固結(jié)灌漿技術(shù)在太平灣水電站壩基加固中的應(yīng)用

劉 濤

(葫蘆島平山供水有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

固結(jié)灌漿技術(shù)在太平灣水電站壩基加固中的應(yīng)用

劉 濤

(葫蘆島平山供水有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

水電站作為我國水利建設(shè)工程的重要組成部分，在發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉、生活供水等方面發(fā)揮著不可替代的作用，而大壩作為水電站的主體工程，其結(jié)構(gòu)的堅固和穩(wěn)定直接決定了水電站的運行和使用壽命。固結(jié)灌漿技術(shù)對提高大壩壩基穩(wěn)定性和承載力具有顯著效果，因而在復(fù)雜地段得到廣泛應(yīng)用。本文以遼寧省太平灣水電站為實例，介紹了該技術(shù)的應(yīng)用情況，對以后類似的工程施工具有一定的借鑒意義。

固結(jié)灌漿技術(shù)；太平灣水電站；壩基加固；應(yīng)用分析

水電站大壩對地質(zhì)條件要求較高，在設(shè)計時應(yīng)盡量將壩址選在堅固地段。如果無法避免地質(zhì)條件較差地段，則需要采取相應(yīng)的技術(shù)手段對壩基進行加固處理。深化固結(jié)灌漿作為一種技術(shù)成熟、效果顯著、綜合成本小的加固手段，目前在水利工程建設(shè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

1 固結(jié)灌漿技術(shù)介紹

固結(jié)灌漿技術(shù)的本質(zhì)是為改善節(jié)理裂隙發(fā)育較多或破碎帶巖層的物理力學(xué)性質(zhì)而進行必要的灌漿加固。灌漿方式分為循環(huán)式和純壓式兩種，其施工工藝和帷幕注漿基本相似。固結(jié)灌漿技術(shù)的主要作用有三個：?提高巖體的整體性和均質(zhì)性；?提高巖體的抗壓強度和彈性模量；?減少巖體的變形量及不均勻沉陷。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于水庫大壩的壩基加固工程中[1]。

在壩體加固工程中，當壩型為混凝土重力壩時，一般對壩基全面積進行固結(jié)灌漿；當壩型為混凝土拱壩或重力拱壩時，除了對壩基進行固結(jié)灌漿外，還要對部分受力較大的壩肩拱座巖體進行固結(jié)灌漿；當壩型為土石壩時，可將該技術(shù)應(yīng)用于加固墊層下部的巖體。在隧洞加固工程中，一般是在襯砌作業(yè)之后對巖體進行固結(jié)灌漿；當施工段地質(zhì)條件特別差時，可采用超前固結(jié)灌漿技術(shù)對其進行處理。

2 工程概況

太平灣水電站位于遼寧省丹東市和朝鮮平安道朔州郡交界處。該電站始建于20世紀80年代，由我國和朝鮮共同投資建設(shè)，是一座以發(fā)電為主，兼顧航運、生活與農(nóng)業(yè)供水的綜合性水利樞紐工程。

太平灣水電站的控制流域面積約為53500km2,正常蓄水位29.5m，庫容達到1.7億m3。該水電站總裝機容量為190MW，年發(fā)電量為7.2億kW·h。主要建筑物包括大壩、溢流壩、河床式廠房及變電站等。大壩為混凝土重力壩，總長為1185.01m，高度為31.5m。

經(jīng)地質(zhì)勘查得知，太平灣水電站大壩壩基為變質(zhì)巖系，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層發(fā)育很多(多達200條)，而且這些大小斷層分布較為雜亂。經(jīng)過勘察分析，三條主要斷層F1、F2、F3均勻分布于壩基之中(見圖1)，因此決定對壩基全面積進行固結(jié)灌漿處理。

圖1 太平灣水電站大壩斷層分布

3 深化固結(jié)灌漿技術(shù)應(yīng)用分析

深化固結(jié)灌漿技術(shù)的施工工序主要分為鉆孔、灌漿、質(zhì)量檢查和封孔四步。下面以太平灣水電站大壩壩基為例，按照施工工序?qū)υ摷夹g(shù)進行詳細介紹。

3.1 鉆孔作業(yè)

3.1.1 確定鉆孔參數(shù)

鉆孔的直徑、深度、布置密度等參數(shù)直接影響著注漿作業(yè)及工程效果。目前還沒有準確的公式來確定相關(guān)鉆孔參數(shù)，不過可參照類似工程進行設(shè)計。

在該項目中，要求鉆孔直徑為40mm，鉆孔進入穩(wěn)定巖層的深度不低于3m，鉆孔排距和間距均設(shè)置為3m，呈梅花形布置(見圖2)。在大斷層附近，鉆孔密度和深度適當加大，但應(yīng)保證和其他灌漿設(shè)備相配套[2]。

圖2 鉆孔布置平面示意圖

3.1.2 鉆孔作業(yè)

a.每個鉆孔都要進行編號，在正式施工前要進行試鉆，保證設(shè)備運行良好后可進行鉆孔作業(yè)。要求孔位偏差小于10cm，鉆孔孔底偏差小于1/30孔深。

b.鉆孔沖洗的方法有大水量敞開沖洗、壓力風沖洗和風水聯(lián)合沖洗三類。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)試鉆的結(jié)果和具體的地質(zhì)條件進行選擇。沖洗水壓力一般為灌漿壓力的80%，但不得超過1MPa；風壓力一般為灌漿壓力的50%，且不得超過0.5MPa。

c.在對裂隙進行沖洗時，當回水為清凈狀態(tài)時，還要再持續(xù)清洗10min，且單孔總清洗時間不少于30min。當鄰近孔正在灌漿或灌漿完成不足24h時，則不得進行裂隙沖洗[3]。

3.2 灌漿作業(yè)

3.2.1 漿液水灰比

在固結(jié)灌漿技術(shù)中，一般采用普通硅酸鹽水泥。漿液水灰比共有2∶1、1∶1、0.7∶1和0.5∶1四個等級，在使用時應(yīng)根據(jù)實際地質(zhì)情況實時加以調(diào)整。但是要注意以下事項：

a.當灌漿壓力不變但漿液注入率持續(xù)降低或注入率不變但灌漿壓力持續(xù)上升時，不可改變漿液的水灰比。

b.當某一級漿液注入量超過300L或灌注時間超過30min，而灌注壓力及注入率都沒有明顯改變時，可以更換為濃度較大的漿液進行灌注。

c.如果注入率超過30L/min，可以越級變濃水灰比[4]。

3.2.2 漿液制作

在制作漿液時，如果采用高級攪拌機，則攪拌時間應(yīng)超過30s；如果使用普通攪拌機，則應(yīng)超過3min。此外，從漿液開始制作到灌注入孔所經(jīng)歷的時間應(yīng)小于4h，溫度適合維持在15～35℃之間。如果超時或超溫，則應(yīng)當作廢漿處理。該工程采用的是普通攪拌機，灌注作業(yè)避開了冬季施工。

3.2.3 灌漿壓力

灌漿壓力是固結(jié)灌漿中最主要的參數(shù)之一。由于該工程地質(zhì)條件較差，在施工中采用了分段灌漿，各段長度最大不超過5m。灌漿壓力和地質(zhì)條件密切相關(guān)，而地質(zhì)條件又直接影響了注入率，因此可以根據(jù)灌注壓力和注入率之間的關(guān)系來指導(dǎo)作業(yè)(見下表[5])。

灌漿壓力和注入率參照表

該項目在灌漿時壓力控制在3MPa以內(nèi)，根據(jù)注入率的變化實時調(diào)節(jié)灌注壓力。采用分段灌漿，完工一段后，在地質(zhì)條件好的區(qū)域可直接進行下一段的鉆灌作業(yè)；在斷層附近則需要進行待凝處理。當灌漿壓力維持在規(guī)定值但注入率不超過1L/min時，再繼續(xù)灌注30min后可結(jié)束該孔的灌漿作業(yè)[6]。

3.3 灌漿質(zhì)量檢查

灌漿作業(yè)完工3d后，可進行灌漿質(zhì)檢，該項目采用的是單點壓水法，要求質(zhì)檢數(shù)量不低于總孔數(shù)的5%，且透水率小于3Lu，孔段合格率應(yīng)大于80%，且不合格的孔段透水率不得低于50%的規(guī)定值[7]。

3.4 封孔作業(yè)

質(zhì)檢結(jié)束后要進行封孔作業(yè)，一般采取的封孔方法有全孔灌漿法、導(dǎo)管注漿法、壓力封孔法等。該項目選擇壓力封孔法，用于封孔的漿液濃度要大，水灰比適宜為0.5∶1。在灌漿作業(yè)結(jié)束24h后，需清除孔內(nèi)存在的污水、浮漿等雜物，若存在脫空現(xiàn)象，應(yīng)使用水泥砂漿及時填筑。

4 結(jié) 語

固結(jié)灌漿技術(shù)具有投資成本低、效果顯著、施工方便等優(yōu)點，因而得到較為廣泛的應(yīng)用。本文介紹了該技術(shù)的作用及施工工序，詳細闡述了每道工序的質(zhì)量控制要點。在實際工程中應(yīng)用該技術(shù)時，要在詳細掌握施工區(qū)域地質(zhì)條件的前提下進行施工，這對提高施工效果、節(jié)約成本有顯著作用。太平灣水電站大壩壩基加固工程通過應(yīng)用該技術(shù)，各項指標均達到了規(guī)定值，大壩在運行多年后依然穩(wěn)固可靠，充分說明了固結(jié)灌漿技術(shù)的價值。

[1] 江興南，李濤.高嶺頭一級水電站大壩壩基滲漏處理及效果分析[J].大壩與安全，2010(4)：24-26.

[2] 王迅，董安憲，等.云峰水電站大壩右F15斷層處理工程抗滑墩地基工程地質(zhì)評價[J].資源環(huán)境與工程，2009(10)：45-46.

[3] 張偉鋒，劉亞洲.錦屏一級水電站大壩混凝土細骨料料源選擇[J].中國水能及電氣化，2012(11)：35-36.

[4] 顏志恒，沈琦.表面封閉式無蓋重固結(jié)灌漿技術(shù)在大型地下電站引水隧洞中的應(yīng)用[J].中國水運，2013(10)：15-16.

[5] 李文付，高偉.固結(jié)灌漿技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用與控制探討[J].四川建材，2015(2)：67-68.

[6] 凡亞，王立海.振沖碎石樁在宗仁海軟弱壩基加固處理中的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化，2012(11)：15-16.

[7] 田維忠，李凱.吉林臺一級水電站壩基F32特大斷層處理技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2004(6)：20-22.

Application of consolidation grouting technology in dam foundation reinforcement of Taipingwan Hydropower Station

LIU Tao

(HuludaoPingshanWaterSupplyCo.,Ltd.,Huludao125000,China)

Hydropower station plays an irreplaceable role in the aspects of power generation, agriculture irrigation, domestic water supply, etc. as an important part of China water conservancy construction projects. Dam is the main work of hydropower station. Operation and service life of hydropower station are directly determined by the solidity and stability of dam structure. Consolidation grouting technology has significant effect to improve the stability and bearing capacity of dam foundation, thereby it is widely applied in complex areas. In the paper, Taipingwan Hydropower Station in Liaoning Province is adopted as an example. Application condition of the technology is introduced, which has certain reference significance for similar projects in the future.

consolidation grouting technology; Taipingwan Hydropower Station; dam foundation reinforcement; application analyzing

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.005

TV212

A

1673-8241(2015)10-0012-03