泥巖層狀破碎帶特大涌水處理方法探索與實(shí)踐

萬翔鴻,張迪迪,張 磊

(中國水利水電第一工程局有限責(zé)任公司基礎(chǔ)工程分局,遼寧大連 116041）

泥巖層狀破碎帶特大涌水處理方法探索與實(shí)踐

萬翔鴻,張迪迪,張 磊

(中國水利水電第一工程局有限責(zé)任公司基礎(chǔ)工程分局,遼寧大連 116041）

泥巖地質(zhì)條件一般較差,在這種基礎(chǔ)上修建大型水利工程,基礎(chǔ)處理難度較大。哈達(dá)山水利樞紐工程壩基為近水平發(fā)育的泥巖,壩基深處發(fā)育層狀破碎帶,嚴(yán)重影響壩基的穩(wěn)定安全。通過分析這種地層中的涌水的滲透通道,采取了一系列注漿處理措施。這種處理方法既節(jié)約成本,又保證施工質(zhì)量。結(jié)合本工程發(fā)電廠房集水井特大突水及整個(gè)P7破碎帶處理方法,總結(jié)針對(duì)泥巖地層中特大涌水處理的思路和方法。

泥巖;層狀破碎帶;水利工程;壩基;灌漿

1 工程概況

哈達(dá)山水利樞紐工程位于第二松花江(簡稱二松）干流下游河段,壩址距松原市約20 km,擔(dān)負(fù)著向吉林西部提供生活和工農(nóng)業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)供水和發(fā)電等四大任務(wù)。樞紐總平面布置為:擋水土壩、16孔溢流壩、河床式水電站,總庫容為6.08億m3。工程等級(jí)為Ⅰ等。

大壩基礎(chǔ)坐在微、弱風(fēng)化灰綠色或紫紅色夾粉砂巖薄層的泥巖上,在建基巖以下7～8 m處層狀發(fā)育面狀破碎帶,其寬度0.5 m左右,由破碎巖塊組成,影響帶寬度1～2 m左右,設(shè)計(jì)稱P7,將嚴(yán)重影響壩基的抗滑穩(wěn)定性,對(duì)樞紐的安全造成潛在的威脅。在廠房集水井開挖揭露P7時(shí),沿P7破碎帶及其影響帶出現(xiàn)了特大涌水,涌水量達(dá)350 m3/h。這種涌水將本來發(fā)育不良的地層中的顆料充填物也帶出,使地基中形成不均勻分布的空腔,促使原本發(fā)育不良的壩基更加惡化。為此設(shè)計(jì)對(duì)此進(jìn)行有針對(duì)性的處理,要求對(duì)P7及集水井的特大涌水進(jìn)行灌漿處理。

2 處理方案的分析與選定

針對(duì)地層特性,處理方案的基本思想是先圍堵集水井較遠(yuǎn)部位,逐漸縮小處理范圍,減少集水井封堵難度,最后達(dá)到完全封堵,并采取加強(qiáng)灌漿,具體方法如下。

(1）進(jìn)行P7破碎帶灌漿處理方法與工藝試驗(yàn),確定適合泥巖特性和破碎帶部位的施工參數(shù)。

(2）在集水井右側(cè)設(shè)一5 m×3 m×2 m的臨時(shí)泵坑,把廠房集水井處的特大涌水引導(dǎo)至臨時(shí)泵坑,進(jìn)行涌水分流。

(3）在臨時(shí)泵坑頂部的砼澆筑達(dá)一定厚度后,對(duì)集水井預(yù)埋的3根4 in(101.6 mm）鐵管的涌水進(jìn)行灌漿封堵。

(4）集水井周邊砼及P7破碎帶灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。這是最后一道處理措施,采取加固固結(jié)灌漿與補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿。

3 P7破碎帶特大涌水處理工藝試驗(yàn)與封堵實(shí)施

3.1 P7破碎帶灌漿處理專項(xiàng)試驗(yàn)

在P7破碎帶特大涌水處理實(shí)施方案確定后,首先進(jìn)行工藝可行性的試驗(yàn)論證。對(duì)于灌注水泥砂漿方案,在壩區(qū)內(nèi)2號(hào)溢流壩段進(jìn)行P7破碎帶灌漿處理專項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)分3組進(jìn)行,梅花型布孔,水平、垂直間、排距均為3 m。各組均成正六邊形。試驗(yàn)孔孔深為入巖9～11 m,即進(jìn)入P7破碎帶底線1～2 m。

通過試驗(yàn)取得了如下試驗(yàn)成果:采用自上而下分段灌漿工藝、接觸段及吸漿量大的P7部分待凝24 h、吸漿量大的P7部位采用砂漿不中停的灌漿方法;灌漿壓力I序孔0.3～0.5 MPa,II序孔0.4～016 MPa;灌漿分段自上而下為別為2、5～7、≯4 m,共3段;砂漿采用水∶灰∶砂=0.8∶1∶1及1∶1∶1兩個(gè)比級(jí)。

3.2 P7破碎帶灌漿處理實(shí)施

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,在樞紐溢流壩段及發(fā)電廠房基礎(chǔ)時(shí)行固結(jié)灌漿,固結(jié)灌漿孔深至P7破碎帶底線以下1～2 m。按既定的針對(duì)P7處理方案,先對(duì)集水井較遠(yuǎn)處進(jìn)行灌漿封堵。溢流壩段共施工1175孔, P7灌漿處理4700 m,灌入水泥628.08 t,灌入砂子76.9 t,平均基巖單位水泥注入量133.63 kg/m。發(fā)電廠房共施工410孔,P7灌漿處理1640 m,灌入水泥246.8 t,灌入砂子68.2 t,平均基巖單位水泥注入量150.5 kg/m。在集水井外圍灌漿處理過程中,集水井處及臨時(shí)泵坑處的水泵抽水也逐漸減少,投入的水泵數(shù)量由原6臺(tái)到后期2臺(tái)。這表明第一步的灌漿處理取得了明顯的效果。

3.3 集水井外側(cè)臨時(shí)泵坑回填處理

3.3.1 模板支立

在臨時(shí)集水坑116.00 m高程鋪設(shè)普通鋼模板,底部采用20槽鋼做支撐,模板鋪設(shè)時(shí),并預(yù)留8 in (203.2 mm）水泵排水管口、4 in水泵排水管管口、“300 mm鋼管(后期注砼管道）和2根“75 mm鋼管位置。

3.3.2 回填砼施工

該部位砼澆筑時(shí)采取了邊抽水邊澆筑速凝砼,在短時(shí)間內(nèi)迅速用速凝砼進(jìn)行封堵。為防止在抽水過程中將砼中的水泥及細(xì)顆料帶出,在剛下料時(shí)可停止臨時(shí)泵坑抽水,適當(dāng)打開通往集水井處的閥門,以控制涌水量和涌水壓力。

3.3.3 預(yù)埋管的封堵灌漿處理

先利用預(yù)埋的鋼管往臨時(shí)泵坑灌注1∶1∶1水泥砂漿,待各個(gè)預(yù)埋管灌注到一定壓力后改用穩(wěn)定水泥漿液灌注至結(jié)束。在灌注引水管時(shí)該部位的其它預(yù)埋管就出現(xiàn)串漿情況,待串漿密度達(dá)1.5 kg/L左右,將該串漿管閥門關(guān)閉。灌后將串漿管打開后,已經(jīng)有部分埋管被水泥漿充填。對(duì)所有還出現(xiàn)涌水的預(yù)埋管均采用水泥漿液灌封。封堵灌漿共灌入水泥漿12.88 t。

3.4 集水井特大涌水處理

3.4.1 集水井內(nèi)預(yù)留管灌注

(1）首先清理泵坑,人工將前期施工時(shí)串入井內(nèi)的水泥漿漿及P7透水夾層中的泥質(zhì)充填物清理干凈,使井壁滲漏點(diǎn)和引管完全外漏。

(2）在高程較低的引水管管口焊接法蘭接口,連接變徑作為灌漿進(jìn)漿接口。

(3）安裝完成后采用純壓式灌漿方式用0.6∶1水泥穩(wěn)定漿液灌注,直到耗漿量≯1 L/min時(shí),繼續(xù)灌注30 min結(jié)束灌漿。

(4）灌漿壓力:灌漿壓力為涌水壓力0.1 MPa加上0.4MPa,即0.5MPa。在灌漿過程中根據(jù)注入流量控制壓力,并設(shè)專人觀測(cè)集水井及周邊串冒漿情況。

(5）為防止灌漿過程中出現(xiàn)管口突水事件,井內(nèi)施工人員均穿救身服,并準(zhǔn)備繩索置于井內(nèi)。集水井涌水共灌入水泥27.75 t。

3.4.2 集水井P7封堵帷幕灌漿和集水井外圍砼補(bǔ)強(qiáng)灌漿

待混凝土澆筑至118.00 m并達(dá)到一定強(qiáng)度后,進(jìn)行集水井P7封堵帷幕灌漿水泥和砼補(bǔ)強(qiáng)灌漿。布孔方式是圍繞集水井環(huán)形布置,排距1 m,孔距2 m,且靠里側(cè)(環(huán)形帷幕）孔距集水井邊線為0.5 m,孔深至P7層底線以下2 m,具體布置詳見圖1。灌漿時(shí)采用孔內(nèi)循環(huán)、分段灌漿法,III序分序施工。共完成帷幕灌漿609.59 m,注入水泥63.66 t,砼固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)灌漿鉆孔646.7 m,注入水泥16.85 t。

圖1 集水井P7部位灌漿處理孔位平面布置圖

4 P7破碎帶特大涌水處理效果檢查與結(jié)論

采取一系列技術(shù)措施后,集水井井壁再無滲水,集水井具備正常排水功能,泥巖壩基中發(fā)育的不良地質(zhì)構(gòu)造帶已處理完畢。這次處理是很成功的。通過這次對(duì)P7破碎帶特大涌水處理,收獲以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)體會(huì):

(1）對(duì)于特大涌水的處理方案應(yīng)遵循以排為先、降低壓力,再逐漸封堵、降低滲流的規(guī)律,從而合理施用堵排結(jié)合的思想;

(2）由于泥巖特性比較特殊,在較大壓力下容易劈裂,故在壓力選用上應(yīng)合理,特別在壓水壓力的選用上更要慎重;

(3）由于基礎(chǔ)巖石近水平狀發(fā)育,壩基中的排水不是很通暢,故建議基礎(chǔ)帷幕形成后在幕后增加排水孔,以減少擋水建筑物的揚(yáng)壓力。

[1] 王福平,藺剛,王立民,等.通化桃園水利樞紐工程特殊壩段帷幕灌漿工藝技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2009,36 (8）.

[2] 李茂芳,孫釗.大壩基礎(chǔ)灌漿[M].北京:水利電力出版社, 1987.

[3] 孫釗.大壩巖石基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1987.

[4] 白永年,吳士寧,王洪恩.土石壩加固[M].北京:水利電力出版社,1992.

[5] DL/T 5148-2001,水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)[S].

Exploration and Practice of Gushing Water Treatment in M udstone Layered Fracture Zone

WAN Xiang-hong, ZHANG D i-di,ZHANG Lei(Sinohydro Bureau 1 Co.,Ltd.,Dalian Liaoning 116041,China）

Foundation trea tment is usually difficult for large water conservancy projecton the mudstone which generally has poor geological conditions.The dam foundation of Hattashan hydro-junction project was constructed on flat mudstone;the stability and security of the dam foundation were seriously affected by the deep layered fracture zone.Analysis on the out-gush infiltration channelwasmade and a series of groutingmethod were taken.This approach not only saves cost,but also ensures the construction quality.The article summed up the treatmentmethod of special gushingwater in the mudstone on the basis of the large water inrush in powerhouse water collectingwell and in the P7 fracture zone;it isworth to be the ref-erence.

mudstone;layered fracture zone;water conservancy project;dam foundation;grouting

TV543

:A

:1672-7428(2010）06-0065-02

2010-01-28

萬翔鴻(1971-）,男(漢族）,寧夏隆德人,中國水利水電第一工程局有限責(zé)任公司基礎(chǔ)工程分局副總工程師、高級(jí)工程師,工程地質(zhì)專業(yè),從事水電工程施工管理工作,遼寧省大連市旅順中水山莊。