廟林電站攔河壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)和施工

李曉平 李現(xiàn)飛 沙繼明

(云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

施工技術(shù)

廟林電站攔河壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)和施工

李曉平 李現(xiàn)飛 沙繼明

(云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

廟林水電站；固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)；施工

1 工程概況

廟林電站位于云南省昭通市彝良縣，金沙江一級(jí)支流橫江的支流洛澤河下游，壩址以上流域面積4674km2。工程的開發(fā)任務(wù)是單一發(fā)電。

電站首部樞紐攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高52m，攔河壩壩頂軸線長127m，總庫容1158.4萬m3。電站總裝機(jī)容量65MW。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。該工程地震設(shè)防烈度為7度。

廟林電站工程于2006年6月開工建設(shè)， 2009年9月30日大壩下閘蓄水，2009年12月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2012年3月完成竣工驗(yàn)收。截至目前大壩已安全運(yùn)行了5年。

該工程由于地形狹窄，地質(zhì)條件復(fù)雜，大壩的穩(wěn)定和安全與基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理休戚相關(guān)。

本文針對(duì)壩段不同的受力情況，在壩趾、壩踵和節(jié)理裂隙發(fā)育及斷層的位置采用不同的灌漿孔排距、深度、灌漿壓力和施工方案，使開挖后形成的松動(dòng)體、節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)及斷層破碎帶得以充填密實(shí)，提高了大壩基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力，增強(qiáng)了大壩基礎(chǔ)面與基巖的抗剪斷能力，灌漿后經(jīng)質(zhì)量檢查達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

2 大壩樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件

3 攔河壩壩體結(jié)構(gòu)布置

攔河大壩為混凝土重力壩，壩頂寬度6m，最大壩高49.5m，下游坡比1∶0.75，壩體從左至右分為六個(gè)壩段：第一壩段長15m；第二壩段長22.7m，布置1號(hào)沖沙孔；第三壩段長22.5m，布置2號(hào)沖沙孔和1號(hào)溢流表孔；第四壩段長27.8m，布置3號(hào)沖沙孔和2號(hào)溢流表孔；第五壩段長26m，布置電站進(jìn)水口；第六壩段長12.9m。河床壩段基面高程769.00m。最大壩底寬40.7m。壩體基礎(chǔ)為C15混凝土，厚度為1.5m。

4 固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

固結(jié)灌漿是提高地基彈模和壩基整體性及穩(wěn)定性的主要手段。

4.1 壩基開挖

攔河壩清基深度按規(guī)范要求挖至弱風(fēng)化頂面界限以下0.5～1m。對(duì)壩基開挖出露的斷層采取設(shè)置混凝土塞的方式處理。壩體設(shè)計(jì)的平面開挖采用梯段爆破，開挖斜面采用預(yù)裂爆破，為使壩體開挖盡量減少對(duì)巖體的破壞，壩體開挖后預(yù)留1m厚的巖石進(jìn)行小藥量爆破并結(jié)合人工開挖。

4.2 固結(jié)灌漿對(duì)象

根據(jù)廟林電站攔河壩壩基工程開挖后暴露的地質(zhì)情況確定壩基固結(jié)灌漿的主要對(duì)象為：?建基面淺層爆破后形成的松動(dòng)巖體；?節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)；?f1、f2、f3斷層破碎帶。

4.3 固結(jié)灌漿范圍

由于壩基爆破開挖后不可避免地形成的裂隙和清基后原巖石自身存在的節(jié)理裂隙對(duì)壩體的穩(wěn)定不利，故對(duì)壩基進(jìn)行全壩基面的固結(jié)灌漿，同時(shí)壩踵和壩趾區(qū)的壩體以外5m范圍和兩岸壩體以外4m區(qū)域也為固結(jié)灌漿的范圍。

4.4 各部位固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

固結(jié)灌漿孔的布置按分序加密的原則，分為Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

根據(jù)現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)情況結(jié)合壩體的受力和地質(zhì)情況設(shè)計(jì)灌漿孔的排距、孔深和灌漿壓力。

4.4.1 各壩段的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

整個(gè)壩段開挖后，緩于1∶1的邊坡和水平段的固結(jié)灌漿在有蓋重的情況下進(jìn)行，其蓋板厚度大于3m，并且鉆孔灌漿等相應(yīng)部位的混凝土達(dá)到50%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才可開始灌漿。對(duì)于壩基開挖邊坡陡于1∶1的邊坡段，采用無蓋重灌漿。

a.第一、第六壩段最大壩高分別為33m和28m，為次要壩段。有蓋重情況：孔排距一般為4.5m，孔深一般為3.5m，灌漿壓力一般為0.4MPa(灌漿壓力是孔口表頭讀出的壓力數(shù))；無蓋重灌漿：孔排距一般為4m，孔深一般為4m，灌漿壓力一般采用0.4MPa。

b.第三至第五壩段為主要受力壩段，壩體布置主要泄水建筑物，最大壩高均為49.5m。有蓋重情況：孔排距一般為4m，孔深一般為4.5m，灌漿壓力一般為0.5MPa；無蓋重灌漿：考慮巖石的抬動(dòng)問題，孔排距一般為4m，孔深一般為4.5m，灌漿壓力一般采用0.6MPa。

4.4.2 壩趾處的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

壩趾及其下游是主壓應(yīng)力區(qū)，壩趾處布置了4排灌漿孔，孔距均為2m，排距從上游至下游分別為2.2m和2m，除壩體范圍外，在壩體外下游5m范圍，布置2排灌漿孔，孔排距2.5m，孔深均為6m，灌漿壓力均為0.7MPa。

4.4.3 節(jié)理裂隙發(fā)育地段的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)主要分布在第三、第四壩段中部，比其他一般部位的固結(jié)灌漿有所加強(qiáng)，孔排距均為3.5m，孔深5m，灌漿壓力均為0.6MPa。

4.4.4 斷層處的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

斷層f2、f3橫穿壩基，由于斷層夾泥，開挖時(shí)雖然已清除碎石并回填混凝土，但必須通過固結(jié)灌漿達(dá)到巖基整體受力，分別在斷層兩側(cè)增加2排固結(jié)灌漿，排距1.5m，孔距2m，孔深7m，灌漿壓力均為0.6MPa。

4.4.5 帷幕灌漿附近固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

考慮防滲帷幕附近又是壩踵主拉應(yīng)力區(qū)，結(jié)合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》要求，分別在防滲帷幕的上、下游布置2排固結(jié)灌漿，排距2m，孔距2.5m，孔深10m，灌漿壓力均為0.6MPa。除壩體范圍外，還延伸至壩體上游4m，壩踵處壩軸線上游1.4m處布置1排灌漿孔，孔距4m，壩軸線下游2.5m處布置1排灌漿孔，孔距4m，孔深均為8m，灌漿壓力為0.6MPa。

5 固結(jié)灌漿施工

5.1 固結(jié)灌漿試驗(yàn)和洗孔

固結(jié)灌漿施工前首先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案和確定合理的灌漿施工參數(shù)與施工工藝。灌漿試驗(yàn)孔主要選擇在壩踵和壩趾及壩底面中部，在節(jié)理裂隙發(fā)育和斷層處增加灌漿試驗(yàn)孔。壩基的鉆孔和洗孔均采用常規(guī)的施工方法，沖洗壓力為0.3MPa，對(duì)壩基出露的3條斷層和節(jié)理裂隙片區(qū)特別是f2斷層處進(jìn)行重點(diǎn)沖洗，沖洗壓力為0.4MPa，鉆孔完成后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以了解巖石的透水性、確定起始灌注水灰比。

試驗(yàn)孔共計(jì)35個(gè)，總進(jìn)尺241m，在節(jié)理裂隙較發(fā)育的位置和斷層處增加試驗(yàn)孔。

5.2 固結(jié)灌漿施工

5.2.1 施工工序

施工工序?yàn)椋簻y量放線布孔→鉆孔→洗孔→灌前壓水檢查→灌漿→有壓封孔→灌漿完成后檢查。

5.2.2 施工工藝

固結(jié)灌漿孔徑50mm。鉆進(jìn)灌漿的基巖段長小于6m時(shí)，采用全孔一次灌漿法；大于6m時(shí)，采用自上而下孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。施工以隔孔分序加密的原則進(jìn)行，采用兩次分序施工，開孔間距為8m。

5.2.3 水灰比

灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。固結(jié)灌漿漿液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七個(gè)比級(jí)，開灌水灰比一般采用5∶1。節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)，灌漿起始水灰比為3∶1；f1、f2、f3斷層破碎帶灌漿起始水灰比為1∶1。

5.2.4 灌漿特殊處理

左岸第二壩段壩趾位置，在無蓋重處發(fā)生漿液沿巖層層面冒出現(xiàn)象，可能是該部位f2斷層位置和巖層裂隙發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜所致。為此決定對(duì)此段進(jìn)行加密、表面封堵，降低灌漿壓力為0.25MPa，并將孔距由4m減為2m。按間歇灌漿的方法施工后，檢測結(jié)果顯示透水率和巖石波速滿足設(shè)計(jì)要求。

第四壩段中部和第五壩段的壩踵位置，在灌漿過程中發(fā)生串漿。采取6個(gè)孔同時(shí)進(jìn)行灌漿，一泵灌一孔，串漿孔周邊的孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，在串漿孔內(nèi)再進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。群孔同時(shí)進(jìn)行灌漿后，檢測結(jié)果顯示透水率和巖體波速滿足設(shè)計(jì)要求。

第五壩段中部節(jié)理裂隙發(fā)育，灌漿段注入量大，灌漿難以結(jié)束，對(duì)此選用了下列措施處理：先使用最大濃度漿液灌注，吸漿量仍然很大，每段單耗達(dá)到400kg/m時(shí)，采用低壓慢灌、間歇灌漿。對(duì)該處耗灰量較大的灌段，灌后要求待凝。為避免待凝時(shí)間過短導(dǎo)致水泥結(jié)石強(qiáng)度過低，無法承受較大的灌漿壓力而被沖開，待凝時(shí)間超過12h，此后再掃孔復(fù)灌，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。該處檢測結(jié)果顯示透水率和巖體波速滿足設(shè)計(jì)要求。

5.3 固結(jié)灌漿工程質(zhì)量檢查

固結(jié)灌漿的質(zhì)量檢查以測量巖體波速為主、壓水試驗(yàn)完畢后的透水率檢查為輔。

5.3.1 質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

a.灌后的巖體縱波速均超過4000m/s，斷層破碎帶f1、f2、f3縱波速超過3700m/s，節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)縱波速超過3850m/s，達(dá)不到上述波速的點(diǎn)位小于5%。

b.灌漿后巖體的透水率。一般巖體q≤5Lu，斷層破碎帶q≤6Lu，節(jié)理裂隙發(fā)育帶q≤5.5Lu。波速檢查在灌漿結(jié)束28d后進(jìn)行。

5.3.2 檢查孔布置

檢查孔的數(shù)量超過總灌漿孔數(shù)的10%，該工程共布置了421個(gè)檢查孔，總進(jìn)尺2105m。

檢查孔主要布置在壩踵和壩趾及壩底中部，在節(jié)理裂隙較發(fā)育的位置和斷層處增加檢查孔。

5.3.3 檢查成果匯總

按第三方檢測成果分別統(tǒng)計(jì)列入表1、表2。

表1 巖體縱波速檢測成果

表2 單位吸水率檢測成果

從檢查成果可以看出：各壩段、壩踵、壩趾、節(jié)理發(fā)育片區(qū)和斷層破碎帶，固結(jié)灌漿后的巖體縱波速均滿足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，均大于4000m/s，固結(jié)灌漿后巖體縱波速的提高率為4.4%～118%，波速檢查的合格率為100%，滿足設(shè)計(jì)要求；固結(jié)灌漿后巖體的吸水率均小于5Lu，固結(jié)灌漿后巖體的吸水率降低率為13.5%～49.5%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

灌漿后的鉆孔取芯也表明漿液黏結(jié)良好，質(zhì)量可靠。

6 結(jié) 語

廟林電站首部樞紐大壩基礎(chǔ)灌漿針對(duì)不同的地質(zhì)條件和不同的受力部位，設(shè)計(jì)不同的孔排距、孔深和灌漿壓力；施工采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌注不待凝的灌漿方法，不同的位置采用不同的起灌水灰比使建基面淺層爆破后形成的松動(dòng)巖體、節(jié)理裂隙和斷層破碎帶得以充填密實(shí)。檢查成果表明：各壩段、壩踵、壩趾、節(jié)理發(fā)育片區(qū)和斷層破碎帶，固結(jié)灌漿后的巖體的縱波速和吸水率均滿足設(shè)計(jì)要求，固結(jié)灌漿提高了大壩基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力，增強(qiáng)了大壩基礎(chǔ)面與基巖的抗剪斷能力，設(shè)計(jì)方案是合理可行的，施工方案切實(shí)有效。廟林電站首部樞紐攔河壩的基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)和施工方案是成功的。

[1] DL 5108—1999 混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，1999.

[2] DL/T 5148—2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3] GB 50287—2006 水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[4] 王宏碩，翁情達(dá).水工建筑物[M].北京：水利電力出版社,1990.

[5] SD/T 5144—2001 水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2001.

[6] GB 50204—2015 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[7] SL 191—2008 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[8] 李國勝.簡述混凝土面板堆石壩趾板段的固結(jié)灌漿試驗(yàn)[J].中國水能及電氣化,2015(3).

[9] 于濤,韓春影.觀音巖水電站右岸大壩首次基礎(chǔ)固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)成果分析及建議[J].中國水能及電氣化,2013(10).

[10] 劉濤.固結(jié)灌漿技術(shù)在太平灣水電站壩基加固中的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化,2015(10).

[11] 盧元海,方偉.小灣水電站壩基固結(jié)灌漿特點(diǎn)和施工質(zhì)量控制[J].西北水電,2008(1).

[12] 張文倬.巖石壩基的固結(jié)灌漿問題探討[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),1991(3).

[13] 曾紀(jì)全,來結(jié)合,全海.溪洛渡水電站軟弱巖帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)效果檢測[J].巖石力學(xué)與工程學(xué),2001(S1).

[14] 張文舉,盧文波,陳明，等.基于灌漿前、后波速變化的巖體固結(jié)灌漿效果分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué),2012(3).

Design and Construction of Foundation Consolidation Grouting for Miaolin Power Station Barrage

LI Xiaoping, LI Xianfei, SHA Jiming

(YunnanProvinceWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignResearchInstitute,Kunming650021,China)

Miaolin power station; consolidation grouting design; construction

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.005

TV543+.5

B

1673- 8241(2017)03- 0013- 05