張劍波,吳長庚,劉 竹
(1.中國水電基礎(chǔ)局有限公司,天津,301700;2.中國水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司,拉薩,850000)
南俄5水電站位于老撾南俄河上游右岸支流南汀河上,電站壩址距首都萬象以北300km左右,位于老撾北部山區(qū),主壩位于萬象省,廠房位于鄰近的川壙省。電站采用混合式開發(fā),以發(fā)電為單一開發(fā)目標。樞紐總布置主要由首部樞紐、引水工程和廠區(qū)樞紐三部分組成。南俄5水電站引水隧洞固結(jié)灌漿工程主要位于引水隧洞內(nèi),上至進水塔,下至調(diào)壓井,總計長度8700余米。根據(jù)合同要求對混凝土襯砌和鋼襯砌段進行固結(jié)灌漿。
南俄5水電站壩址區(qū)為侵蝕深切中山峽谷地貌,相對切割高差500m~830m,南汀河在工程區(qū)內(nèi)呈反“S”型,流向N44°~83°E,壩址區(qū)上游側(cè)河道坡降較小,水流平穩(wěn),下游側(cè)河道坡降漸大,水流湍急,總的坡降在6.36‰。上游取水口及以上河谷稍開闊,岸坡稍緩,往下河谷狹窄,岸坡下陡上稍緩,下方岸坡坡度多在50°以上。引水隧洞巖性為板巖夾石英砂巖,石英砂巖夾板巖,板巖,石英砂巖,石英砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖,泥巖泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、石英砂巖、長石石英砂巖等根據(jù)軸線分布,微風(fēng)化夾弱風(fēng)化,構(gòu)造擠壓嚴重,巖體較破碎,完整性差,節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部很發(fā)育,有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面,地下水活動中等,沿結(jié)構(gòu)面有滴水或滲水,洞線與巖層走向交角在16°~86°。
固結(jié)灌漿試驗采用孔內(nèi)阻塞灌漿法灌漿施工工藝。試驗鉆孔環(huán)間孔夾角45°,排距分別為3.0m。
(1)灌漿試驗孔孔向、深度:試驗孔孔深3.0m,孔向垂直圍巖面。
(2)最大灌漿壓力:Ⅰ序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa;Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa。
(3)鉆孔設(shè)備型號為PLKDY30G,固結(jié)灌漿孔開孔孔徑φ50mm,終孔孔徑46mm。灌漿孔均應(yīng)進行沖洗,從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗。
(4)沖洗壓力:沖洗水壓采用80%的灌漿壓力,壓力超過1MPa時,則采用lMPa;沖洗風(fēng)壓采用50%灌漿壓力,壓力超過0.5MPa,則采用0.5MPa。裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清后10min結(jié)束,且總的時間要求,單孔不少于30min,串通孔不少于2h,對回水達不到澄清要求的孔段,應(yīng)繼續(xù)進行沖洗,孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20cm。
(5)壓水試驗在裂隙沖洗后進行,采用“簡易壓水”法,壓力為灌漿壓力的80%,該值若大于1MPa時,采用1MPa。水泥細度為通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水要符合JGJ63-89第3.0.4條規(guī)定,拌制用水的溫度不超過40℃。
(6)灌漿在特殊地質(zhì)條件下如破碎帶、溶洞等特殊部位,發(fā)現(xiàn)大量漏漿,可根據(jù)需要,在水泥漿液中摻入砂或其他混合料。砂:質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂,細度模數(shù)不大于2.0,最大粒徑不大于2.5mm,S03含量不大于1%,含泥量不大于3%,有機物含量不大于3%。
(7)灌漿主要設(shè)備包括:BW150型灌漿泵、3SNS型高壓送漿泵、高速制漿機、立式雙桶儲漿攪拌機、灌漿自動記錄儀等。
(8)純水泥漿液的攪拌時間:使用普通攪拌機時,應(yīng)不少于3min;使用高速攪拌機時,應(yīng)不少于30s。
(9)漿液在使用前應(yīng)過篩,從開始制備至用完的時間宜小于4h。拌制細水泥漿液和穩(wěn)定漿液,應(yīng)加入減水劑和采用高速攪拌機,高速攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速為1450r/min,攪拌時間應(yīng)通過試驗確定。細水泥漿液的攪拌,從制備至用完的時間宜小于2h。
(10)制漿:本試驗采用人工制漿站制備漿液。制漿站采用高速攪拌機拌制水灰(固)比為0.5∶1的純水泥漿液,通過輸漿泵、輸漿管經(jīng)中轉(zhuǎn)站將漿液輸送至各需求點,輸送漿液流速為1.4m/s~2.0m/s,施工機組測定來漿密度將其調(diào)制成所需要的比級的漿液后使用。漿液溫度保持在5℃~40℃,低于或超過此標準的漿液視為廢漿做廢棄處理。
(11)灌漿段長與灌漿壓力:灌漿試驗最大灌漿壓力暫擬Ⅰ工序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa,Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa進行施工。
(12)灌漿壓力控制:在灌漿泵和進漿管路均安裝壓力表,并在灌漿孔口處回漿管路上安裝壓力表和壓力傳感器,記錄儀記錄壓力擺動的平均值,壓力波動范圍不大于灌漿壓力的20%。為穩(wěn)定灌漿壓力,灌漿泵一律配備穩(wěn)壓裝置(空氣蓄能器)。配備的壓力表量程應(yīng)為最大灌漿壓力的2~2.5倍。灌漿壓力盡快達到設(shè)計壓力。
(13)漿液及變換:灌漿漿液配合比,純水泥漿水灰比為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個比級。灌漿漿液變換遵循由稀到濃逐級變換。當灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時,或當注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時,不得改變水灰比。當某一比級漿液注入量己達300L以上,或灌注時間己達1h,而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時,應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注;當注入率大于30L/min時,根據(jù)施工具體情況,可越級變濃。
(14)灌漿結(jié)束標準:每次固結(jié)灌漿需滿足下列條件即可結(jié)束灌漿,在規(guī)定壓力下,當注入率不大于0.4L/min時,繼續(xù)灌注30min,灌漿即可結(jié)束。
(15)固結(jié)灌漿孔封孔應(yīng)采用“壓力灌漿封孔法”。封孔前將孔內(nèi)污物沖洗干凈。各種灌漿孔的封孔質(zhì)量均要進行抽樣檢查,封孔質(zhì)量的合格標準為檢查孔取芯獲得率不小于95%、芯樣密實度滿足設(shè)計要求。
引水隧洞圍巖固結(jié)灌漿在該部位的回填灌漿結(jié)束7d后進行,固結(jié)灌漿分二序施工,按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進行。灌漿時密切監(jiān)視襯砌混凝土的變形,根據(jù)設(shè)計要求安裝變形觀測裝置,監(jiān)視時專人進行監(jiān)測并作好記錄;灌漿過程中,采用自動記錄儀進行數(shù)據(jù)采集和分析;固結(jié)灌漿結(jié)束后,對所有灌漿孔采取機械灌注水泥砂漿封孔。
洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序如圖1所示。固結(jié)灌漿孔施工工藝流程如圖2所示。
圖1 洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序
圖2 固結(jié)灌漿孔施工工藝流程
固結(jié)灌漿孔的孔徑不宜小于50mm,孔位與設(shè)計孔位的偏差不得大于20cm,開孔角度偏差不應(yīng)大于2°。采用風(fēng)動鉆機和硬質(zhì)合金鉆頭鉆進,選用2臺防爆鉆機、2臺手風(fēng)鉆配1臺6m3空壓機構(gòu)成一施工機組。
(1)鉆孔沖洗和壓水試驗:固結(jié)灌漿前對灌漿孔進行鉆孔孔壁沖洗、裂隙沖洗和簡易壓水試驗,壓水試驗應(yīng)在鉆孔沖洗后進行,孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的5%。壓水試驗壓力為灌漿壓力80%,最大不超過1MPa。
(2)水泥漿液制備:一般采用純水泥漿液。灌漿水泥采用42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥,灌漿水泥細度要求通過80μm方孔篩的篩余量不超過5%;灌漿用的水泥必須保持新鮮,不得使用受潮結(jié)塊的水泥,水泥不應(yīng)存放過久;袋裝水泥的儲運時間不得超過5個月,散裝水泥的儲運時間不得超過6個月,散裝水泥運至工地的入罐溫度不宜高于60℃。
(3)灌漿設(shè)備:固結(jié)灌漿選用BW150型灌漿泵和螺桿擠壓膠球式灌漿塞。各孔采用全孔一次、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。灌漿栓塞卡在混凝土內(nèi)(混凝土與巖石結(jié)合面以外),灌漿在裂隙沖洗及壓水試驗結(jié)束后進行。環(huán)間分兩次序施工。同一環(huán)內(nèi)分次序施工,同次序灌漿的孔數(shù)不宜超過2孔,宜對稱分布。
(4)灌漿工藝:灌漿壓力以孔口回漿管上的表壓力為準,讀取中值。固結(jié)灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力、Ⅱ序孔灌漿壓力根據(jù)灌漿實驗確定,壓力在較短時間內(nèi)升到規(guī)定值。如開始時由于吸漿量過大等原因不能立即升到設(shè)計壓力,則在正常注入條件時盡快達到設(shè)計壓力,固結(jié)灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃,逐級變換。固結(jié)灌漿漿液水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個比級,開灌水灰比可采用5∶1。在正常灌漿條件下,當某一級水灰比漿液灌入量已達300L以上,而灌漿壓力和吸漿率均無改變或改變不明顯時,變濃一級水灰比灌注。當其吸漿率大于30L/min,可越級變濃。變漿后如壓力突增或注入率突減時,立即查明原因,進行處理,并報告工程師。在局部灌注量大的孔段可灌注水泥砂漿。
(5)灌漿結(jié)束標準:在規(guī)定壓力下,當注入率小于0.4L/min時,再繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束并進行封孔。
完成87個單元固結(jié)灌漿32513.0m,純灌入水泥1017298.06kg,平均單耗為31.29kg/m。Ⅰ序孔平均單位耗灰量為43.54kg/m,Ⅱ序孔平均單位耗灰量為18.85kg/m,為Ⅰ序孔的43.29%。由上述成果表明,固結(jié)灌漿過程總體服從巖體灌漿的一般規(guī)律,各次序孔的單位耗灰量均呈現(xiàn)合理的遞減規(guī)律,從檢查孔壓水情況看,各段透水率均滿足設(shè)計標準,灌漿效果比較好。
南俄5水電站引水隧洞通過固結(jié)灌漿有效解決了巖體破碎,完整性差,節(jié)理裂隙較發(fā)育等問題,對工程的快速施工,減少施工時間和人力物力資源的投入有著較好的實際意義,工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求。南俄5水電站的開發(fā),將為老撾電網(wǎng)提供質(zhì)優(yōu)價廉的電力,有助于推動老撾經(jīng)濟發(fā)展。