水豐水電站壩址趾板建基面的處理分析

王亞偉

(北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?，遼寧 北票　122100)

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水豐水電站壩址趾板建基面的處理分析

王亞偉

(北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?，遼寧 北票122100)

水豐水電站大壩對壩址趾板建基面的穩(wěn)定性、均一性有著很高的要求，但是水豐水電站所處的復(fù)雜地質(zhì)條件無法滿足該要求。本文介紹了固結(jié)灌漿作業(yè)在水豐水電站中壩址趾板建基面問題處理中的作用，并利用聲波檢測、鉆孔取芯手段對處理結(jié)果進行了分析，認(rèn)為固結(jié)灌漿可以很好地解決壩址趾板建基面出現(xiàn)的種種問題，為其他工程提供了參考依據(jù)。

水豐水電站；固結(jié)灌漿；壩址趾板建基面

水豐水電站位于鴨綠江下游的遼寧省寬甸縣境內(nèi)，為中朝共建。該區(qū)域地質(zhì)條件十分復(fù)雜，其中含有許多地質(zhì)條件較差的地段。然而，基于水豐水電站大壩穩(wěn)定性的考量，對于地質(zhì)的要求很高，故而需要采用相應(yīng)的技術(shù)手段對這些地質(zhì)較差的地段進行加固處理。固結(jié)灌漿是一種行之有效、經(jīng)濟成本低、操作簡單的水電站大壩壩址趾板建基面加固手段，目前在水利工程中已被廣泛認(rèn)可。

1　壩址趾板建基面的處理

1.1大壩對壩址趾板建基面的要求

大壩對壩址趾板建基面的基本要求有以下四點：

a.承載力方面。要求壩基的巖體具有很好的完整性，并且具備足夠的強度、剛度以承載大壩傳來的各種荷載。

b.穩(wěn)定性方面。要求壩址趾板建基面具有足夠的抗滑穩(wěn)定性以保證大壩的整體穩(wěn)定性要求。

c.抗?jié)B性方面。要求無論在何種工況下，都需要保證壩址趾板建基面有足夠的抗?jié)B性能，以免在水下惡劣的環(huán)境中迅速惡化。

d.形狀方面。要求壩址趾板建基面的形狀盡量平順、光滑，不可有突變部分，以保證應(yīng)力的均勻傳遞，避免應(yīng)力集中。

1.2固結(jié)灌漿技術(shù)對壩址趾板建基面的作用

固結(jié)灌漿是一種隱蔽性工程，在不同的施工條件下，需要根據(jù)當(dāng)下壩址趾板建基面的具體施工情況來確定固結(jié)灌漿的施工方案[1]，有針對性地對壩址趾板建基面存在的問題進行解決。簡而言之，固結(jié)灌漿技術(shù)對壩址趾板建基面的作用，可分為以下三點：

a.提高壩址趾板建基面處巖體的整體強度，保證巖體的均一性。

b.提高巖體的抗壓強度，增大巖體的楊氏模量。

c.減少巖體的等效塑性應(yīng)變和沉降量[2]。

2　水豐水電站的工程概況

2.1地形地貌

水豐水電站大壩的左岸岸坡成北東向展布，多為懸崖峭壁，且高度都在50m左右；水豐水電站水庫的正常水位為123.3m，正常水位附近的巖體為裸露的基巖。壩址趾板建基面位于一山脊處，該區(qū)域的坡度在45°～55°之間，巖石質(zhì)地為強風(fēng)化—弱風(fēng)化。

2.2地質(zhì)概況

所處地段江水深8～20m，表部覆蓋碎石，基巖為黑云母斜長片麻巖?？傮w自上而下為：?灰黃色碎石，粒徑在7～12cm，碎石的主要成分為片麻巖，擁有不規(guī)則棱角，整個灰黃色碎石覆蓋層的長度為3.8m左右；?黑云母斜長片麻巖，顏色基本為黑色，成分基本上為片麻巖，巖石質(zhì)地較好，硬度尚可，呈節(jié)理發(fā)育，傾角為75°～85°；?混合巖，顏色基本為白色，呈帶狀分布。

3　固結(jié)灌漿作業(yè)概況

水豐水電站固結(jié)灌漿作業(yè)分為兩個階段：第一個階段從11月開始，分別以2、1、0.8、0.6、0.5五個比級進行變漿施工；第二個階段從第二年4月開始，以0.8的比級進行穩(wěn)定漿液施工。

3.1固結(jié)灌漿作業(yè)平面布置

對水豐水電站壩址趾板建基面以均勻打孔的模式進行。鉆孔交叉布置，橫向每兩個鉆孔的間距為3m，縱向每兩個鉆孔的間距也是3m。鉆孔直徑為0.6m，鉆孔進入穩(wěn)定巖層的深度大于4m[3]。

3.2固結(jié)灌漿作業(yè)有關(guān)參數(shù)

a.固結(jié)灌漿作業(yè)的主要設(shè)備。東勘300型油壓給進鉆機、LJ-1型灌漿自動記錄儀、水上鉆探平臺等。

b.灌漿材料。625號普通硅酸鹽水泥。

c.灌漿壓力。第一年為0.4MPa；第二年為0.6MPa。

3.3固結(jié)灌漿方法

第一年采用的是自下而上的灌漿法；第二年采用的是自上而下的封閉灌漿法。

3.4固結(jié)灌漿方法的效果檢測手段

a.聲波檢測。通過對固結(jié)灌漿后的巖石混凝土耦合體進行聲波測試，記錄聲波的波速，并從記錄的數(shù)據(jù)中統(tǒng)計出聲波的最大值、最小值、平均值、中位數(shù)。聲波測試不會對壩址趾板建基面造成任何損傷，也不會耽誤施工進度，是非常適合研究工作的一種方法。

b.鉆孔取芯檢測。聲波檢測可以判斷固結(jié)灌漿后均一性、密實性等效果。但對于巖石混凝土耦合體的力學(xué)強度特性仍無法提供直觀的數(shù)據(jù)，故而需要對壩址趾板建基面的固結(jié)灌漿孔進行抽樣鉆孔取芯作業(yè)，選取樣本進行強度測試，為整體的灌漿效果提供判斷依據(jù)。

4　效果分析及問題處理

4.1聲波測試數(shù)據(jù)分析

選取20個地點進行測試，記錄固結(jié)灌漿作業(yè)前巖體中的波速和固結(jié)灌漿作業(yè)后巖石混凝土耦合體中的波速，結(jié)果見下圖。

20個檢驗點固結(jié)灌漿作業(yè)前后的波速圖

從圖中可以看出，固結(jié)灌漿作業(yè)之后，聲波檢測的波速均大于固結(jié)灌漿作業(yè)之前的聲波檢測的波速。說明固結(jié)灌漿之后，壩址趾板建基面處的巖體在密實性、均一性上均有了一定程度的改善，孔隙得到了填充，直接反映了固結(jié)灌漿作業(yè)對提高壩址趾板建基面處穩(wěn)定性、均一性的重要作用。

為了定量化分析固結(jié)灌漿對壩址趾板建基面的作用，對圖中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，取出其中的最小值、最大值、中位數(shù)、平均值，見表1。

表1　固結(jié)灌漿作業(yè)前后的波速統(tǒng)計特征

由表1可知，在固結(jié)灌漿作業(yè)之后，壩址趾板建基面處的巖體聲速檢測波速的平均值比固結(jié)灌漿作業(yè)前高8%左右；中位數(shù)也提高了8%左右；最大值提高了11%左右；最小值提高了7%左右。由波速與巖體關(guān)系可知，巖體的楊氏模量、抗壓強度也增加了8%左右，大大增強了壩址趾板建基面的穩(wěn)定性[4]。

4.2鉆孔取芯結(jié)果分析

選取20個點，對其進行鉆孔取芯作業(yè)。對取出的樣本進行強度檢測和孔隙度檢測，見表2。

表2　20個監(jiān)測點的巖石模量和抗壓強度

對表2中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。

表3　20個監(jiān)測點的巖石模量和抗壓強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征

從表3可以看出，楊氏模量的變化幅度為2.30～3.25GPa，平均值在2.80GPa左右[5]。此種大小的楊氏模量可以很好地防止壩址趾板建基面的變形，滿足工程要求；抗壓強度的變化幅度為41.39MPa～47.74MPa，平均值在44.606MPa左右，該種大小的抗壓強度近似為C40混凝土的抗壓強度(48MPa左右)，可以很好地保證壩址趾板建基面的強度，滿足工程要求。

4.3固結(jié)灌漿作業(yè)中出現(xiàn)的問題及解決方法

a.風(fēng)化卸載帶部位出現(xiàn)吸水不吸漿的問題。

原因分析：該部位的裂隙形狀較為狹長，甚至可能是死裂隙；配置的漿液較濃，導(dǎo)致混凝土顆粒無法深入到裂隙中去[6]。

解決方法：首先使用濃度較稀的漿液，然后進行變漿施工。

b.水泥漿液及混凝土栓塞在冷水中不完全凝固的問題。

原因分析：溫度較低可導(dǎo)致混凝土無法混合均勻，出現(xiàn)混凝土塊、栓塞問題。

解決方法：提高水溫，在溫水中充分稀釋攪拌混凝土后繼續(xù)灌漿。

c.深水區(qū)無法進行準(zhǔn)確的水面定位和巖石破碎帶鉆孔的問題。

原因分析：深水區(qū)能見度較低，水下擾動大，不便于灌漿作業(yè)的定位勘測與鉆孔推進。

解決方法：修建隔水帶，在淺水甚至無水的情況下施工。

5　結(jié)論與建議

a.風(fēng)化卸載帶部位出現(xiàn)吸水不吸漿的問題，可先用濃度較低的漿液進行灌漿，再進行變漿施工。

b.深水區(qū)的固結(jié)灌漿作業(yè)比較困難，需要設(shè)置隔水區(qū)域。

c.固結(jié)灌漿作業(yè)可以提高水豐水電站壩址趾板建基面的密實性、均一性，并有效提高了壩址趾板建基面的楊氏模量和抗壓強度。

d.固結(jié)灌漿解決了水豐水電站壩址趾板建基面的相關(guān)問題，滿足了大壩對于壩址趾板建基面的種種要求。

[1]戚會華,陳敏衛(wèi).在水利施工中基礎(chǔ)灌漿的技術(shù)探討[J].科技與企業(yè),2013(5):174.

[2]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(2):57-59.

[3]王迅,董安憲,紀(jì)恒魁.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,2010,23(5):562-565.

[4]郝恩海,劉杰,王忠海,等.混凝土超聲聲速與強度和彈性模量的關(guān)系研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2002,35(3):380-383.

[5]張小泉.基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化,2015(8):22-24.

[6]錢建輝.港口灣水庫主壩趾板和面板混凝土施工工藝與質(zhì)量控制[J].水利建設(shè)與管理,2003(5):47-48.

Analysis on the treatment of damsite toe slab foundation base in Shuifeng Hydropower Station

WANG Yawei

(BeipiaoLongtanReservoirManagementOffice,Beipiao122100,China)

Shuifeng Hydropower Station dam has high requirements on the stability and uniformity of damsite toe slab foundation base. However, the complex geological conditions of Shuifeng Hydropower Station cannot meet the requirements. In the paper, the effect of consolidation grouting operations in the problem processing of damsite toe slab foundation base in Shuifeng Hydropower Station is introduced, and acoustic detection method and borehole coring method are utilized for analyzing the treatment results. It is considered that consolidation grouting can be adopted for well solving various problems on damsite toe slab foundation base. And this paper provides reference basis for other projects.

Shuifeng Hydropower Station; consolidation grouting; damsite toe slab foundation base

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.003

TV543+.5

B

1673-8241(2016)04- 0012- 04