一种蓄水坝基覆盖层防渗灌浆方法

技术领域

本发明涉及防渗建筑技术领域，尤其涉及一种蓄水坝基覆盖层防渗灌浆方法。

背景技术

已建水电站在运营期对大坝坝基覆盖层的渗漏缺陷进行防渗堵漏时，一般情况下需放空水库或降低库水位以确保“干地”施工、减小水压与渗流速度以降低施工难度，但会给水电站、水库的发电、水资源利用等经济效益造成一定的损失，例如，已建GR水电站装机容量4.8万千瓦，年发电量约2.2亿千瓦时；运营期对大坝覆盖层渗漏进行治理，施工工期需5个月左右，按上网电价0.22元/千瓦时估算，若放水暂停运行则5个月的发电损失约2017万元（=22000万千瓦时×5÷12×0.22元/千瓦时）。

在不具备放空条件或为了减少经济损失时，将可能在较高水位下进行防渗处理，在上下游较大水头差的作用下，覆盖层中可能产生具有一定流速和较大流量的流动水，即有压动水。在有压动水覆盖层中采用水泥浆液进行灌浆时，因浆液凝结时间长、抗水冲和抗稀释性差，易被水流带走，浆液难以在覆盖层孔隙或空洞留存，以致较难形成完整帷幕，难以达到坝基防渗目的，而且浆液耗量极大，使得渗漏治理效果不佳。

近年来，为了解决浆液在水下凝固时间过长、动水下易被冲散的难题，多种灌浆材料用于有压动水灌浆工程，但仍难尽如人意。掺速凝剂的浆液、水泥-水玻璃双液浆液可缩短浆液凝结时间但易被水流稀释；掺抗分散剂的水泥浆液可在静水下抗分散，但抗动水冲释性不足。热沥青遇水凝固，不易被水冲释，但灌前要加热、灌注过程中要保温，施工工艺复杂，不适用于深孔灌注。聚氨酯灌浆材料（化学浆液）密度约1.05g/cm³，注入钻孔渗漏位置后，与水反应快，形成泡沫状固结体，扩散范围受限，在有压动水条件下，比水轻的发泡体易聚集在渗漏入口附近通道上部，动水仍可能从通道下部渗流，以致效果不太理想，再者价格贵。

综上所述，常规灌浆技术已经难以完全满足有压动水覆盖层防渗施工需要，亟待研究更为高效的有压动水覆盖层防渗灌浆施工工艺技术及其配套灌浆材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种蓄水坝基覆盖层防渗灌浆方法，能在保障渗漏处理期间水电站、水库的发电、水资源利用等经济收益前提下，解决在蓄水条件下大坝坝基渗漏的覆盖层中灌浆防渗幕的成幕这一至关重要问题，解决常规水泥浆液抗动水冲释性差而被流水稀释分散、水流冲失以致灌浆难以成幕防渗以及耗浆量极大的难题，达到坝基防渗的目的，节约施工成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种蓄水坝基覆盖层防渗灌浆方法，包括以下步骤：

步骤一：根据蓄水时大坝坝基覆盖层渗漏情况，在坝基覆盖层中布置三排灌浆孔，按照水的流向依次称为上游排灌浆孔、中间排灌浆孔和下游排灌浆孔；

步骤二：首先，在下游排孔使用螺杆注浆泵分段灌注抗动水分散浆液，对有压动水覆盖层较大的漏失通道进行渐进堵塞，起到减渗和遏制动水流速的作用，之后使用三缸灌浆泵复灌水泥浆至正常结束，为后续水泥灌浆成幕提供条件；

步骤三：以适当高于下游排灌浆孔的灌注压力对上游排灌浆孔使用螺杆注浆泵或双液注浆泵分段灌注纤维素膏状浆液和水泥水玻璃速凝浆液，进一步堵塞渗漏通道，之后使用三缸灌浆泵复灌水泥浆至正常结束，为后续水泥灌浆成幕提供条件；

步骤四：以适当高于上游排灌浆孔的灌注压力对中间排灌浆孔使用三缸灌浆泵分段灌注水泥膨润土稳定浆液或水泥浆，浆液在高灌浆压力下渗透、扩散入地层孔隙或空洞以凝结成幕。

进一步的，所述上游排灌浆孔、中间排灌浆孔和下游排灌浆孔之间的排距为0.75m～1.50ｍ，孔距为1.00m～2.00m。

进一步的，所述上游排灌浆孔、中间排灌浆孔和下游排灌浆孔灌浆时，将覆盖层分为2段或以上，第1段和第2段段长为1m，第3段～第6段段长为2m，第7段段长为3m，第8段及以后段长为4m～5m，遇塌孔时可缩短段长。

进一步的，所述下游排灌浆孔灌注抗动水分散浆液时采用连续注入的方案。

进一步的，所述在下游排孔、上游排孔及中间排孔采用的灌浆压力依次增大。

进一步的，所述抗动水分散浆液是一种无机物复合聚氨酯灌浆材料，由油溶性聚氨酯灌浆材料与水泥复合配制而成，具有在2m/s水流中不分散、密度大于水、凝结时间较短以及呈粘稠状的特点；所述油溶性聚氨酯灌浆材料为疏水型，与水泥的质量比为0.5:1~0.6:1；所述聚氨酯灌浆材料由A组分、B组分、催化剂和助剂组成；所述A组分为聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或两种，B组分为聚氨酯预聚体、异氰酸酯中的一种或两种，所述催化剂为羧酸锌、异辛酸铋、新癸酸铋催化剂中的一种或两种，所述助剂包括二甲基硅油、有机硅脱泡剂、硅烷偶联剂、润湿分散剂和亚烷基碳酸酯。

进一步的，所述纤维素膏状浆液是由水泥、水、纤维素和碳酸钠混合配制而成，所述水泥、水、纤维素和碳酸钠的质量比为4:2~3:0.04~0.02:0.04~0.08；所述纤维素为羟丙基甲基纤维素。

进一步的，所述水泥水玻璃速凝浆液是由水泥浆和水玻璃混合配制而成，所述水泥浆和水玻璃的体积比为1:0.8~1。

进一步的，所述水泥水玻璃速凝浆液配制时的水泥浆水灰比为0.8~1:1，采用P.O42.5水泥与水制成；所述水玻璃的模数为2.8，波美度为35Be¢。

进一步的，所述水泥膨润土稳定浆液由水泥浆、膨润土和减水剂混合配制而成；所述膨润土和减水剂掺量的质量百分比分别为水泥质量的3%~5%、0.5%。

进一步的，所述水泥膨润土稳定浆液配制时的水泥浆液水灰比为0.6~0.8:1，采用P.O42.5水泥与水制成。

本发明的有益效果：

1、本发明可用于重力坝、土石坝、河湖堤坝坝基的覆盖层渗漏处理；

2、能在不放空蓄水的情况下，解决大坝坝基渗漏的覆盖层中灌浆防渗幕的成幕这一至关重要问题，解决常规水泥浆液抗动水冲释性差而被流水稀释分散、水流冲失以致灌浆难以成幕防渗以及耗浆量极大的难题，达到坝基防渗的目的，节约施工成本；

3、防止因对大坝坝基覆盖层的渗漏缺陷进行防渗堵漏工程而导致水资源利用率下降，保障了渗漏处理期间水电站、水库的发电、水资源利用等经济收益。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的蓄水条件下大坝坝基覆盖层灌浆孔排布置示意图；

附图标记说明：1-大坝，2-下游排灌浆孔，3-上游排灌浆孔，4-中间排灌浆孔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合GR水电站坝基渗漏处理工程施工，对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1和图2所示，一种蓄水坝基覆盖层防渗灌浆方法，包括以下步骤：

步骤一：根据蓄水时大坝1坝基覆盖层渗漏情况，在坝基覆盖层中布置三排灌浆孔，按照水的流向依次称为上游排灌浆孔、中间排灌浆孔和下游排灌浆孔，排距1.2ｍ、孔距1.5m；灌浆孔是从大坝1表面向坝基覆盖层钻进而成；

步骤二：作为覆盖层灌浆成幕之必要首步，先在下游排灌浆孔2使用螺杆注浆泵分段灌注抗动水分散浆液，采用连续注入的方案，对有压动水覆盖层较大的漏失通道进行渐进堵塞，起到减渗和遏制动水流速的作用，之后使用三缸灌浆泵恢复灌注水泥浆至正常结束，为后续水泥灌浆成幕提供条件；

步骤三：上游排灌浆孔3较下游排孔2适当提高灌浆压力，使用螺杆注浆泵或双液注浆泵分段灌注价格较抗动水分散浆液价格相对低的1%纤维素膏状浆液和水泥水玻璃速凝浆液，进一步堵塞渗漏通道，之后使用三缸灌浆泵恢复灌注水泥浆至正常结束，为后续水泥灌浆成幕提供条件；

步骤四：中间排灌浆孔4较上游排孔3适当提高灌浆压力，使用三缸灌浆泵分段灌注水泥膨润土稳定浆液或者水泥浆，浆液在高灌浆压力下渗透、扩散入地层孔隙或空洞以凝结成幕。

其中，所述上游排灌浆孔、中间排灌浆孔和下游排灌浆孔灌浆时，将坝基覆盖层分为2段或以上，其分段长度为：覆盖层第1段、第2段段长为1m，第3段～第6段段长为2m，第7段段长为3m，第8段及以后段长为4m～5m，遇塌孔时可适当缩短段长。

其中，所述在下游排孔、上游排孔及中间排孔采用的灌浆压力依次增大；所述下游排孔采用0.2MPa～1.0MPa的灌浆压力进行灌注，所述上游排孔采用0.3MPa～1.3MPa的灌浆压力进行灌注，所述中间排孔采用0.4MPa～1.5MPa的灌浆压力进行灌注。

其中，所述抗动水分散浆液是一种无机物复合聚氨酯灌浆材料，由油溶性聚氨酯灌浆材料与水泥复合配制而成，其质量比为油溶性聚氨酯灌浆材料:水泥为0.5:1，具有在2m/s水流中不分散、密度大于水、凝结时间较短以及呈粘稠状的特点。

其中，所述油溶性聚氨酯灌浆材料为疏水型。

其中，所述1%纤维素膏状浆液是由水泥、水、纤维素和碳酸钠混合配制而成，其质量比为水泥:水:纤维素:碳酸钠为4:2:0.04:0.04；所述纤维素为羟丙基甲基纤维素。

其中，所述水泥水玻璃速凝浆液是由水泥浆和水玻璃混合配制而成，其体积比为水泥浆:水玻璃为1:0.8；所述水泥浆水灰比为0.8:1，采用P.O42.5水泥与水制成；所述水玻璃的模数为2.8，波美度为35Be'。

其中，所述水泥膨润土稳定浆液由水泥浆、膨润土和减水剂混合配制而成，所述膨润土和减水剂掺量的质量百分比分别为水泥质量的3%、0.5%；所述水泥膨润土稳定浆液配制时的水泥浆水灰比为0.7:1，采用P.O42.5水泥与水制成。

本发明的目的之实现思路是：坝基渗漏较大的覆盖层一定程度上存在优势渗漏通道。若能堵塞缩小优势渗漏通道，后续水泥灌浆成幕才有条件实施。为此，覆盖层灌浆施工需遵循“先堵漏，后灌浆”原则，先灌周边、后灌中间，边排孔侧重于使用抗动水分散浆液、膏状浆液进行堵漏，中间排孔重点在于使用较大压力灌注稳定浆液或水泥浆以渗透胶结、压密空隙而形成有效防渗幕体。优势渗漏通道堵漏时，必要首步是灌浆材料需采用具有抗动水分散性、抗水冲性、速凝性的抗动水分散浆液，尽可能连续注入，以渐进堵塞较大漏失通道，先行起到一定减渗、遏制动水流速的作用，之后再及时连续灌入水泥浆渗透、扩散入地层孔隙或空洞以凝结成幕。

本发明通过在坝基覆盖层下游、上游和中间布置灌浆排孔并按排序顺次灌注特定的灌浆材料，解决了大坝坝基渗漏的覆盖层中灌浆防渗幕的成幕这一至关重要问题，解决了常规水泥浆液抗动水冲释性差而被流水稀释分散、水流冲失以致灌浆难以成幕防渗以及耗浆量极大的难题，达到了坝基防渗的目的，节约了施工成本，保障了渗漏处理期间水电站、水库的发电、水资源利用等经济收益。

本发明可用于重力坝、土石坝、河湖堤坝坝基的覆盖层渗漏处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。