水利電站進(jìn)水口圍堰施工的技術(shù)分析

程國(guó)忠

【摘要】在電站建設(shè)中，其最關(guān)鍵的部位即是進(jìn)水口圍堰，是其安全的保障。在修建某水利電站圍堰中，由于其所在的水庫(kù)庫(kù)區(qū)水深較大、且料源受限、又跨越冬季，不僅增加了其施工難度，而且還容易因高水頭、空隙率大等增加圍堰防滲處理的難度，因此，本文詳細(xì)介紹了灌漿閉氣、圍堰型式選擇以及填筑施工等技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】圍堰；填筑；灌漿

一、工程簡(jiǎn)介

某水利電站位于水庫(kù)附近，主體建筑物包括取水口工程、壓力引水洞工程、地下電站工程以及升壓站、交通洞等工程。取水口工程為獨(dú)立式取水口，總高度56.8 米；電站進(jìn)水口施工前，需先修建進(jìn)水口圍堰，保證進(jìn)水口建筑物在干地內(nèi)施工。

二、圍堰地質(zhì)條件和型式的確定

圍堰地質(zhì)勘查段在水庫(kù)水位以下，大約長(zhǎng)95 米，勘察期間庫(kù)水位高度大概是300 米。水底干凈無(wú)雜物，水底基巖巖性并不復(fù)雜，主要是花崗巖，基巖分布面積較大，但巖體并不完整，局部有破碎現(xiàn)象，弱風(fēng)化底板深埋10至30 米。

草土圍堰、木籠圍堰、竹籠圍堰、鋼板樁圍堰、混凝土圍堰、土石圍堰等，都是可使用的圍堰按材料。該工程位于北方，最大圍堰高度在50米以上，因此，填筑施工是在水中進(jìn)行的。通過對(duì)比分析，該工程最適合使用土石圍堰，不適合使用草土圍堰、混凝土圍堰以及木籠圍堰。

電站隧洞進(jìn)口導(dǎo)流建筑物采用圍堰+巖坎擋水，設(shè)計(jì)靜水位為304.89米，考慮風(fēng)浪爬高2.156米及水面雍高0.006米及0.5 米安全超高后，圍堰頂高程為307.552 m，圍堰頂高程最終確定為307.60米。巖坎頂高程為283.2米，底高程為249.0米。圍堰采用1號(hào)支洞控制段、地下電站廠房石方開挖料填筑，填筑料來(lái)源豐富，運(yùn)距較近。

三、圍堰施工

工程施工期間水庫(kù)正常運(yùn)行，正常蓄水位301.1米，圍堰頂高程為307.6米，最底部位高程為249.0米，最大堰高58.6米，水上施工部分堰高6.46 米，填筑工程量為1.28 x 104 立方米，工程填筑一次成型，防滲工程在圍堰填筑完成后進(jìn)行。

工程設(shè)計(jì)上圍堰堰體采用鉆爆法洞挖石渣料填筑，為塊石架空結(jié)構(gòu)，空隙率較大，且部分塊石體積較大。圍堰填筑利用永久交通洞作為運(yùn)輸通道，填筑自基坑左岸單向進(jìn)占。圍堰防滲采用堰體膏狀漿液防滲和基礎(chǔ)帷幕灌漿結(jié)合。

1. 圍堰施工特點(diǎn)與措施

1.1 施工特點(diǎn)

不同于傳統(tǒng)圍堰，該圍堰施工時(shí)料源受限、因此，界制約條件欠佳；由于該圍堰所在電站庫(kù)區(qū)區(qū)域水深較大，因此，在進(jìn)行圍堰填筑施工時(shí)容易出現(xiàn)洞渣料分離現(xiàn)象；圍堰填筑前期，拋投石渣自然堆積坡比是1：1.2、1：1.3，與設(shè)計(jì)坡比不符；采用鉆爆法洞挖石渣料，進(jìn)而填筑圍堰，因此圍堰填筑空隙率大、有塊石架空結(jié)構(gòu)；在冬天進(jìn)行圍堰填筑施工，勢(shì)必會(huì)影響填筑質(zhì)量。

1.2 采取措施

針對(duì)該圍堰位于電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，圍堰所在區(qū)域水位較深，圍堰填筑時(shí)存在洞渣料分離嚴(yán)重

以及圍堰填筑存在塊石架空結(jié)構(gòu)，空隙率較大問題，填筑時(shí)將洞渣料在現(xiàn)場(chǎng)或?qū)⒍赐谑阎羾咂脚_(tái)上進(jìn)行挑選，對(duì)粒徑大于20厘米進(jìn)行破碎處理或運(yùn)走，符合要求的填至圍堰防滲線附近，不符合要求的填至其它部位。

針對(duì)圍堰填筑在冬季進(jìn)行，對(duì)填筑產(chǎn)生一定影響；計(jì)劃采取加大圍堰填筑施工強(qiáng)度，在冬季結(jié)冰前將圍堰以10%的坡度填至水面附近，后期圍堰水面結(jié)冰后采用反鏟破冰后再進(jìn)行填筑，防止填筑料架空。

針對(duì)圍堰填筑前期拋投石渣自然堆積坡比為1：1.21：1.3，與設(shè)計(jì)坡比存在差異，在保證圍堰堰體穩(wěn)定、盡可能不增加圍堰拆除工程量前提下，也為圍堰填筑及灌漿施工期間創(chuàng)造有利施工平臺(tái)，采取將該圍堰填筑分為兩期進(jìn)行，一期先按自然堆積坡比為1：1.2 1：1.3填筑成型，并在一期填筑時(shí)，下游在堰頂預(yù)留出削坡培厚的富裕寬度，待基坑抽水完成后，采用反鏟自上而下按設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行修坡至設(shè)計(jì)坡比；上游受水庫(kù)影響無(wú)法二次消坡，需在一期填筑時(shí)將頂部加寬3—4 m，形成1：1.21：1.3自然坡，填筑成型形成后采用長(zhǎng)臂反鏟自上而下進(jìn)行修坡，盡可能使之底部滿足設(shè)計(jì)坡比要求。

2. 填筑施工

2.1 圍堰填筑施工順序

填筑與圍堰結(jié)合設(shè)計(jì)，采用石渣由左向右進(jìn)占堆筑。

分區(qū)填筑工程量見表1 。

2.2 圍堰水下拋填

工程圍堰填筑的方式，主要是水下填筑。施工前，選擇水下填筑要先進(jìn)行測(cè)量，放出圍堰軸線、填筑邊界線，水下填筑的控制線選擇在兩岸岸坡上標(biāo)識(shí)。采用端進(jìn)法進(jìn)占圍堰石渣料，自卸汽車直接拋投，推土機(jī)，如鏟車、挖掘機(jī)等，將堤頭物料推平，然后在反復(fù)碾壓，這樣就成了穩(wěn)定的堤頭。堰體水下部分自然拋填，方向是從左岸向右岸。在水下加寬體填筑時(shí)，要按照施工順序先填筑d≤20厘米的土石混合料，為以避免大的塊石進(jìn)入防滲體區(qū)域，隨后再跟進(jìn)填筑石碴料，以防造成防滲體施工的難度系數(shù)。

2.3 圍堰水上填筑

圍堰水上石碴料填筑作業(yè)按卸料、鋪平、碾壓三道工序，流水作業(yè)法施工。圍堰水面以上填筑施工采用自卸汽車，進(jìn)占法和后退法卸料施工。采用推土機(jī)平整后采用自卸車碾壓。

圍堰填筑施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的尺寸和要求進(jìn)行施工，控制填筑邊線和堰體坡度，力求避免欠填并將超填控制在規(guī)范規(guī)定的范圍以內(nèi)。圍堰填筑每層施工開始以前，采用測(cè)量?jī)x精確的測(cè)放點(diǎn)線，標(biāo)示出每層堰體的設(shè)計(jì)邊線，然后再考慮削坡寬度）后確定出實(shí)際施工的填筑輪廓線，做好標(biāo)記、打出界樁。在填筑施工中嚴(yán)格遵照標(biāo)示的填筑控制邊線進(jìn)行施工。每層堰體填筑完成，再采用測(cè)量?jī)x測(cè)放點(diǎn)線，定出該層堰體底面和頂面的設(shè)計(jì)邊線并做出明顯的標(biāo)記，然后采用液壓反鏟在專人指揮下進(jìn)行削坡整平，局部在由人工輔以鐵鍬等進(jìn)行削坡處理，削坡培厚過程中應(yīng)分層碾壓，分層厚度不超過0.5米，經(jīng)削坡處理斜坡碾壓后的坡面力求平整順直，并達(dá)到壓實(shí)后空隙率。如為砂礫石料，要求壓實(shí)后相對(duì)密度不小于0.7。

3. 圍堰灌漿

3.1 灌槳方案

圍堰為塊石架空圍堰，堰體是石渣堆石體。通過對(duì)其它圍堰堵漏工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，該工程采用速凝膏漿帷幕灌漿，以達(dá)到防滲效果。水泥膏漿是一種低水灰比的膏狀漿液，它是將粉煤灰、粘土、膨潤(rùn)土等摻合料和少量外加劑添加到水泥漿中混合而成，從而使膏漿的剪切屈服強(qiáng)度值比其本身重力影響要大。

3.2 速凝膏槳的施工工藝

1）施工設(shè)備。膏漿可以利用常規(guī)水泥灌漿的孔位進(jìn)行灌漿施工，因此鉆孔不需要特別的設(shè)備，但速凝水泥膏漿與普通水泥漿在性質(zhì)上有較大的差別，因此需要采用特制的攪拌系統(tǒng)和泵入系統(tǒng)進(jìn)行速凝水泥膏漿施工。如中國(guó)水科院研制的M-1000大容量高效制漿機(jī)可以攪拌濃度大于2.5Pa.s的膏漿，且具有工效高、扭距大、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。泵入系統(tǒng)可以采用混凝土泵、螺桿泵等進(jìn)行膏漿施工。

2）工藝參數(shù)。膏漿的施工工藝參數(shù)一般可以參照常規(guī)水泥灌漿進(jìn)行，可以采用自上而下、分段填壓式灌注；膏漿的配比參照水泥灌漿通常分為4—6級(jí)，通過漿液變換標(biāo)準(zhǔn)逐級(jí)變濃；結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)一般可以孔口返漿或孔內(nèi)有壓。

膏漿的孔排距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層情況確定，由于膏漿的屈服強(qiáng)度較大，因此其擴(kuò)散范圍受到一定約束，故孔排距應(yīng)比水泥灌漿的孔排距小。為進(jìn)一步提高灌漿效果，可在兩排膏漿灌漿孔中間設(shè)置一排水泥灌漿孔。

3）特殊工藝。①接力灌注法：由于膏漿自身的阻力較大，在運(yùn)動(dòng)過程中容易發(fā)熱，會(huì)縮短漿液的凝結(jié)時(shí)間，且采用速凝材料，容易造成堵管和堵孔事故。同時(shí)在高流速、大開度的架空結(jié)構(gòu)地層，對(duì)灌入的漿液要求不僅具有截?cái)嗨鳌⒆陨砟痰奶匦?，而且需要具有相?dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，能擴(kuò)散到足夠遠(yuǎn)的范圍。采用接力灌注的方法，不僅可以大大減少堵管、堵孔事故發(fā)生的概率，而且由于灌漿泵直接位于所灌孔的附近，管路距離短，可以將相當(dāng)稠度的膏漿泵入孔段內(nèi)且在壓力下擴(kuò)散到一定的距離，在塊石架空地層膏漿擴(kuò)散范圍可達(dá)到4一5米。

②膏漿的間斷式灌注：對(duì)于開度大、流速高的地層，一般使用快速注漿速度的方法進(jìn)行 堵漏灌漿，并使灌入的膏漿量大幅超過被水流沖走的膏漿量，可以將速凝膏漿不連續(xù)灌注于漿液擴(kuò)散范圍要求在2 米以下的地層中。膏漿的剪切屈服強(qiáng)度值能夠克服自身的重力，在孔內(nèi)形成漿柱，在灌漿孔內(nèi)完成膏漿凝結(jié)過程，再灌入新拌制的膏漿，將具有一定強(qiáng)度的孔內(nèi)膏漿擠入裂隙里，為了將已凝結(jié)的膏漿擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的位置，要連續(xù)灌入膏漿。

③信息化灌漿：如果地層流速高、漏量大，使用速凝膏漿灌注效果不明顯，可配合采用模袋灌漿或充填級(jí)配料技術(shù)，當(dāng)然，這需要采用孔內(nèi)電視探測(cè)灌段的地層情況，從而進(jìn)行合理判斷，以制定封堵措施。