防渗工程

本项属于水利水电大型围堰防渗工程施工技术领域。 目前，在我国的水利水电大型围堰工程中，已建成数以万计常规深度的防渗墙工程，但墙厚达1.2m且孔深超过90m以上的防渗墙非常少见，尤其对于存在较多大直径漂石和大量陡岩的地段，尚无施工先例。在建中的我国第三座超千万千瓦级巨型水电站一一乌东德水电站，大坝围堰基础覆盖层深度55~77，属于超深覆盖层、超深基坑综合防渗型高水头围堰，堰体设计为“复合土工膜+塑性混凝土防渗墙+墙下帷幕灌浆”的防渗结构体系，其中防渗墙为国内目前深度和厚度最大、承担水头最高的混凝土防渗墙（上游土石围堰最大堰高67m，复合土工膜防渗高度40m，防渗墙最大深度达97.54m，承受最大水头为150m；下游土石围堰最大堰高42m，复合土工膜防渗高度18m，防渗墙最大深度93.4m，承受最大水头为130m）。该围堰工程具有地质条件复杂、覆盖层深厚、工程量大、工期紧、防渗体系结构复杂、施工工艺要求高、工序多等特点，其施工难度之大、施工强度之高、施工任务之重世所罕见。

松软地层（含中等透水岩土体）在我国西南、华南、华中等水资源丰富地区的地表覆盖层、河床、中风化及强风化基岩、溶蚀红层等类似地层广泛分布，这类地层建设水利工程、垃圾填埋工程、矿山、地铁，和水土流失综合治理等涉及到大量灌浆防渗工程。目前，灌浆防渗总体上多凭经验或参考同类工程和灌浆试验成果进行，尤其对松软地层（含中等透水岩土体）进行有效性和控制性灌浆防渗，还缺乏适宜的灌浆材料、工艺方法和成功的工程经验。对于松软地层防渗灌浆，普遍存在：（1）大耗灰量；（2）易塌孔埋钻；（3）灌浆不起压；（4）灌浆效果差等突出问题。 托口水电站大坝和厂房之间 9km 长的河湾地块上部中风化岩体为深厚白垩系红层，裂隙发育，是主要的赋水层和透水层，下部灰岩溶蚀发育，存在渗漏通道。防渗帷幕工程量大，灌浆钻孔最大深度 160m，承压水头超过 60m，技术难度高。常规水泥灌浆试验表明，反复试灌，单耗达到 700kg/m 也未能形成设计要求的防渗帷幕体。工程防渗难题具体表现在：（1）红层常规水泥灌浆耗浆量大，工程投资难以控制。在可研阶段进行常规的水泥灌浆试验研究表明，灌浆单耗高达近 700kg/m，个别段达到 1200 kg/m。（2）红层采用常规灌浆工艺施工存在诸多技术难题，灌浆施工周期长。白垩系红层具有软硬不均、松散破碎、溶蚀疏松、岩溶发育、中等透水等多种组合不良地质特征，少有类似经验借鉴。工程采用常规水泥灌浆防渗，存在：①易塌孔埋钻，钻孔护壁；②灌浆分段封闭；③灌浆不起压，灌浆压力实施；④检查试验压水等工艺技术难题。（3）红层采用常规灌浆工艺灌注常规水泥灌浆效果差，可研阶段试验，个别孔串浆到 100 米外地表，反复试灌，压水试验检查透水率改善仍不明显，基本未能形成设计要求的防渗帷幕体。由于岩层结构特性、钻孔深度等原因，“分段下塞灌浆法”、“袖阀管灌浆法”、“拔管灌浆法”等工艺难于实施；若采用“孔口封闭灌浆法”，因灌浆全孔受压灌注，浅层或局部弱面容易产生低压重复劈裂，一方面无效灌注浆材浪费问题突出，另一方面全孔段仅局部低压受灌，灌浆均一性差，难以建造合格的防渗帷幕。（4）灰岩溶洞难以实施高压挤密灌浆。底部红层接触带与下部灰岩段埋深较深，“孔口封闭灌浆法”不便实施上部红层全段隔离封闭，限于上部红层对灌浆压力的承受能力，对下部岩溶软弱充填物难以有效实施高压挤密灌注，防渗体密实性无法保证。层间接触带、上下层帷幕搭接难以起压，质量难以保证。 针对这些问题，依托托口水电站河湾地块防渗帷幕工程，在 2008 年前期预研的基础上，2011 年中国电力投资集团立项重点科技项目《高压脉动劈裂挤密灌浆技术及其在托口河湾地块防渗工程中的应用》，2013 年又追加资助，经过 6 年的系统研究和应用，创新提出了采用：“自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆”全新工艺，系统研究获得了可控性灌浆材料、封孔止浆技术、控制灌浆工艺等重大技术突破，并成功应用。