單向化學(xué)灌漿技術(shù)在雙曲拱壩防滲加固中的應(yīng)用——以黃山溪一級水電站雙曲拱壩為例

裘建平,王建策,葛國昌

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.永嘉縣水利局,浙江 永嘉 325100)

1 工程概況

黃山溪一級水電站位于浙江省永嘉縣巖坦溪主流黃山溪上游,該工程為單目標(biāo)的發(fā)電工程,主要建筑物有攔河大壩、引水發(fā)電隧洞、壓力管道、發(fā)電廠房、升壓變電站及送出工程等。

攔河大壩為混合線型雙曲拱壩,壩址距永嘉縣城102 km。壩址控制集雨面積27.86 km2。壩體材料為C20混凝土,最大壩高59.5 m。水庫正常蓄水位490.0 m(黃海高程系,下同),設(shè)計洪水位493.55 m,校核洪水位494.38 m,正常庫容648萬m3。水庫泄洪采用壩頂表孔溢流,最大下泄流量696 m3/s,堰面采用WES型曲線。壩后采用挑流消能。

2 存在的問題

黃山溪一級水電站于2002年10月進(jìn)場施工,至2005年5月完工,并進(jìn)入了試運(yùn)行階段。在試運(yùn)行期,發(fā)現(xiàn)大壩左壩肩存在嚴(yán)重漏水,壩體有多條裂縫和伸縮縫漏水。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,裂縫累計長度約200余米。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況,大壩主要存在的問題:一是左壩肩漏水嚴(yán)重,漏水量約為80～100 L/min;二是壩體裂縫分布在各個壩塊。經(jīng)初步分析判斷壩肩滲漏是拱座巖體裂隙及壩體與壩基存在接觸間隙導(dǎo)致的。

壩體裂縫的形狀有豎直向、斜向、水平向,從現(xiàn)場可以看到大多裂縫都存在滲水和大量游離鈣析出物,盡管施工方已對裂縫進(jìn)行處理,但現(xiàn)場裂縫漏水的情況仍較嚴(yán)重。后經(jīng)與業(yè)主及當(dāng)?shù)厮鞴懿块T、設(shè)計單位等溝通,最終由浙江省水利河口研究院提出化學(xué)灌漿方案并進(jìn)行處理。

3 處理方案與設(shè)計

針對黃山溪一級水電站大壩存在的大量裂縫和左岸壩肩漏水問題,原設(shè)計提出的方案為:壩體裂縫采用化學(xué)灌漿,左岸壩肩漏水采用壩頂鉆鉛直孔和迎水面鉆斜孔水泥帷幕灌漿。工程處理概算約300萬元,工期約2.5個月。但由于大壩坐落在V形河谷,兩岸陡峻,且壩高體薄,如選擇在迎水面施工的方案,必須將庫水放空并搭設(shè)大量的腳手架,其工程量和施工難度都非常大,且存在一定的施工安全問題。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和分析研究,并與有關(guān)方面溝通,最終確定壩體裂縫和壩肩漏水均采用化學(xué)灌漿技術(shù)處理,全部施工都在背水面進(jìn)行。

3.1 左岸壩肩化學(xué)灌漿

沿大壩下游面岸坡搭設(shè)平臺和貼坡軟梯,在水庫高水位時找出全部漏水部位,對出水相對大的漏水點(diǎn)埋置灌漿管,其余部分采取止漏封閉。為達(dá)到既防滲又補(bǔ)強(qiáng)的工程處理效果,灌漿材料選用環(huán)氧樹脂和水溶性聚氨酯2種化學(xué)漿液,灌漿采用單向反壓式灌漿技術(shù)。具體設(shè)計技術(shù)要點(diǎn)如下:

3.1.1 施工步驟

漏水范圍調(diào)查→埋設(shè)灌漿管與裂縫封閉→壓水(壓氣)試驗→灌漿

3.1.2 漏水范圍調(diào)查

在水庫高水位時,清理岸坡巖面松動的巖塊和施工垃圾,并用高壓水清洗巖面污垢,找出漏水范圍和漏水點(diǎn)。

3.1.3 埋設(shè)灌漿管與裂縫封閉

在水庫低水位時,對相對較大的漏水點(diǎn)逐個埋設(shè)灌漿管,其余部分(距離漏水點(diǎn)23 m范圍內(nèi)的破碎巖石和裂隙)用速凝水泥砂漿封閉,且能承受0.8MPa的灌漿壓力。

3.1.4 壓水(壓氣)試驗

待埋管和封閉材料達(dá)到一定強(qiáng)度后,采用循環(huán)壓水和壓氣的方法清洗巖縫并檢查封閉的質(zhì)量,如發(fā)現(xiàn)有新的漏水點(diǎn),再行埋管和封閉,直至滿足灌漿的要求為止。同時通過壓水試驗資料的分析,制定灌漿控制的各項指標(biāo)。

3.1.5 灌 漿

3.1.5.1 對庫水位的要求

在額定灌漿壓力條件下,為降低庫水的承壓阻力,使?jié){液能順利的壓入巖縫和漏水通道,故控制庫水壓力在0.30MPa以下。

3.1.5.2 灌漿壓力

在綜合條件允許的情況下,一般選用較高的灌漿壓力是有利的,其優(yōu)點(diǎn)在于能使?jié){液壓入巖層中的細(xì)小裂縫和漏水通道,充填密實(shí)牢固,同時也可提高灌漿效率,縮短工期,降低成本。經(jīng)綜合分析,最大灌漿壓力選用0.80MPa。

3.1.5.3 灌漿技術(shù)要點(diǎn)

(1)根據(jù)壓水試驗的成果,確定漿液的配比和灌漿量估算。

(2)灌漿采取從低位到高位的接力式灌漿方法,對出水相對大的管孔作為灌漿孔,反之作為排氣(水)孔。

(3)選用符合額定排量和壓力的灌漿泵或臺數(shù),根據(jù)實(shí)際需要,有效控制灌漿速率。

(4)灌漿時掌握好灌漿壓力、灌漿速率,并觀察灌漿周邊有無串冒漿情況,如有反常,則根據(jù)實(shí)際情況及時采取措施(如變換漿液、降壓、封堵等),確保灌漿質(zhì)量。

(5)在規(guī)定的最大灌漿壓力下,灌至基本不進(jìn)漿并保持屏漿時間大于或等于30 min,結(jié)束灌漿。

3.2 壩體裂縫化學(xué)灌漿

高位壩體裂縫采用移動吊籃,低位裂縫利用壩后橋搭設(shè)腳手架施工作業(yè)。根據(jù)裂縫所處位置和結(jié)構(gòu)要求,確定主要灌漿材料為環(huán)氧樹脂、水溶性聚氨酯化學(xué)漿液。灌漿方法為騎縫埋管灌漿法,具體設(shè)計技術(shù)要點(diǎn)如下:

3.2.1 施工步驟

鑿V型槽→埋設(shè)灌漿管與裂縫封閉→壓水(壓風(fēng))試驗→灌漿

3.2.2 鑿V型槽

用人工或切割機(jī)沿裂縫表面鑿成V型狀槽,寬、深均為4 cm左右。

3.2.3 埋設(shè)灌漿管與裂縫封閉

清除槽面及兩側(cè)巖粉和污垢,沿裂縫表面每1～2 m間距埋設(shè)灌漿管(或灌漿針閥),對于有滲水的裂縫,埋設(shè)排水管引流,并用速凝水泥堵漏。待縫面干燥及清理干凈后,用環(huán)氧樹脂膠料嵌槽封閉。

3.2.4 壓水(壓風(fēng))試驗

嵌槽封縫后,進(jìn)行壓水清洗裂縫和壓水 (風(fēng))試驗,檢查封縫質(zhì)量和灌漿管暢通情況,如發(fā)現(xiàn)封閉有滲漏,重新進(jìn)行封閉。通過壓水(風(fēng))試驗了解和掌握裂縫的貫通性、可灌性、灌漿壓力、灌漿速率、灌漿量等情況,確定灌漿材料和制定灌漿的各項技術(shù)參數(shù)。

3.2.5 灌 漿

(1)配漿。漿液配制前做漿液試驗,一方面檢測漿材質(zhì)量,另一方面根據(jù)氣溫情況調(diào)整漿液凝固時間。漿液配制采用稱量法,貯漿容器用塑料提桶,在配制環(huán)氧漿時做到稱量準(zhǔn)確,攪拌均勻,每次配漿量根據(jù)灌漿速率確定(一般為2～8 kg)。同時,嚴(yán)禁一切異物混入漿內(nèi),以防止灌漿時異物堵死裂縫而造成突然拒漿。

(2)灌漿壓力。灌漿最大壓力為0.35～0.40 MPa。對于裂縫面積大、裂縫較寬可灌性好的孔,采用低壓力值;對于裂縫面積小,裂縫較窄且可灌性差的孔,則采用高壓力值;對于一些貫通性裂縫且裂縫較寬的孔,則采用小于或等于0.30MPa的灌漿壓力,以防止裂縫再次劈裂擴(kuò)展。

(3)首灌孔選擇。對于同一條裂縫,選擇灌孔比較暢通或較低位孔作為首選灌漿孔,其它孔作為排氣孔,以利于灌漿暢通縮短灌漿歷時,以及有利于漿液充滿縫隙,防止出現(xiàn)空縫。當(dāng)排氣孔出漿時,視實(shí)際情況關(guān)閉閥門或作并聯(lián)灌漿。對于不出漿的灌孔,也逐一進(jìn)行灌漿。

(4)灌漿控制。為確保裂縫灌注密實(shí),又不致于漿液過多串失浪費(fèi),故對每一條裂縫所在的位置、結(jié)構(gòu)斷面、周邊條件、裂縫開度、可灌性等基本信息掌握后,確定灌漿材料、漿液配比、凝膠時間、灌漿速率、灌漿壓力以及在灌漿過程中出現(xiàn)的一些特殊情況的應(yīng)急處理措施。

(5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)定灌漿壓力下灌至不進(jìn)漿,并保持屏漿時間大于或等于30 min,結(jié)束該孔灌漿,同時關(guān)閉孔口閥門。另外,當(dāng)灌孔有脫空現(xiàn)象時,進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。

4 灌漿施工及效果

灌漿施工自2007年4月16日進(jìn)場,于同年5月7日全部完成壩肩漏水和壩體裂縫的灌漿處理工作。灌漿處理的裂縫長度總計約200余米,耗用漿材約1.2 t。因工程施工期正值春汛,雨量充沛,故灌漿施工結(jié)束后不久,工程就投入了高水位運(yùn)行,經(jīng)工程參建各方現(xiàn)場檢查,原壩肩漏水和壩體裂縫漏水基本消失?，F(xiàn)工程已運(yùn)行4年多時間,目前情況依然良好,達(dá)到了工程處理的預(yù)期效果。

5 結(jié) 語

本文根據(jù)黃山溪一級水電站的特殊性,經(jīng)過分析研究和根據(jù)以往多年的工程實(shí)踐,提出了壩肩漏水和壩體裂縫均采用單向化學(xué)灌漿的處理方法。實(shí)踐表明,該處理方法不僅技術(shù)上可行,且具有施工工期短、投資省的特點(diǎn),與原方案比較,縮短了工期近2個月,實(shí)際處理費(fèi)用不到原方案的1/10,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]蔣碩忠,張捷.綠色化學(xué)灌漿技術(shù) [M].武漢:長江出版社,2006.

[2]魯一暉,孫志恒.水工混凝土建筑物病害評估與修補(bǔ)文集[C].北京:中國水利電力出版社,2001.