缝、EL1295廊道、主帷幕廊道灌浆孔相对较少,孔距较大,且每个坝段或每条横缝的灌浆孔基本按一个次序施工的,分序不规范,只有EL1254廊道的7#~10#坝段严格按两序孔施工,故以EL1254廊道的7#~10#坝段浆液注入量分析防渗处理效果,如表4-1。
  由表4-1可知,7#~10#坝段每个坝段单位水泥注入量均Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔,从单位注入量递减率分析,Ⅱ序孔较Ⅰ序孔降低了57.25%~95.76%,平均75.57%,表明Ⅰ序孔灌浆较好的充填了坝体混凝土中的渗水通道(层间缝和连通性空隙),Ⅱ序孔灌浆进行了补充加强。
  (2)化学灌浆单位注入量分析(表4-2 EL1254廊道化学灌浆一览表)
  由表4-2可知7#、9#、10#坝段单位化学浆液注入量Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔,递减率达56%以上,8#坝段单位化学浆液注入量Ⅰ序孔小于Ⅱ序孔,其原因是:8-①-II-6化学灌浆过程中注入量较大,进行了两次间歇,方达到结束条件,注入化学浆液量2360.9kg,这一个孔单位注入量达42.35kg/m,故致使8#坝段浆液注入量Ⅰ序孔小于Ⅱ序孔。
  (3)坝体混凝土内孔隙、缝隙填充分析
  由于P.O42.5级普通硅酸盐水泥浆液,扩散通道的直径不小于0.2mm,所以水泥浆液充填的是坝体混凝土中大于0.2mm的缝隙或连通的孔隙,结合灌浆过程中在坝体排水孔中漏水、漏浆情况,表明水泥浆液灌浆主要填充、堵塞了遇冷收缩的混凝土中的层间缝和结构缝(横缝)。
  化学浆液(PSI-530环氧浆材)是溶液,比重与水接近,流通性好,其扩散、流通的通道的大小亦与水相近,故化学浆液一方面对水泥浆液填充堵塞的渗水缝隙、孔隙进行了加强填充;另一方面填充、堵塞了大量水泥浆液不能通过的小于0.2mm的渗漏水缝隙(遇冷收缩的混凝土中的层间缝和结构缝(横缝)),这从EL125廊道7#~10#坝段化学灌浆过程中23个孔段在灌浆过程中由于注入量较大、灌注时间长、多次采取间歇措施,但廊道内浆液渗漏点少、渗漏量少等现象可以证实。
  4.3根据单位注入量变化分析渗漏水处理效果
  (1)水泥灌浆单位注入量变化分析(表4-3 EL1254廊道7#~10#坝段水泥灌浆单位注入量区间统计表)
  根据水泥灌浆帷幕灌浆经验,单位注入量小于3kg/m的孔段浆液扩散通道小、且距离短,为封闭闭合型通道,浆液在一定的压力的作用下,才能被挤压进入孔隙、缝隙,此部分孔隙、缝隙连通性差、距离短,没有较大的外力作用基本不渗水,不会成为渗水通道。
  单位注入量3~20kg/m之间的孔段在孔壁上出露的几个或几条闭合性孔隙、缝隙延伸较长、连通性相对较好,为闭合型通道,在压力的作用下,水泥浆液大部分进入连通性较好的孔隙或缝隙,少部分进入闭合的或连通性差的缝隙,在较大的外力作用下成为渗水漏水通道。
  单位注入量大于20kg/m的孔段在孔壁上出露的孔隙、缝隙延伸长、连通性好,畅通性好,存在与其他介质连通的通道,为开放或半开放型通道,根据《大坝基础灌浆》的观点,灌浆效果显著,灌浆过程浆液主要进入了孔隙或缝隙,在较小的外力作用下就成为渗水漏水通道。
  由表4-3可知,水泥灌浆166段中单位注入量:小于3kg/m为占70%,为116段,3~20kg/m占19%,为32段,大于20kg/m占11%为24段。说明坝体混凝土70%的防渗性能满足要求。
  19%的孔隙或缝隙在水压的作用下发生渗漏水,11%的孔隙缝隙是渗水漏水通道。这与水泥灌浆过程中有23个灌浆段在坝段排水孔、廊道壁漏水、漏浆的情况一致。
  (2)化学灌浆单位注入量变化分析(表4-4 EL1254廊道7#~10#坝段化学灌浆单位注入量区间统计表)
  由表4-4可知,38%化学灌浆对灌浆孔周围的坝体混凝土进行了加固,浆液凝固填充了混凝土封闭闭合型孔隙或缝隙;41.5%化学灌浆凝固填充了坝体混凝土封闭性渗水漏水的通道;20.5%化学灌浆凝固填充了坝体混凝土开放或半开放型渗水漏水的通道。
  由于化学浆液密度与水接近,流通性渗透性好,在外力作用下,不仅进入渗水漏水的孔隙或缝隙,同时渗入混凝土骨料缝隙或孔隙,对混凝土起到了加强作用。
  4.4根据透水率变化分析渗漏水处理效果
  以每个孔段水泥灌浆前压水试验值作为灌浆部位混凝土灌前透水率,以检查孔压水试验值作为灌后透水率,通过二者比较,分析防渗处理效果。   灌浆结束后在EL1295廊道的5#、10#壩段各施工1各检查孔,EL1254廊道的7#、8#、10#坝段各施工1个检查孔,故对EL1295廊道和EL1254廊道灌浆部位坝体混凝土水泥灌浆前压水成果(透水率)进行了统计,并与相应部位检查孔压水试验成果(透水率)进行对比分析(详见表4-5 EL1295廊道和EL1254廊道灌前、灌后压水成果对比)。
  根据帷幕灌浆后透水率不大于1Lu的大坝防渗标准,EL1295廊道灌浆部位的混凝土34%符合防渗要求,66%的混凝土需进行防渗处理;EL1254廊道灌浆部位的混凝土60%符合防渗要求,40%的混凝土需进行防渗处理。
  经过水泥灌浆和化学灌浆,EL1295廊道和EL1254廊道检查孔压水试验透水率均小于1Lu,均达到了大坝防渗标准,说明经过灌浆处理灌浆部位坝体混凝土透水率降低明显,防渗能力提高显著。
  4.5从检查孔钻取岩芯分析渗漏水处理效果
  灌浆结束后,施工了检查孔5个,孔径Φ75mm,钻孔进尺193.26m,岩芯采取率分别为90.2%、91.04%、95.15%、90.31%、92.16%,获得率分别为90%、90%、94.2%、90%、90%。
  从检查孔岩芯观察,每个检查孔岩芯中均有水泥结石和化学浆液结石,混凝土空隙、缝隙中浆液结石较多,其中1295-1-J 13.2m处岩芯中水泥结石厚度达3mm,1254-7-J 6.6m处岩芯中化学浆液结石厚度达2~3mm,空隙、缝隙结石充填密实,胶结紧密,表明通过灌浆,浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙,浆液凝固后堵塞了渗漏水通道,提高了坝体混凝土防渗能力。
  4.6根据廊道、坝后混凝土表面渗漏水情况分析渗漏水处理效果
  经统计,防渗灌浆施工前主帷幕廊道、EL1295排水廊道、EL1254排水廊道、EL1205排水廊道及基础排水廊道共计有14个渗漏水点,最大的一个渗水点在方主帷幕廊道6#坝段内,渗水量为2.6m?/h,坝体排水孔和坝体渗漏水总量为6.7m?/h。
  在渗漏水处理过程中,对各部位的渗漏水每天进行定时监测,随着坝体混凝土渗漏水灌浆处理和浅层渗水灌浆处理有序推进,廊道内渗漏点渗水量和坝后混凝土表面渗水量对应减小,同时廊道壁、坝后混凝土表面湿潮区域亦减少,灌浆施工完工检查发现,灌前各渗漏水点渗漏水消失;廊道内和坝后混凝土外露表面无射水水流、贴面水流、滴水水流等状态,坝体排水孔出口只有点滴状水流,廊道壁和坝后混凝土表面基本无湿潮现象。
  经测量统计,大坝各廊道内混凝土表面和坝体下游坝面已无法测得渗漏水量,坝体和坝体排水孔渗漏水总量3.12m?/h,较灌浆前减少53.4%,表明坝体渗漏水处理和表面渗水处理达到了预期目的。
  5、结束语
  从防渗处理效果分析可知,坝体混凝土防渗处理效果显著,通过水泥浆液+化学浆液灌浆处理,灌浆过程浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙,浆液凝固后堵塞了渗漏水通道,提高了坝体混凝土防渗性能,同时浆液渗入混凝土骨料缝隙或孔隙,对混凝土起到了加强作用。
  从施工检查孔岩芯观察,每个检查孔岩芯中均有水泥结石和化学浆液结石,水泥结石厚度达3mm,化学浆液结石厚度达2~3mm,混凝土空隙、缝隙中浆液结石较多,充填密实,胶结紧密,表明通过灌浆处理,浆液填充了坝体混凝土空隙或缝隙,堵塞了渗漏水通道。
  灌浆完工后,经多次检查发现,大坝各层廊道壁、大坝下游坝面混凝土表面等外露表面,原渗漏水位置渗漏水消失,廊道内和坝后混凝土外露表面无射水水流、贴面水流、滴水水流等状态,坝体排水孔出口只有点滴状水流,廊道壁和坝后混凝土表面没有渗水和浸水,基本干燥。结合廊道渗漏水检查、施工检查孔和灌浆过程渗漏情况检查和防渗效果综合分析,使用水泥浆液+化学浆液处理官地水电站坝体混凝土渗漏水处理方案切合实际,施工过程控制科学,坝体混凝土防渗处理效果实现了预期目标,使用水泥浆液+化学浆液处理官地水电站坝体混凝土渗漏水取得了成功。
  作者简介:
  王 青:男(1963---),高级工程师,中国水利水电第四工程局有限公司基础分局
  丁时伟:男(1976--),高级工程师,中国水利水电第四工程局有限公司基础分局
  杨兴铖:男(1973---),高级工程师,中国水利水电第四工程局有限公司基础分局
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