刘 孟
中国水电基础局有限公司 天津市武清区 301700
【摘要】柬埔寨达岱水电站面板堆石坝最大坝高115m，蓄水运行期间主坝渗漏量达1.2m3/s且快速增长，严重威胁大坝安全。为此，在保证水库正常运行条件下自库区水上平台对50m深度水下渗漏处理灌浆技术、深水灌浆二次封孔技术、水下铺盖料灌浆和模袋铺设及充填灌浆技术、水下高喷灌浆技术进行了深入研究，初步形成了面板堆石坝水下渗漏处理技术体系。经过系统治理后，主坝渗漏量降至0.19m3/s且保持稳定，满足设计0.3m3/s标准，保证了大坝安全运行，可为类似工程提供了有益借鉴。
【关键词】 柬埔寨达岱水电站 面板堆石坝 渗漏处理 水下灌浆技术
1 前言
达岱水电站位于柬埔寨国公省境内，主坝为砼面板堆石坝，坝顶高程220m，正常蓄水位215m，死水位180m，总库容4.5亿m3，电站装机容量246MW。工程由主坝、副坝、溢洪道、引水发电隧洞和厂房组成。砼面板厚度30-63cm，趾板厚度50-80cm，趾板基础主要以长石石英砂岩、泥岩为主、弱风化，局部夹有泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，层理较发育。
经多年运行，达岱主坝出现严重渗漏，主坝渗漏量约1.2m3/s（水位205.9m），大坝安全受到严重威胁。经水下检测，查明集中渗漏点位于29#面板对应趾板的外侧（高程150m左右），趾板下部基础被击穿、冲刷形成0.9m×1.5m空洞，破损区上部粘土铺盖已呈漏斗状，33#面板检测为异常渗漏区（高程130m左右），均需进行渗漏处理。
2 水下渗漏处理方案的确定
目前，面板坝渗漏处理多采用放空水库干地修复或抛投砂石、布条进行水下处理等方法。但达岱水电站需要在保证水库正常运行条件下对50m深度以下的水下渗漏进行处理，为此，对水下渗漏处理灌浆技术、深水灌浆二次封孔技术、水下铺盖料灌浆和模袋铺设及充填灌浆技术、水下高喷灌浆技术进行了深入研究，初步形成了面板堆石坝水下渗漏处理技术体系，实现了电站正常运行条件下对对面板坝渗漏和脱空的部位灌浆充填加固，达到了封堵渗漏部位、降低渗漏量的效果。
本工程于2019年3月开始施工，6月底完工，同年11月蓄水至214m高程，距正常蓄水位仅1m，主坝渗漏量控制在0.19m3/s以内且保持稳定，满足设计要求的渗漏量Q≤0.3 m3/s，渗漏处理效果良好，保证了运行安全。
3水下渗漏处理施工技术体系
3.1水下渗漏灌浆处理封堵技术
（1）面板坝渗漏部位情况
29#面板集中渗漏区渗漏量较大，渗漏入口处形成直径约1米的空洞，渗漏入口上部铺盖料被水流带走，渗漏点清晰可见，渗漏通道走向不明确。经钻孔检查发现面板下部垫层料长期被渗漏水流冲蚀，部分面板存在塌陷开裂情况。针对此渗漏部位，先完成渗漏孔洞淤堵、水下塑性混凝土回填降低渗漏流速，后对主渗漏通道、面板下部垫层料、趾板下部基岩进行水下灌浆充填加固处理。
33#面板渗漏区渗漏量较小，因面板上部存在10米厚粘土铺盖料，无法确认渗漏点及渗漏通道走向，经钻孔检查发现混凝土面板较为完整。针对此渗漏部位，在一定范围内对渗漏点周边趾板下部基岩、面板下部垫层料进行水下灌浆封堵加固处理。
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（2）水下渗漏灌浆方案
提前制作水上施工平台，将钻灌设备转移至平台上，根据设计灌浆孔孔位，使用钻机在水中下设套管至面板或趾板顶部，在套管内下设钻具钻进至面板或趾板下部，钻孔完成后下设灌浆塞，采用多种配比的膏浆及混合浆液对面板下部垫层料或趾板下部基岩进行灌浆封堵，在面板或趾板下部形成良好的防渗固结体，从而达到良好的封堵效果。
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（3）水下灌浆技术控制
①施工机具、材料选择
水下灌浆需穿过铺盖料、混凝土面板、垫层料或基岩，为防止对铺盖料扰动过大、避免面板受到二次破坏，采用回转钻进方式，施工设备选用XY-2钻机。
施工平台与混凝土面板间存在一定的水下深度，需先下设套管进行导向，才能进行面板以下钻孔灌浆施工，不同水下深度选择不同直径的套管以满足现场施工。水下灌浆采用φ89mm套管，可以在水下50m深度左右顺利下设。在29#面板渗漏区，位于水下30m深度左右，φ89mm套管材料损耗率非常小；在33#面板渗漏区，水下深度近50m，φ89mm套管材料损耗率较高，主要为套管连接处丝扣磨损及脱扣严重。建议水下深度在40m以内时采用φ89mm套管，水下深度超过40m采用直径大于φ89mm的套管。
②灌浆孔位控制
通过全站仪对水上灌浆施工孔位进行放样，同时将水上施工平台固定牢靠，施工过程中使用全站仪对孔位偏移进行监测。
③灌浆浆液选择
前期进行浆材试验，确定不同比级的稳定浆液或膏状浆液，以应对不同大小渗漏部位的处理施工需要。
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因混凝土面板受力随水位升降而变化，面板下部垫层料灌浆采用弹性模量、抗压强度适中，渗透系数小的稳定浆液或膏状浆液。渗漏量大的渗漏点，垫层料受水流冲刷严重，采用粘度较大、抗水流冲刷能力强的稳定浆液或膏状浆液进行灌浆封堵；渗漏量较小的渗漏点，采用合适的稳定浆液进行灌浆封堵。
趾板下部基岩灌浆可采用纯水泥浆液，当渗漏通道与面板下部连通时采用稳定浆液或膏状浆液进行灌浆堵漏。
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④钻孔及套管下设
因XY-2钻机机地距仅约70cm，套管下设困难，配置一定高度的钻机小平台，提高机地距离，方便铺盖料钻孔过程中安装长度3m的套管。钻机平台就位后通过焊接与施工平台连成整体，增加钻机平台稳定性，防止平台晃动影响钻孔质量。
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铺盖料中钻孔下套管，利用套管自重及铺盖料约束可保证套管下设的垂直度。套管嵌入混凝土面板10～20cm，保证套管的稳定性。施工时套管穿过铺盖进入面板的深度可通过孔位坐标结合大坝结构进行计算，铺盖料中钻进速度与混凝土面板不同，钻孔过程中钻机操作员可根据钻孔经验控制套管嵌入混凝土面板深度。套管下设到位后，从套管内下设钻具进行混凝土面板及以下部位钻孔。
⑤灌浆工艺
面板下部垫层料灌浆采用面板内阻塞、自上而下分段、纯压式灌浆法；趾板灌浆采用自上而下分段卡塞、纯压式灌浆法。
⑥灌浆压力、流量控制
为防止灌浆时抬动面板或趾板，水下灌浆时选择合适的灌浆压力，控制灌浆流量。面板上部铺盖料及水头高度对面板有压重作用，通过分析，面板上部铺盖料产生压强约0.05MPa，30-50米水头产生压强为0.3-0.5MPa，接触段灌浆压力采用不大于0.5MPa，则混凝土面板实际受到的压强为0-0.15MPa。结合前期灌浆试验结论灌浆压力控制在0.20-0.25MPa，不会引起混凝土面板抬动。
3.2深水灌浆二次封孔技术
水下灌浆处理中封孔质量极为重要，封孔质量差的部位可能会在高水位水压作用下被击穿，造成二次渗漏。水下灌浆封孔采用强度较高的0.5:1纯水泥浆液，同时掺入少量膨胀剂，以两次封孔加套管注浆的方式，保证良好的封孔质量。
趾板或面板灌浆孔灌浆结束后进行第一次封孔，第一次封孔确保灌浆塞仅卡入面板或趾板混凝土内15cm左右，对整孔进行纯压灌浆封孔，保证封孔时灌浆压力达到0.2MPa，持续时间15分钟，以确保灌浆孔内部充填密实。
第一次封孔结束后，将灌浆塞上提0.5m左右，卡在套管内进行第二次封孔。因套管仅嵌入混凝土10cm左右，套管与面板或趾板混凝土间可能存在缝隙，第二次封孔达到设计压力0.2MPa延续15min或注浆150L左右时结束封孔。第二次封孔结束后，上提灌浆塞并向套管内继续注入150L水泥浆液，在上提套管时，套管内的浆液通过重力作用可对灌浆孔上部铺盖料进行充填，提升封孔质量。
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3.3 29#面板渗漏区铺盖料灌浆及模袋铺设
（1）铺盖料灌浆
对存在渗漏部位的铺盖料进行灌浆充填，增加铺盖料的整体性、抗渗性，增强铺盖料对坝体的保护作用。29#面板渗漏区铺盖料厚度较薄，大部分小于3.0m，采用钻孔注浆的方式直接在铺盖料内灌浆。铺盖料灌浆范围为垫层灌浆范围向外延伸2.0m，灌浆孔间排距3.0m，梅花型布孔。
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铺盖料灌浆方法为：
在平台上，使用XY-2回转钻机，φ60无芯钻头连接φ50钻杆钻至面板表面后，直接采用钻杆作为灌浆管进行自下而上灌浆，浆液采用稳定浆液，灌浆过程中缓慢旋转上提钻杆，增加浆液扩散的均匀性。铺盖料为散粒体，采用无压限流限量方式灌浆，可预估灌浆范围内铺盖料体积对灌浆量进行控制。
（2）模袋铺设及充填灌浆
29#面板渗漏区垫层料灌浆时，经钻孔摄像检查发现面板存在裂缝、塌陷等情况，在完成面板垫层料及铺盖料灌浆的基础上，再将模袋铺设在面板破损区域，并对模袋进行灌浆充填形成一道防渗屏障，增强整体防渗效果，模袋铺设范围为垫层灌浆范围向外延伸1.0～4.0m，铺设面积400㎡，对面板破损区域进行了全面覆盖。
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模袋铺设及充填灌浆方法：
①首先根据图纸计算模袋四周顶点坐标，采用全站仪在水面上进行放样定点，将提前预制的沉锚按设计坐标抛投，沉锚通过绳子连接漂浮物做好点位标记；
②将模袋转移至水上平台，将细麻绳与模袋上的系带连接牢固，通过人工收拉细麻绳将模袋在水面上铺平展开，模袋四周可系上浮筒增加模袋浮力，模袋在水面展开的同时需与既定坐标点位相对应；
③当模袋在水面平铺并与坐标点位对应完成后，使用细麻绳将模袋四周系带与相对应的沉锚连接牢固，通过收拉细麻绳将模袋下沉至水下对应位置，模袋吸水后即沉入水下，在潜水员协助下，将模袋在水下铺设平整，与沉锚固定牢靠，防止模袋发生滑动；
④按设计方位铺设完成后，从水上平台直接下设φ40灌浆管，由潜水员下水将灌浆管插入模袋充灌口内，用扎带扎住袋口并绑扎牢固，进行模袋充填灌浆。模袋灌浆采用抗渗性较高的稳定浆液，浆液灌注量根据模袋体积进行限量控制，防止模袋胀裂。
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3.4 33#面板渗漏区铺盖料水下高喷灌浆
33#面板渗漏区铺盖料厚度普遍大于5m，最大厚度近12m，为提高渗漏区防渗耐久性，采用水下高压喷射灌浆进行铺盖料防渗处理，在面板底部周边缝上部的铺盖料内进行双管法喷射灌浆，灌浆宽度3.0m，厚度3.0m，灌浆孔间排距均为1.0m，梅花型布孔。因施工平台大小限制，高喷设备采用MGL-155D型钻喷一体机，体积较小且移动灵活。
水下高喷灌浆部位位于水下深度约40～50米，钻杆全部处于水中，长度较长，且水中无侧限，φ50mm钻杆刚度不足导致下设到一定深度时出现钻杆弯曲现象。经现场对钻杆进行角钢加固后，可以顺利钻进至水下40～50米深度。水下高喷灌浆时需根据水下深度选择合适的钻杆直径。通过本项目实践得出，采用φ96mm硬质合金钻头连接φ50mm钻杆（角钢加固后）钻进成孔，采用双管法，同时选择合适的灌浆参数，可以完成40～50米水下高喷灌浆施工，如钻杆直径选用φ73mm，实施效果更佳。
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4结语
（1）在保证水库正常运行条件下，自库区水上平台对柬埔寨达岱水电站面板堆石坝主坝水下50m处1.2m3/s渗漏进行了处理，处理后渗漏量降至0.19m3/s且保持稳定，满足设计0.3m3/s标准。
（2）本次施工突破了面板坝常规渗漏处理方式，对水下渗漏处理灌浆技术、深水灌浆二次封孔技术、水下铺盖料灌浆和模袋铺设及充填灌浆技术、水下高喷灌浆技术进行了系统研究，初步形成了面板堆石坝水下渗漏处理技术体系。
（3）本技术体系可以在保证库区蓄水的情况下，以较低的成本解决面板堆石坝水下渗漏问题，实现减少坝体渗漏量、增加坝体稳定性保证大坝长期、安全、稳定运行的目标，可为类似工程提供有益借鉴，应用前景广阔。
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作者简介：
刘孟（1986-），男，中国水电基础局有限公司，国际公司高级主管，工程师，本科学士学位，主要从事基础处理及土建工程施工。