株溪口水電站廠房段溶槽處理設(shè)計(jì)與施工

宗蓓

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

1.1 概 況

株溪口水電站位于湖南省資水干流中游安化縣境內(nèi)，是一座以發(fā)電為主兼有航運(yùn)的樞紐工程。電站廠房屬于河床式廠房，位于河床右岸，廠房內(nèi)安裝4臺(tái)18.5MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。水庫正常蓄水位87.5m，相應(yīng)庫容為1950萬m3；控制流域面積約23213km2，總庫容0.58億m3。工程于2005年11月下河施工，于2006年8月開始廠房段土建施工。

1.2 廠房段地質(zhì)情況

株溪口水電站壩址右側(cè)原河床高程 （77.6～79.2）m，基巖面高程（74.5～76.5）m，地層為寒武系中統(tǒng)泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r等，主要的斷層有F28、F28＇、F29、F36，各斷層走向?yàn)镹EE向。廠房處河床高程（78.4～79.1）m，表部為砂卵石，厚（2～5.0）m；右岸部位為ⅠⅠ級(jí)階地，寬度大于100m，高程（90～100）m，由壤土、粘土構(gòu)成，厚（7～9）m，階地前緣斜坡坡角35°。廠房處下伏基巖為寒武系中統(tǒng)第四巖組含炭紋層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬，薄～中厚層狀為主，其中F36斷層從廠房部位經(jīng)過，斷層附近有牽引小褶皺發(fā)育，巖層扭曲較強(qiáng)烈，產(chǎn)狀變化較大，巖層走向N70°～80°E，傾向SE，傾角自15°～60°不等，巖溶較發(fā)育，沿?cái)鄬訋б娪腥芏窗l(fā)育。

F36斷層帶的巖溶漏水通道，斜穿廠房區(qū)域，其中巖溶發(fā)育豐富，存在大規(guī)模高流速、管道型涌水通道，同時(shí)沿?cái)鄬訋纬梢粭l（2～9）m寬的溶蝕槽，隨著廠房基坑開挖，涌水量呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，由最初0.05m3/min變?yōu)楹笃?3.33m3/min，給廠房施工和電站樞紐蓄水造成極大安全隱患，按照常規(guī)堵漏灌漿方法已無法解決該地質(zhì)問題。

2 廠房段溶槽處理設(shè)計(jì)

廠房F36斷層在2006年10月出現(xiàn)大規(guī)模的涌水，涌水量約為83.33m3/min，若不盡快進(jìn)行處理，將嚴(yán)重影響廠房施工延誤工期，并且直接關(guān)系到廠房基礎(chǔ)穩(wěn)定。

溶槽處理設(shè)計(jì)主要為滲漏水處理和地質(zhì)處理。

（1）滲漏水處理。

滲漏水處理中應(yīng)首先準(zhǔn)確掌握溶槽滲漏通道并根據(jù)滲漏通道制定水流控制方法。為查清廠房溶槽滲漏通道，采用物探電磁波透視掃描，以期能精確檢測(cè)溶槽發(fā)育情況，得出溶槽大小、深度和長度精確數(shù)據(jù)。通過物探掃描分析，查明溶槽滲水連通情況，證明了F28斷層滲水通道和F36滲水通道連通，且F28斷層通道在閘壩段，高程約為70m，F(xiàn)36斷層通道延伸到廠房底部，高程約55m，溶槽出水口與河床外水位高差約25m，存在水頭高，流速大的問題。為解決水頭高、流速大的問題，在較大涌水點(diǎn)位置設(shè)計(jì)三級(jí)井點(diǎn)，在各井點(diǎn)和冒水點(diǎn)等部位埋設(shè)引管、預(yù)埋灌漿管路、安裝抽水系統(tǒng)，把其它部位的滲漏水通過暗管引排至最近的集水井，集中抽排至圍堰外，以達(dá)到控制水流的目的。

（2）地質(zhì)處理。

地質(zhì)處理主要為充填物質(zhì)和灌漿工藝的選擇。選擇充填砂卵石是因?yàn)槁咽趧?dòng)水中流動(dòng)性好，容易充滿整個(gè)蜂窩狀的溶槽，施工工藝簡單，針對(duì)不同孔徑的溶槽可使用不同級(jí)配的卵石充填，充填骨料顆粒直徑為（5～20）mm。灌漿工藝分為三步，即物質(zhì)充填——充填灌漿——固結(jié)灌漿。在溶槽出水口封閉前，溶槽內(nèi)已充填滿卵石骨料，引管封閉后，靜水狀態(tài)下普通水泥灌漿效果良好且材料不浪費(fèi)，該灌漿方式較為經(jīng)濟(jì)。

3 廠房段溶槽處理施工方法

3.1 廠房進(jìn)水渠溶槽處理

廠房進(jìn)口段左岸邊坡出現(xiàn)F36斷層溶槽,溶槽寬度為（2～5）m，夾層為粘土,有較大黃泥水流出。底板處基巖清理深度約為5m，底部高程約56.5m，用人工掏出夾層黃泥，清理到夾層穩(wěn)定原狀土層，回填C15混凝土至58.5m高程，并沿?cái)鄬臃较虿贾忙?8@200mm，垂直斷層方向布置Φ25@200mmⅡ級(jí)鋼筋，再澆筑混凝土至廠房建基面高程60.15m。在回填澆筑過程中，由于滲水量較大，在滲水處埋設(shè)4根8寸引水鋼管，將涌水引出，以確?；炷翝仓|(zhì)量，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到后封堵引水管。

廠房進(jìn)水渠上游側(cè)F36斷層以上部分，首先清理約3 m深度的黃泥夾層，之后在夾層兩側(cè)的巖壁上鉆孔設(shè)置Φ25@1500mm長度為2m（外露長度1m）的錨桿，再分層澆筑混凝土以堵塞斷層，同時(shí)在混凝土墻體中埋設(shè)PVC排水管。待混凝土墻體澆筑到80.0m高程后，再在進(jìn)水渠底板處進(jìn)行灌漿處理。

3.2 廠房主機(jī)段溶槽處理

廠房主機(jī)段在開挖施工過程中，將F36溶槽挖穿，導(dǎo)致3#機(jī)組尾水段集水坑中的涌水擊穿溶槽夾層粘土，大量涌水從廠房4#主機(jī)段涌出，致使3#尾水段的集水坑失效，廠房主機(jī)段基礎(chǔ)開挖因涌水中斷。

開挖中斷后，在廠房4#機(jī)主機(jī)段先填筑沙包圍堰，將涌水分隔在3#主機(jī)段，爆破形成一個(gè)集水坑（長15m寬20m，2m深）。新的集水坑形成后，在集水坑下游側(cè)采用型鋼搭設(shè)一個(gè)能滿足安裝12臺(tái)水泵的平臺(tái)。在此平臺(tái)上，安裝了90kW水泵3臺(tái)，揚(yáng)程34m，流量612m3/h；75 kW抽水機(jī)5臺(tái)，揚(yáng)程39m，流量486m3/h；55kW抽水機(jī)2臺(tái)，揚(yáng)程19m，流量790m3/h。為將涌水口涌水引入4#主機(jī)段集水井，并控制水流流向，在4#主機(jī)段最大涌水點(diǎn)處埋設(shè)3根直徑DN400的鋼管，管口一端伸至涌水點(diǎn)，另一端伸至集水坑。管口安裝DN400的閘閥，用于將來封管用。為將涌水點(diǎn)涌水圍堵，將水引進(jìn)排水管，采用袋裝混凝土疊成圍墻，先后使用3000個(gè)編織袋。先圍堵涌水點(diǎn)兩側(cè)，壘一層混凝土包；由于涌水大，混凝土包之間縫隙漏水，在混凝土包外圍再壘一層，兩層中間間隔50cm，端頭封住，最后往隔層灌混凝土，并振搗密實(shí)，以防止漏水。待第2天，涌水點(diǎn)兩側(cè)圍墻混凝土凝結(jié)有強(qiáng)度后，采用混凝土包封堵涌水點(diǎn)剩余的缺口。

做了以上處理之后，為保證4#機(jī)底板整塊澆筑，在4#機(jī)臨時(shí)集水坑上鋪設(shè)鋼梁、鋼模板，形成蓋板，整體澆筑4#機(jī)底板。在架設(shè)4#機(jī)臨時(shí)集水坑蓋板時(shí)，預(yù)留4個(gè)混凝土澆筑孔和集水坑排水孔。待混凝土澆筑覆蓋完成，封住閘閥后，回填集水坑混凝土。引水管布置見附圖。

附圖 4#機(jī)溶槽引水管埋設(shè)示意圖

溶槽涌水被引入4#機(jī)集水坑后，原來在3#尾水段的涌水口涌水減少，只需要安裝2臺(tái)75kW水泵即可以平衡涌水。先采用沙袋將涌水口圍住，縮小抽水范圍，將原3#尾水段集水坑清理后覆蓋混凝土。在集水坑四周巖石面清理干凈、底板清理至溶槽原狀粘土層后，在四周巖石上打錨桿（Φ25@1500L3000，錨入基巖深度2m），并在垂直溶槽走向布置Φ32@100mm鋼筋，沿溶槽走向布置Φ25@200mm鋼筋，然后采用C20混凝土進(jìn)行覆蓋。

3.3 溶槽灌漿處理

廠房段溶槽灌漿處理工程作為一個(gè)單元,共分為4個(gè)部分，按照溶槽涌水點(diǎn)自上游到下游分為1#、2#、3#小集水坑及4#機(jī)主機(jī)段大集水坑。

配合廠房3#、4#機(jī)混凝土澆筑施工,先后在F36溶槽涌水點(diǎn)1#、2#、3#小集水坑及4#機(jī)主機(jī)段大集水坑預(yù)埋了灌漿管路系統(tǒng)。其中1#、2#、3#小集水井分別預(yù)埋長6m Φ150mm灌漿鋼管、長6mΦ75mm灌漿鋼管各1根，4#機(jī)主機(jī)段大集水井預(yù)埋6m長Φ150mm灌漿鋼管4根、長6mΦ75mm灌漿鋼管2根，各安裝有球閥開關(guān)等，以便進(jìn)行“試封堵”及以后灌漿時(shí)閉漿和封管處理用。灌漿準(zhǔn)備工作就緒后，關(guān)閉廠房4#主機(jī)段集水坑DN400閘閥進(jìn)行封堵，至此，F(xiàn)36溶槽廠房段堵水工作基本完成，具備堵漏灌漿條件。

堵漏灌漿先預(yù)埋灌漿管路，再澆筑混凝土蓋重，最后由預(yù)埋管路灌注水泥漿液的程序進(jìn)行灌漿施工。通過之前預(yù)埋的灌漿管路采用循環(huán)式灌漿和純壓式灌漿相結(jié)合施工，單位吸漿量過大或長時(shí)間灌漿壓力和單位吸漿量無明顯變化時(shí)，通過一條灌漿管路灌注水玻璃等速凝劑,讓水泥漿液可快速凝固減少漿液外流浪費(fèi)。漿液采用0.6∶1濃漿開灌直至終灌，灌漿壓力采用0.5MPa，最大壓力下不吸漿持續(xù)灌注10min后封閉灌漿鋼管，達(dá)到閉漿效果，第2天打開灌漿鋼管閥門檢查封管效果。

4 結(jié)語

株溪口水電站由于地質(zhì)原因，廠房段開挖時(shí)出現(xiàn)了較大的溶槽，且和閘壩處溶槽相通，給施工帶來了很大的困難，溶槽處理就變成了當(dāng)務(wù)之急。在施工中首先對(duì)溶槽涌水點(diǎn)進(jìn)行圍堵，形成集水坑，然后用水泵排水，再分個(gè)封堵，待集水坑封堵完畢，進(jìn)行灌漿處理。

根據(jù)預(yù)埋的滲壓計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，滲透壓力與外河水位的升降密切相關(guān)。F36溶槽處理前，布置的滲壓計(jì)其壓強(qiáng)波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍在（+0.04～-0.08）MPa之間。隨著關(guān)閉涌水口后，溶槽充填灌漿、固結(jié)灌漿處理的進(jìn)行，滲壓計(jì)壓力值趨于穩(wěn)定，波動(dòng)范圍在±0.01MPa之間，壓水透水率最大值為4Lu，抬動(dòng)觀測(cè)最大值為180um，均在許可的范圍內(nèi)，表明溶槽處理效果良好。

實(shí)踐證明，該電站廠房段的溶槽處理方法是行之有效的。所敘溶槽處理的施工過程及施工方法，可為處理類似問題提供參考。