水電站帷幕灌漿施工技術分析

張海榮

摘要:本文對該水電站壩基帷幕灌漿施工控制、帷幕灌漿試驗及施工效果進行了分析，并在復雜地質條件下對壩基帷幕灌漿施工采用應對的技術措施。并取得一定的效果。實踐證明該技術是值得大力推廣與應用。

關鍵詞:水電站；帷幕灌漿；施工技術

中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：

一、水電站簡介

該水電站是一座以發電為主,遠期兼顧防洪、供水、航運等綜合利用效益的水利樞紐。電站正常蓄水位267m,相應庫容2.08×108m3。電站裝機容量150MW,多年平均發電量7.023×108kw·h。大壩壩型采用碾壓式混凝土重力壩,樞紐布置從左到右分別為左岸重力壩段、電站廠房壩段、排沙底孔壩段、溢流壩段、右岸重力壩段。樞紐各建筑物基礎基本都建于N15灰巖角礫巖弱風化帶巖體上,河床溢流壩及排沙底孔段壩踵處有少量基礎位于N14鈣質膠結礫巖、砂礫巖上。左岸相對隔水層埋深>55m,右岸相對隔水層埋深>40m,河床相對隔水層埋深>70m?；鶐r透水性普遍較大。

二、 帷幕灌漿試驗

為了降低壩基巖石的透水性,防止壩基滲漏,沿壩軸線作全線帷幕灌漿處理。壩基帷幕灌漿采用單排、直線懸掛式布置,帷幕孔間距3.0m。灌漿后的合格標準為:檢查孔壓水試驗透水率q≤3Lu。

2.1 帷幕灌漿試驗

水電站帷幕灌漿設計標準采用透水率來衡量,要求檢查孔全孔壓水透水率均不得大于3Lu。依據現有經驗并結合大壩施工進度,試驗場地選在工程結構、水文地質條件具有代表性的右岸237m高程灌漿平洞以及左岸274m高程灌漿平洞,分別采用2.0m、2.5m、3.0m三種不同孔距進行試驗,以探討右岸壩區(6#~9#壩段)以及左岸壩區(1#~5#壩段)最佳帷幕灌漿孔距和灌漿壓力等技術參數。帷幕灌漿按分序加密的原則進行,分為三序施工。右岸237m高程灌漿平洞Ⅰ序孔單位注入量為159.23kg/m,Ⅱ序孔單位注入量為90.86kg/m,Ⅲ序孔單位注入量為45.36kg/m, Ⅱ序孔比Ⅰ序孔單位注入量遞減42.94%;左岸274m高程灌漿平洞Ⅰ序孔單位注入量為174.70kg/m, Ⅱ序孔單位注入量為100.90kg/m, Ⅲ序孔單位注入量為50.26kg/m, Ⅱ序孔比Ⅰ序孔單位注入量遞減42.24%。遞減規律明顯。

2.2 壓水試驗成果分析

2.2.1灌漿前孔內壓水試驗

右岸237m高程灌漿平洞根據鉆孔取芯揭示,該部位巖石完整性較好,裂隙不太發育。試驗孔灌前壓水試驗同樣表明了這一特點。除個別孔段透水率較大(最大137.42Lu),其余均在10Lu以內,平均7.52Lu。左岸274m高程灌漿平洞根據鉆孔取芯揭示,該部位巖石完整性較差,裂隙發育,破碎夾層較多。所有試驗孔在鉆進時均出現在不同深度無回水或大漏水情況,試驗孔灌前壓水試驗表明:灌前孔段透水率均較大,部分孔段無法加壓,透水率無法計算,平均值在60Lu以上。

2.2.2檢查孔壓水試驗

右岸237m高程灌漿平洞根據試驗孔距布置3個檢查孔W-J1、W-J2、W-J3,分別檢驗孔距3.0m、2.5m、2.0m的帷幕灌漿效果。采用單點法逐段壓水試驗。由此可知W-J1孔第1~3段透水率大于3Lu;W-J2孔、W-J3孔各段透水率均小于3Lu,因此孔距3.0m不能達到設計防滲要求,而孔距2.5m、2.0m均能達到設計防滲要求。左岸274m高程灌漿平洞亦根據試驗孔距布置3個檢查孔J1、J2、J3,分別檢驗孔距2.0m、2.5m、3.0m的帷幕灌漿效果。

2.3抬動變形分析

試驗過程中,兩個試驗區均布置了抬動觀測點以檢驗灌漿壓力對混凝土的抬動值。試驗表明在升壓試驗中混凝土的抬動均在0.2mm以內,最大為0.17mm,升壓試驗成功。

三、 帷幕灌漿施工控制

3.1 帷幕灌漿施工

依據施工規范和灌漿試驗結果,該工程帷幕灌漿設計總進尺約15000m,壩基帷幕灌漿設計為單排、直線懸掛式布置,左岸壩區(1#~5#壩段)孔距2.0m,右岸壩區(6#~9#壩段)孔距2.5m兩種,與壩軸線平行,所有帷幕孔均布置在壩基灌漿廊道及左右岸灌漿平洞上游,灌漿廊道及左右岸灌漿平洞尺寸為3m×3.5m。

帷幕灌漿施工工藝流程為:鉆孔——沖孔——壓水試驗——灌漿——下一灌漿段循環——封孔。帷幕灌漿孔孔底允許偏差見表1,在有承壓水的孔段,灌漿壓力要比承壓水壓力大0.4~0.6MPa。

表1帷幕灌漿孔孔底允許偏差表

孔深/ m 20 30 40 50 60

允許偏差/ m 0．25 0.45 0．70 1．00 1．30

3.2灌漿及結束標準

灌漿漿液濃度變換應遵循由稀到濃的原則,逐級改變。漿液的水灰比分為6級:5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1。帷幕灌漿結束標準,在設計壓力下時,如灌漿段吸漿量小于0.4L/min,繼續灌注60min,即可結束灌漿。灌漿過程中,應每隔30min測定漿液的比重,如出現吸水不吸漿情況,應加水稀漿,如再出現同樣情況,也可結束灌漿。

3.3灌漿施工效果分析

帷幕灌漿2009年6月3日至2009年11月13日完工。該工程帷幕軸線長度360.55m,分為11個施工單元,共完成鉆孔162個。施工結束后,根據監理和設計要求,在帷幕軸線上共布置檢查孔16個,采用單點法逐段壓水共完成壓水試驗126段次。帷幕灌漿孔平均單位注灰量Ⅰ序孔為157.58kg/m, Ⅱ序孔為105.45kg/m, Ⅲ序孔為46.75kg/m,呈明顯遞減趨勢。這說明通過各序孔的灌漿,上序孔的灌漿對下序孔影響較大,地層裂隙逐漸被填充,各序孔的灌漿過程就是帷幕體逐漸形成的過程。隨著灌漿的依次進行,地層的完整性趨強,可灌性越來越弱。通過鉆孔取芯,壓水檢查,檢查孔各孔段的透水率均在3Lu范圍內,完全滿足設計和相關規范要求。完成鉆孔751.15m,采集巖心685.47m,采集率91.3%,在左岸274m高程灌漿平洞有3孔各有一處可見水泥結石。個別檢查孔段透水率偏大的均進行了灌漿,如KJ1的第7段(終孔段)及K6-J1的第7段透水率為2.56Lu、2.10Lu,水泥單注量為2.95kg/m、1.36kg/m。在帷幕試驗及帷幕灌漿過程中,漿液曾發生多次外漏,從外漏產生情況來看多發生在淺層,且在沿斷層、節理裂隙面上;由于灌漿平洞沒有進行支護,灌漿時易發生外漏;尤其是在左右岸壩肩灌漿平洞施工時,由于底板混凝土薄(30cm)且混凝土與基巖結合面較差,故滲漏發生較多,經過逐級變換濃漿灌漿及進行間歇循環、待凝復灌等措施處理后均達到設計要求。

四 、幾點結論

1)帷幕灌漿試驗及帷幕灌漿檢查成果表明,當右岸壩區(6#~9#壩段)帷幕灌漿孔距為2.5m,左岸壩區(1#~5#壩段)帷幕灌漿孔距為2.0m時,灌漿效果較好,可以滿足設計防滲要求。另外為方便施工,帷幕軸線宜距廊道上游壁1.0m。

2)采用PO42.5普通硅酸鹽水泥,漿材水灰比依次為5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等6個比級是合適的。為保證帷幕的抗滲性和耐久性,宜在灌漿時采用較小的水灰比漿液進行大壓力灌注,以減小灌后漿液的泌水量,提高水泥結石強度。

3)目前水庫已蓄水并達到發電要求水位,大壩下游及邊坡周圍沒有出現大的滲水情況。大壩帷幕灌漿施工是成功的,達到了該工程的防滲要求。

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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。