二龍山水電站高壓水道灌漿式預(yù)應(yīng)力砼的灌漿試驗(yàn)及施工

王學(xué)祿

(甘肅張掖甘州區(qū)烏江水利管理所，甘肅 張掖 734000)

1 工程概況

二龍山水電站位于黑河大峽谷中下游，肅南裕固族自治縣境內(nèi)，電站廠房距張掖市103 km，是黑河流域規(guī)劃中的第4座梯級(jí)水電站。工程主要任務(wù)是發(fā)電，采用引水式開(kāi)發(fā)。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及升壓站等建筑物組成。電站裝機(jī)容量98 MW，多年平均發(fā)電量3.804億kW·h，可承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。

水電站高壓水道由上彎段、豎井段、下彎段及水平段組成，全長(zhǎng)192 m。上彎段采用普通鋼筋砼襯砌，水平段采用鋼板和素砼組合式襯砌，豎直段、下彎段采用灌漿式預(yù)應(yīng)力鋼筋砼襯砌；全長(zhǎng)86.4 m，襯砌厚度0.6 m，襯砌后直徑5.8 m，砼標(biāo)號(hào)C30、W10，承受最大靜水頭146 m，最大動(dòng)水頭163 m。豎井段灌漿式預(yù)應(yīng)力砼采用滑模進(jìn)行砼施工，襯砌結(jié)束后，將滑模平臺(tái)改造為灌漿平臺(tái)進(jìn)行灌漿施工。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 供風(fēng)系統(tǒng)

灌漿試驗(yàn)及施工采用同一套供風(fēng)系統(tǒng)，在調(diào)壓井通風(fēng)洞鎖口段安置20 m3/min空壓機(jī)一臺(tái)，沿調(diào)壓井井壁鋪設(shè)供風(fēng)管路，對(duì)調(diào)壓井豎井、流道段、上游漸變段、下游漸變段及高壓水道上彎段、豎井、下彎段統(tǒng)一供風(fēng)。

2.2 供水系統(tǒng)

用下平洞壓力鋼管做為一級(jí)水箱，從廠房3#集水井用潛水泵抽水到該水箱，再用安置在3#支管處的高揚(yáng)程離心水泵向設(shè)在調(diào)壓井流道段處的二級(jí)水箱供水。通過(guò)自流方式從該水箱向高壓水道上彎段、豎井段、下彎段供水。

2.3 供電系統(tǒng)

利用原有開(kāi)挖、混凝土襯砌時(shí)形成的供電系統(tǒng)。在流道段處設(shè)置一個(gè)配電柜，控制灰漿攪拌機(jī)、提升卷?yè)P(yáng)；在灌漿平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)配電柜，控制水泵、灰漿罐、注漿泵。

2.4 供漿系統(tǒng)

在調(diào)壓井流道段設(shè)置平臺(tái)，堆放R32.5袋裝水泥。高速攪拌機(jī)安置在平臺(tái)

端部，人工投料配置0.5∶1的灰漿。采用2″膠管通過(guò)自流的方式向安置在灌漿平臺(tái)上的低速攪拌機(jī)(儲(chǔ)漿罐)送漿。

2.5 灌漿系統(tǒng)

灌漿泵、低速攪拌機(jī)(儲(chǔ)漿罐)均安置在灌漿平臺(tái)上，采用串聯(lián)式管路進(jìn)行填壓式灌漿。

2.6 灌漿平臺(tái)

對(duì)原有的滑模平臺(tái)進(jìn)行改造，作為灌漿施工的平臺(tái)。將滑模的圍圈及模板拆除并進(jìn)行加固，重新在上彎段與豎井段相接處的砼中設(shè)置6個(gè)提升吊點(diǎn)，用6個(gè)10 t手動(dòng)葫蘆對(duì)平臺(tái)進(jìn)行提升。因?yàn)槭┕すて诤芫o，同時(shí)灌漿施工要求“環(huán)間加密，環(huán)內(nèi)分序”，如果在單層平臺(tái)(即原灌漿平臺(tái))上進(jìn)行施工，平臺(tái)需要頻繁的升降，根本無(wú)法滿足工期的要求。因此，在改造后的灌漿平臺(tái)上用Φ48的鋼管搭設(shè)了三層腳手架，在架子上鋪5 cm厚的木跳板，形成了一個(gè)灌漿施工的組合平臺(tái)。層高為3 m，和灌漿孔的環(huán)間距一致，鉆孔和灌漿可同時(shí)組織流水作業(yè)。平臺(tái)每次下降高度為12 m。

人員的上下及材料的運(yùn)輸通過(guò)吊籠來(lái)實(shí)現(xiàn)。在流道段靠上彎段側(cè)設(shè)置一臺(tái)8t調(diào)速卷?yè)P(yáng)作為牽引動(dòng)力，在上彎段頂部的砼中預(yù)埋吊點(diǎn)，吊籠通過(guò)懸掛在吊點(diǎn)上的導(dǎo)向滑輪被卷?yè)P(yáng)牽引來(lái)完成升降。

3 灌漿試驗(yàn)

因國(guó)內(nèi)可以借鑒的灌漿式預(yù)應(yīng)力襯砌的成功經(jīng)驗(yàn)不多，只有白山水電站、廣蓄水電站等為數(shù)不多的幾個(gè)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最后確定了小孤山水電站的灌漿參數(shù)。

3.1 試驗(yàn)段的選擇

為防止對(duì)工程運(yùn)行產(chǎn)生不良的影響，在內(nèi)水壓力相對(duì)較小的上彎段以下12 m豎直段范圍內(nèi)，選擇28環(huán)、27環(huán)、26環(huán)3個(gè)生產(chǎn)性斷面進(jìn)行預(yù)應(yīng)力灌漿試驗(yàn)，高程分別為1985.9 m、1982.9 m、1979.9 m。

3.2 試驗(yàn)孔的布置

環(huán)間距3 m，環(huán)內(nèi)8個(gè)孔均勻布設(shè)Φ46 mm的預(yù)埋灌漿管，采用手風(fēng)鉆鉆孔。

3.3 觀測(cè)儀器預(yù)埋

1)應(yīng)變計(jì)

在砼襯砌體中預(yù)埋SDY-100應(yīng)變計(jì)，每環(huán)4支，3環(huán)共計(jì)12支。

2)無(wú)應(yīng)力計(jì)

在28環(huán)內(nèi)預(yù)埋SDYWW-100無(wú)應(yīng)力計(jì)4支。

3)液壓應(yīng)力計(jì)

在26環(huán)、27環(huán)兩環(huán)內(nèi)間隔預(yù)埋YJ-2液壓應(yīng)力計(jì)各4支。

4)測(cè)縫計(jì)

在砼襯砌體和圍巖接縫處預(yù)埋SDF-50測(cè)縫計(jì)，每環(huán)2支，3環(huán)共計(jì)6支。

5)測(cè)壓管

在26環(huán)、27環(huán)兩環(huán)內(nèi)間隔預(yù)埋測(cè)壓管各4支，在28環(huán)內(nèi)預(yù)埋測(cè)壓管8支。

試驗(yàn)過(guò)程中，因局部施工冷縫等原因，導(dǎo)致開(kāi)環(huán)失敗，但預(yù)埋的測(cè)縫計(jì)檢測(cè)到28環(huán)的局部襯砌體與圍巖脫離開(kāi)。預(yù)埋的測(cè)壓管只有26環(huán)的GYS26-2在開(kāi)環(huán)時(shí)檢測(cè)到壓力與回水管上總表的壓力一致。

3.4 漿液配比

漿液采用純水泥漿，試驗(yàn)前定為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個(gè)比級(jí)。

試驗(yàn)過(guò)程中，因經(jīng)過(guò)壓水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圍巖的透水率較小，灌漿時(shí)調(diào)整為5∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個(gè)比級(jí)。

3.5 漿液變換原則

1)當(dāng)灌漿壓力保持持續(xù)不變，注入率持續(xù)減小或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

2)當(dāng)某級(jí)漿液注入量已達(dá)到300 L以上，或灌漿的時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)水灰比。

試驗(yàn)過(guò)程中，采用5∶1漿液逐級(jí)升壓到3.0 MPa，漿液濃度從5∶1逐級(jí)變換到0.5∶1，每級(jí)持續(xù)30 min。在3.0 MPa壓力下，當(dāng)注入率小于0.2 L/min時(shí)，采用0.5∶1漿液屏漿2 h，然后帶壓閉漿，閉漿后待孔口壓力降至0時(shí)，拆除孔口裝置。

3.6 灌漿壓力的選擇

灌漿壓力的選擇與圍巖地地質(zhì)條件、灌漿孔深、施加預(yù)應(yīng)力的方式等因素有關(guān)，初步選擇時(shí)一般取內(nèi)水壓力的2倍，在試驗(yàn)過(guò)程中再慢慢調(diào)整。小孤山高壓水道正常運(yùn)行情況時(shí)，計(jì)算水頭為128.1 m，非常運(yùn)行情況時(shí)為163 m，確定試驗(yàn)時(shí)的開(kāi)環(huán)壓力為1.8 MPa，灌漿壓力根據(jù)采取的方式不同分別為1.0 MPa和3 MPa。

試驗(yàn)前暫定開(kāi)環(huán)采取4孔并灌，如達(dá)不到要求采取8孔并灌甚至24孔并灌。試驗(yàn)過(guò)程中，采取4孔并灌。開(kāi)環(huán)壓力從0.5 MPa、1.0 MPa、1.2 MPa、1.4 MPa、1.6 MPa逐級(jí)升到1.8 MPa。因局部施工冷縫等原因，壓力超過(guò)1.0 MPa時(shí)，襯砌表面開(kāi)始有不同程度的滲水導(dǎo)致開(kāi)環(huán)失敗。灌漿時(shí)，壓力從0.5、1.0、1.5、2.0、2.5逐級(jí)升到3.0 MPa，因注入率較小，每級(jí)持續(xù)10 min，直至最大壓力3.0 MPa。

3.7 灌漿方式的選擇

方式一：先進(jìn)行淺孔的接觸灌漿,使襯砌和圍巖緊密的結(jié)合在一起,然后在進(jìn)行深孔高壓固結(jié)灌漿。

試驗(yàn)時(shí)每孔分兩段進(jìn)行，先淺孔后深孔，淺孔灌后等強(qiáng)7 h進(jìn)行深孔。第一段孔深為2.5 m，注漿塞塞在襯砌砼內(nèi)，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為1.0 MPa；第二段孔深為5 m，注漿塞塞在巖石內(nèi)，入巖深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa。

方式二：接觸灌漿和固結(jié)灌漿同時(shí)進(jìn)行，一次灌實(shí)。

試驗(yàn)時(shí)每孔一次進(jìn)行，鉆孔深度為5 m，注漿塞塞在襯砌砼內(nèi)，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa。

無(wú)論是方式一還是方式二，灌前都進(jìn)行了單孔壓水試驗(yàn)，壓力為1.0 MPa。

雖然圍巖的透水率較小且相差不大，為了保證襯砌體的安全，灌漿試驗(yàn)時(shí)采用2孔并灌。

4 灌漿施工

4.1 根據(jù)灌漿試驗(yàn)，確定施工灌漿參數(shù)

1)漿液配比

漿液采用純水泥漿，配比為5∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個(gè)比級(jí)。

2)漿液變換原則

漿液5∶1逐級(jí)迅速升壓到3.0 MPa后，漿液濃度從5∶1逐級(jí)變換到0.5∶1，每級(jí)持續(xù)30 min。在3.0 MPa壓力下，當(dāng)注入率小于0.2 L/min時(shí)，采用0.5∶1漿液屏漿120 min，然后帶壓閉漿，閉漿后待孔口壓力降至0時(shí)，拆除孔口裝置。

3)灌漿壓力的選擇

壓力從0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa逐級(jí)升到3.0 MPa，每級(jí)持續(xù)10 min，直至最大壓力3.0 MPa。

4)灌漿方式的選擇

接觸灌漿和固結(jié)灌漿同時(shí)進(jìn)行，一次灌實(shí)，注漿塞塞在襯砌砼內(nèi)，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa，采用2孔并灌。

4.2 特殊情況的處理

1)備用棉絮、水玻璃等漏、串、堵的材料。

2)在灌漿前對(duì)灌漿段進(jìn)行全面檢查，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行堵漏、防滲、防串等現(xiàn)象的發(fā)生。

3)對(duì)可灌性差的部位，中間不宜變換漿液濃度，可用5∶1稀漿灌到結(jié)束。

4)預(yù)應(yīng)力灌漿開(kāi)始后，規(guī)定時(shí)間內(nèi)不宜停泵。因故停泵，應(yīng)立即洗孔以待復(fù)灌。復(fù)灌后，砼襯砌的預(yù)應(yīng)力值小于停灌前，或吸漿量明顯降低時(shí)，應(yīng)重新鉆孔補(bǔ)灌。

4.3 質(zhì)量檢查

1)采用鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)的方法,試驗(yàn)為單點(diǎn)法。

2)檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%，灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)應(yīng)在灌漿結(jié)束7天以后進(jìn)行。

3)在灌漿結(jié)束后3天內(nèi)，將有關(guān)資料提交業(yè)主、監(jiān)理人，確定檢查孔位置。

5 結(jié)論

灌漿試驗(yàn)的成功，證明了小孤山水電站高壓水道豎井及下彎段采用灌漿式預(yù)應(yīng)力砼進(jìn)行襯砌是可行的。通過(guò)灌漿試驗(yàn)，確定了5 m深的孔不分段一次灌實(shí)，3.0 MPa灌漿壓力直接作用到襯砌上的新理念，保證了工程的質(zhì)量。