【摘 要】 堆石体内孔隙大，孔隙连通性好，灌浆时吸浆量大，跑、冒、漏浆现象严重，清水潭电站拦水坝右坝肩堆石体采用粉煤灰水泥浆灌浆止水技术，取得良好的效果。
【关键词】 堆石坝 防渗措施 水泥灌浆 粉煤灰水泥
清水潭电站位于衢县上山溪，由拦水坝、引水渠道、引水隧道及发电厂房组成。拦水坝最大坝高9m，由于右坝肩有一进乡公路通过，路基为松散的堆石体，若不处理，则漏水严重。按常规方法开挖后建混凝土防渗墙，则最大开挖深度近10m，且需建临时公路以保证公路畅通，而临时公路路基挡墙高度近8m，投资较大。设计中采用沿坝体与路基触面预埋三排灌浆管，待坝体完成后进行灌浆防渗止水的处理方法。
1 灌浆处理方案
设计中考虑了下列三种方案：纯粘土灌浆、水泥粉煤灰灌浆、水泥砂浆灌浆，经技术和经济比较后选用水泥粉煤灰灌浆方案。灌浆平面与断面布置图详见图1、图2。
图1 灌浆管平面布置示意图
图2 灌浆管断面布置示意图
2 灌浆材料
2.1 水泥
水泥采用衢县岩头水泥厂生产的425号普通硅酸盐水泥。物理力学性能试验结果列于表1。试验结果表明符合国家标准。
表1 水泥性能试验成果表
厂家及名称 凝结时间 安定性 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa)
初凝 终凝 7d 28d 7d 28d
岩头水泥厂普425＃ 3∶10 5∶50 合格 4.78 6.35 27.1 44.6
国家标准普425＃ ＞45min ＜12h 合格 4.5 6.3 24.5 41.7
2.2 粉煤灰
粉煤灰取自衢化热电厂，呈黑灰色，为散粒结构。粉煤灰用于灌浆的作用机理是粉煤灰的主要成份为具有活性的氧化硅、氧化铝和氧化铁，它们在常温下与水泥水化物氢氧化钙发生二次反应如下：
XCa(OH)2+SiO2+mH2O→XCaO.SiO2.mH2O (1)
YCa(OH)2+Al2O3+nH2O→YCaO.Al2O3.nH2O (2)
生成新的化合物为：含水硅酸钙、含水铝酸钙、含水铁酸钙和水化铝酸钙，具有水硬性，可促进结石强度的增长，尤其是结石后期强度有较大的增长。衢化热电厂粉煤灰化学成份和物理性能分析见表2。
根据Ⅲ级灰的标准(烧失量≤12%，细度≤12%)，衢化热电厂粉煤灰已达到Ⅲ级灰的品质要求，可以作为掺合料作灌浆使用。
表2 粉煤灰性能试验成果表
品 名 化 学 成 分 (%) 烧失量
(%) 细度
(%) 比重
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO2
衢化粉煤灰 48.1 36.3 5.7 1.5 0.8 0.3 6.0 12.0 2.01
3 浆液配方试验
配置粉煤灰浆液采用湿粉煤灰制浆。配置时按配合比先向拌和容器内加入适量的水，再加入计量的水泥，搅拌成水泥浆，然后放入已测知密度的湿粉煤灰，最后加入计量的补充水，搅拌均匀后即成浆液。
根据本工程的实际情况，由于坝体较低，防渗水头不高，最大防渗水头约9m，因此防渗体强度要求较低。试验中对不同配合比的浆液结石未进行抗压强度的测试，只对所设计的配合比的各种浆液进行凝结时间的测试(表3)，根据所测得的性能进行对比与选择，为施工提供合适的配合比。
表3 不同配合比的浆液凝结时间
编号 重 量 比 凝 结 时 间(h)
水泥∶煤灰∶水 初 凝 终 凝
1 1∶0.5∶1.5 10 19
2 1∶1∶2 13 21
3 1∶2∶3 18 26
4 1∶3∶4 26 30
从表3可看出，随着粉煤灰掺量的增加，浆液初终凝时间相应延长，流变参数值增加，比较而言，对初凝时间的延长影响更大一些。从浆液外观分析，粉煤灰含量高的浆液流动性、可泵性和可灌性均较优，而初终凝时间的延长，对防止灌浆管路的堵塞有利。
根据试验结果，并综合考虑浆液的性能和造价等因素，施工中选用了编号4的配合比进行灌浆。
4 灌浆施工
4.1 施工前保护
灌浆施工前在坝肩上下游各5m范围内沿公路路基边坡先做好浆砌石护坡，可防止灌浆时浆液沿边坡孔隙向外大量漏浆。
4.2 灌浆方法
根据砌坝时预埋灌浆管的情况，灌浆采用自下而上的方式，即先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。上下游排灌后等凝30h以上，再进行中间排的加压灌浆，这样既可防止浆液过度的流失，又可堵塞上下游排灌后因凝固收缩而产生的细小裂隙，保证灌浆止水效果。
4.3 灌浆压力
灌浆压力是影响浆液扩散能力及防渗充填质量的主要因素，由于堆石体孔隙率高，连通性好，一般不需要很高的灌浆压力，如灌浆压力过大，则浆液扩散太远，浪费浆材。施工中左右排孔基本按自流方式灌注，中间排孔灌浆压力控制在0.2MPa左右。
4.4 施工中控制
堆石体内不仅孔隙率高，且孔隙大小悬殊，大孔隙可达50cm以上，而细缝宽度不到1mm。大孔隙灌注耗浆量很大，且由于孔隙相连通，灌浆时常失控，而细小缝隙则可灌性很差，难以灌注。因此，在堆石体内灌浆，其可控性与可灌性问题十分突出，在施工过程中，主要采取以下控制措施：
(1)改变浆液浓度：灌浆过程中碰到无压而大量吸浆的情况，说明堆石体内孔隙较大，施工中须及时加大浆液浓度，采用低压浓浆，通过改变浆液粘度来控制浆液的扩散范围，以防止浆液向远距离扩散。
(2)间歇待凝：若发现较远距离浆液外冒，且加大浆液浓度后效果不佳，则须停机待凝，待灌入的浆液凝固封闭外冒孔隙后再进行第二次灌注，以防止浆材流失。停机前应先用清水冲洗预埋灌浆管，以防止管路堵塞。
5 结 论
工程完工后经多次蓄水检查，灌浆前原有的渗水通道都堵塞完毕，外观检查已无渗水现象，总体评价灌浆防渗体是连续、完整和密实的，防渗效果良好。该工程的成功有以下几点值得借鉴：
(1)堆石体防渗处理采用灌浆方法，可不破坏原有公路，避免了路基防渗的深开挖和临时公路的修建，加快了整个工程水下部分的工期，节省了工程投资。
(2)采用水泥粉煤灰浆液，具有良好的技术性能和施工性能，灌浆可控性强，较适合于堆石体灌注，既可降低浆液的成本，又有较好的灌浆效果。
(3)粉煤灰在我市系首次用于灌浆工程，是良好的掺合料，可改善浆液性能，提高结石的后期强度和抗溶蚀能力。粉煤灰本是工业废渣，将其开发利用是变废为宝，不仅减小了环境污染，节约了土地和建堆场投资，还成为创造财富的再生资源。本工程以粉煤灰替代水泥共81t，节约资金2万余元。
