深水拋石圍堰防滲帷幕設(shè)計(jì)與施工探討

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(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院， 沈陽 110003)

深水拋石圍堰防滲帷幕設(shè)計(jì)與施工探討

范遠(yuǎn)東，郭青春

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院， 沈陽 110003)

東湖電站進(jìn)水口施工采用巖坎加圍堰的擋水方案，由于其堰體為塊石架空結(jié)構(gòu)，孔隙率較大，無法進(jìn)行常規(guī)水泥灌漿形成防滲帷幕。根據(jù)該工程圍堰特點(diǎn)，采用膏狀漿液灌漿與水泥漿液灌漿相結(jié)合辦法進(jìn)行防滲。經(jīng)灌漿后質(zhì)量檢查，圍堰灌漿帷幕防滲性能滿足設(shè)計(jì)要求，為其他工程提供了借鑒和參考。

東湖電站； 巖坎圍堰； 膏狀灌漿； 水泥灌漿

1 概 述

1.1 工程概況

東湖電站取水口施工圍堰長81.7m，堰頂高程307.6m，頂寬為6m，最大堰高31.6m(軸線處)，圍堰上游邊坡為1∶1.5，下游邊坡為1∶1.75，堰體由鉆爆法洞挖石渣料填筑而成。堰體防滲采用4排灌漿帷幕形成，排距1.5m，上下游2排為膏狀漿液灌漿帷幕，中間2排為水泥漿液灌漿帷幕，膏狀漿液灌漿孔距1m，水泥漿液灌漿孔距2m。

圍堰橫剖面見下頁圖1。

1.2 圍堰特點(diǎn)

該工程采用巖坎加圍堰擋水方案，巖坎位于底部，高度為13.5m，巖坎上部修建施工圍堰，圍堰擋水高度31m。由于當(dāng)?shù)厝狈χ尾牧?，圍堰只能由洞挖石渣料填筑而成。堰體成為塊石架空結(jié)構(gòu)，因部分塊石體積較大，造成孔隙率較大，達(dá)到了30%，無法進(jìn)行常規(guī)水泥灌漿進(jìn)而形成防滲帷幕。根據(jù)該工程圍堰特點(diǎn)，采用膏狀漿液灌漿與水泥漿液灌漿相結(jié)合的辦法進(jìn)行防滲。

圖1 東湖電站取水口圍堰橫剖面

2 工程地質(zhì)條件

基巖巖性較單一，均為元古界二長花崗巖，分布面積大。水下溝底基本無松散堆積物。水下表層巖體為弱風(fēng)化，其下限埋深約為10～30m，起伏較大，呈現(xiàn)上游高下游低的規(guī)律。兩岸巖體表層以弱風(fēng)化為主，其下限埋深為10～30.5m，起伏較大，呈現(xiàn)兩岸高谷底低的規(guī)律。

弱風(fēng)化巖完整性系數(shù)值為0.07～0.75，弱風(fēng)化巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度建議值為40MPa。微風(fēng)化巖完整性系數(shù)值為0.57～0.79，單軸飽和抗壓強(qiáng)度建議值為60MPa。

根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)成果，該區(qū)弱風(fēng)化二長花崗巖，透水率一般為4～14Lu，為弱～中等透水。其中埋深0～10.5m段，透水率14Lu左右，為中等透水。埋深10.5m至孔底(34.50m)透水率4～6.80Lu，為弱透水。

3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

3.1 膏漿凝結(jié)體強(qiáng)度要求

3天設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于5MPa，7天設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于7.5MPa，28天設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于10MPa。

3.2 灌漿帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)

帷幕厚度δ=3～5m；透水率q≤7～10Lu；允許滲流梯度[J]≥6。

3.3 灌漿孔布置

圍堰防滲帷幕孔按4排布置，上下游2排為膏狀漿液灌漿帷幕，中間2排為水泥漿液灌漿帷幕，從上游至下游排距依次為1m，1.5m和1m。膏狀漿液灌漿孔距為1m，泥漿液灌漿孔距為2m。灌漿孔布置見圖2。

圖2 東湖電站取水口圍堰灌漿孔布置

4 膏狀漿液灌漿施工參數(shù)確定

4.1 施工順序

施工時，按照先下游排，再上游排，最后中間排的順序進(jìn)行施工，每排灌漿孔分兩序進(jìn)行加密灌漿施工。

4.2 灌漿工藝

先選擇Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。Ⅰ區(qū)采用套管跟進(jìn)水壓塞封閉自下而上分段灌漿法，II區(qū)采用下射漿管至孔底封閉料封閉自下而上分段灌漿法。分段長1.5～3m。根據(jù)灌漿試驗(yàn)效果，最后選擇套管跟進(jìn)水壓塞封閉自下而上分段灌漿法。膏漿灌漿孔參考灌漿壓力為0.20～0.50MPa，粉煤灰水泥漿灌漿孔參考灌漿壓力為0.30～0.80MPa。圍堰下部采用較大灌漿壓力，上部采用較小灌漿壓力。

4.3 漿液配合比

4.3.1 膏狀漿液配合比

圍堰膏漿灌漿采用純膨潤土水泥漿灌注，灌漿水灰比采用1∶1.11，漿液配比水：水泥：膨潤土漿：偏侶酸納實(shí)際比值按1∶1∶0.11∶0.002進(jìn)行。漿液配比見表1。

采用ZJ-400A型高速攪拌機(jī)集中制漿，按要求水灰比調(diào)配好后送至現(xiàn)場低速攪拌槽。

表1 膏漿灌漿水泥漿液現(xiàn)場配合比

4.3.2 水泥漿液配合比

圍堰帷幕灌漿采用粉煤灰水泥漿灌注，灌漿水灰比0.60∶1，實(shí)際各項(xiàng)比值為0.60∶0.80∶0.60∶0.01進(jìn)行配比。水∶水泥∶粉煤灰∶膨潤土漿，漿液配比見表2。

表2 帷幕灌漿水泥漿液現(xiàn)場配合比

4.4 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

4.4.1 膏漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

孔口返漿且灌漿壓力達(dá)到要求的灌漿壓力后即可結(jié)束。

a.當(dāng)灌漿注入率不大于1L/min時，持續(xù)灌注10min。

b.每米耗灰量達(dá)1.80t時，灌漿仍不能正常結(jié)束，則按照灌漿注入量較大的情況處理。

4.4.2 水泥灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

灌漿孔(段)滿足下列條件之一時，即可結(jié)束灌漿：

a.當(dāng)灌漿注入率不大于1L/min時，持續(xù)灌注10min。

b.每米耗灰量達(dá)500kg時，結(jié)束該段灌漿。

對不能正常結(jié)束的孔段，按排內(nèi)逐步加密的原則，在該孔左右兩邊各補(bǔ)一孔，最終必須達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4.4.3 封孔

在最上一段灌漿結(jié)束后可采用0.5∶1的普通硅酸鹽水泥漿液進(jìn)行灌漿，封孔灌漿壓力以地表不抬動來控制該孔最大的灌漿壓力，閉漿后即可結(jié)束該孔灌漿。

5 施 工

5.1 鉆孔

a.堰體鉆孔采用KLEMM全液壓履帶式鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，鉆孔徑133mm，中間排基巖采用沖擊鉆進(jìn)。檢查孔采用XY-2鉆機(jī)，孔徑76mm。

b.鉆機(jī)安裝前應(yīng)保證平整穩(wěn)固，在每個鉆孔前進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)，以確保工程質(zhì)量。

c.灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差不大于10cm,孔深不小于設(shè)計(jì)孔深，實(shí)際孔位、孔深做好記錄。

5.2 施工工藝

采用套管跟進(jìn)水壓塞封閉自下而上分段灌漿法，工藝流程見圖3。

圖3 東湖電站取水口圍堰灌漿工藝流程

5.3 灌漿過程中特殊情況處理

5.3.1 灌漿中斷

0.156 5 Hz的狀態(tài)是直線塔和導(dǎo)、地線發(fā)生耦合振動,共振頻率為0.305 9 Hz，是耐張塔和導(dǎo)、地線發(fā)生耦合振動.與單塔模態(tài)分析的共振頻率相比,體系的耦合振動頻率明顯小很多.在對單塔的模態(tài)振動分析時,在前10階中沒有出現(xiàn)單塔的垂直向共振,說明在單塔模態(tài)時的垂直向1階共振頻率要高于水平向的2階共振頻率,但從塔-線體的耦合振動分析可以看出(見表3),垂直向的模態(tài)頻率為0.858 6 Hz時是小于2階橫向共振頻率0.958 8 Hz.由此說明,與單塔模態(tài)頻率相比,塔-線體系中單塔的垂直向共振頻率值比水平向共振頻率值降低得多.

灌漿宜連續(xù)進(jìn)行，灌漿過程中因故造成長時間灌漿中斷的，立刻用清水沖洗灌漿孔段，然后進(jìn)行復(fù)灌。

5.3.2 串漿處理

采取多序次加密方式進(jìn)行施工，盡可能避免發(fā)生串漿現(xiàn)象。如發(fā)生串漿應(yīng)立即停止鉆孔，并拔出孔內(nèi)套管，對串漿孔孔口進(jìn)行封堵處理，嚴(yán)防串漿導(dǎo)致鉆孔內(nèi)套管被“固死”。

5.3.3 冒漿處理

堰體灌漿在無蓋重的條件下進(jìn)行，在進(jìn)行孔口段灌漿過程中不可避免地出現(xiàn)地表或孔口冒漿情況，導(dǎo)致灌漿效果不佳。上述情況發(fā)生后，采用間歇待凝或漿液變濃方法進(jìn)行處理。

5.3.4 灌漿注入量較大的處理

灌漿過程中，當(dāng)灌注漿液出現(xiàn)吸漿量大、長時間不能結(jié)束灌漿時，采用間歇30min左右時間、摻加速凝劑的方法進(jìn)行處理。

當(dāng)灌漿達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力，而注入量達(dá)到5t/m時，待凝后(時間經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定)進(jìn)行復(fù)灌，復(fù)灌水灰比逐級由稀變濃。吸漿量過大孔段，增大漿液密度，摻加外加劑等；也可間歇灌漿，以2.5t/m、1.5t/m逐漸減量控制，間歇時間30～60min。

5.3.5 灌漿注入量偏小的處理

灌漿過程中，如出現(xiàn)吸漿量過小，根據(jù)實(shí)際情況并報監(jiān)理批準(zhǔn)后，調(diào)整漿液配比，增加漿液流動性，確保灌漿效果。

6 防滲效果評價

6.1 灌漿注入量分析

圍堰灌漿試驗(yàn)共完成膏漿試驗(yàn)孔2排，完成鉆孔工程量1021.5m，灌入水泥量1803.61t。膏漿灌漿試驗(yàn)區(qū)共計(jì)28孔，共計(jì)659段，Ⅰ序孔共計(jì)333段，平均單位注入量2089.38kg/m，Ⅱ序孔共計(jì)326段，平均單位注入量1427.6kg/m。

水泥灌漿孔6個，完成鉆孔工程量282m，灌入水泥量141.37t。帷幕灌漿試驗(yàn)共計(jì)147段，Ⅰ序孔共計(jì)72段，平均單位注入量589.82kg/m，Ⅱ序孔共計(jì)75段，平均單位注入412.87kg/m。

6.2 巖芯分析

現(xiàn)場取出的最長巖芯為0.7m，堰體不同填筑料與膏漿膠結(jié)在一起，膠結(jié)和結(jié)石情況較好，證明在堰體空腔部位膏漿可以保證充填。在堰體與下部沉積體和基巖部位取出部分短柱狀膏漿結(jié)石，結(jié)石情況密實(shí)，證明堰體與基巖結(jié)合部位充填效果良好。

6.3 壓水試驗(yàn)分析

現(xiàn)場共布置20個檢查孔，壓水試驗(yàn)結(jié)果為2～3Lu，滿足設(shè)計(jì)要求。

6.4 無損聲波測試

圍堰無損聲波測試采用聲波透射法，目的是檢測鉆孔聲波的波速。現(xiàn)場采用跨孔方法，共檢測深度47m，檢測波速范圍為1.86～4.67km/s，滿足要求。檢測儀器設(shè)備采用數(shù)字超聲儀，包括雙孔換能器、數(shù)據(jù)自動連續(xù)采集。儀器設(shè)備及現(xiàn)場聯(lián)接如圖4所示。

圖4 基樁超聲波檢測示意圖

6.5 實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)

圍堰灌漿結(jié)束后，開始擋水，并進(jìn)行基坑抽水?；映楦珊螅瑖呶窗l(fā)現(xiàn)較大漏水通道，整體漏水量為50～60m3/d，完全在可控范圍之內(nèi)，圍堰灌漿的設(shè)計(jì)和施工取得了預(yù)期的效果。

7 結(jié) 論

東湖電站取水口拋石圍堰采用膏狀漿液結(jié)合水泥漿液灌漿取得了成功，從工程實(shí)踐看，獲得了以下幾個方面有益經(jīng)驗(yàn)。

a.通過檢查孔取芯和壓水試驗(yàn)的整體結(jié)果分析，各項(xiàng)灌漿參數(shù)對堰體的大孔隙的封堵效果是明顯的。采用兩排膏漿和中間排的帷幕灌漿相結(jié)合的方式是可以達(dá)到預(yù)定效果的。

b.灌漿孔深按照現(xiàn)場鉆孔情況實(shí)際確定，以進(jìn)入巖石不透水線(5Lu)以下深度1～1.5m為宜。

c.圍堰頂面應(yīng)設(shè)置混凝土蓋板壓重，蓋板厚度應(yīng)不小于0.5m，防止產(chǎn)生圍堰頂層8m灌漿由于達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力影響灌漿質(zhì)量。

[1] DL/T 5148—2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] SL 62—94 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on Deepwater Riprap Cofferdam Seepage-proof Curtain Design and Construction

FAN Yuan-dong, GUO Qing-chun

(Liaoning Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute, Shenyang 110003, China)

Water retaining plan of rock bank and cofferdam is adopted for Donghu Power station water inlet construction. Since the cofferdam is in stone overhead structure with large porosity, conventional cement grouting cannot be conducted for forming seepage proof curtain. Cream slurry grouting and cement slurry grouting are combined for preventing seepage according to cofferdam characteristics of the project. After the quality check after grouting, seepage-proof performance of cofferdam grouting curtain can meet the design requirements, thereby providing reference for other projects.

Donghu Power Station; rock bank cofferdam; cream grouting; cement grouting

TV543

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1005-4774(2014)12-0006-04