兩河口水電站廠區(qū)帷幕灌漿效果分析及評(píng)價(jià)

楊培洲，孫起軍

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，成都，610051；2.四川森嶸建設(shè)工程股份有限公司，成都，610073)

1 工程概況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段，電站樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、泄洪建筑物、發(fā)電廠房等組成，壩頂高程2875.00m，河床部位心墻底高程2582.00m，最大壩高295.00m，樞紐防滲帷幕由河床基礎(chǔ)防滲帷幕、左右岸壩肩基礎(chǔ)防滲帷幕及右岸地下廠區(qū)防滲帷幕組成。右壩肩各層灌漿平洞與廠區(qū)灌漿平洞連接，廠區(qū)主體帷幕軸線與主廠房縱軸線平行，布置于距離廠房上游55m處，通過折線與右岸壩肩帷幕連為一體。

2 工程地質(zhì)條件

右壩肩邊坡主要由三疊系上統(tǒng)兩河口組下段(T3lh1)及中段(T3lh2)地層組成，其巖性以變質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖向下游漸變?yōu)榉凵百|(zhì)板巖夾絹云母板巖及粉砂質(zhì)板巖與絹云母板巖互層。巖層產(chǎn)狀為N60°～75°W/SW∠60°～75°，與河流近垂直相交。右壩肩邊坡部位斷層相對(duì)較發(fā)育，規(guī)模較大的斷層主要有F8、F9、F10、F11、F12、F4等，主要由片狀巖、糜棱巖、角礫巖及不連續(xù)的石英脈組成，片狀巖強(qiáng)烈炭化，結(jié)構(gòu)較緊密。

3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及合格標(biāo)準(zhǔn)

3.1 廠區(qū)帷幕主要施工參數(shù)

廠區(qū)帷幕設(shè)計(jì)二排主帷幕灌漿孔，排距1.2m，排內(nèi)孔距2.0m，孔向鉛垂并傾向上游5°，梅花形布置，排內(nèi)分三序施工，鉆孔深度70m，Ⅰ序孔最大灌漿壓力4.5MPa，Ⅱ序孔最大灌漿壓力5.0MPa，Ⅲ序孔最大灌漿壓力5.5MPa，鉆孔孔斜滿足規(guī)范要求。各層搭接帷幕孔深10m，按四排孔梅花形布置。

3.2 灌漿質(zhì)量檢查方法及標(biāo)準(zhǔn)

(1)帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水成果為主，結(jié)合鉆孔取芯資料、鉆孔全景圖像、灌漿記錄和測(cè)試成果等進(jìn)行綜合評(píng)定。

(2)檢查孔采用分段卡塞單點(diǎn)壓水試驗(yàn)，最大壓水試驗(yàn)壓力2MPa。

(3)壩基帷幕灌漿質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：透水率≤1Lu，混凝土與巖石接觸段及其下一段的透水率應(yīng)100%滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，其余各段合格率不小于90%，不合格段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%(搭接帷幕不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的200%)，且不集中時(shí)為合格。

4 主要施工方法及異常情況應(yīng)對(duì)措施

4.1 廠區(qū)帷幕灌漿施工方法

廠區(qū)帷幕灌漿采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)造孔，φ76mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)。各排帷幕施工順序：先施工下游排，再施工上游排。帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法施工。搭接帷幕鉆孔分兩序施工，采用自上而下、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。

灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，水泥漿液比級(jí)為5、3、2、1、0.8、0.5等六個(gè)重量比級(jí)，漿液變換遵循由稀到濃的原則。

4.2 主要異常情況的應(yīng)對(duì)措施

4.2.1 異常情況統(tǒng)計(jì)

廠區(qū)灌漿平洞主帷幕灌漿施工過程中出現(xiàn)的異常情況包括：串冒漏漿、大吸漿、灌漿劈裂、漿液返流等，統(tǒng)計(jì)成果顯示，隨著埋深(水平、垂直)的增加，灌漿過程異常情況孔段呈遞減趨勢(shì)，符合地質(zhì)條件變化的一般規(guī)律，各層灌漿平洞主帷幕灌漿異常情況平均占比為7.77%，具體各部位異常情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 廠區(qū)灌漿平洞主帷幕灌漿異常情況統(tǒng)計(jì)

4.2.2 異常情況應(yīng)對(duì)措施

(1)大吸漿孔段應(yīng)對(duì)措施

灌漿初始流量大于25L/min～30L/min或單位注入量大于100kg/m的孔段，一般灌漿歷時(shí)較長(zhǎng)，易將鉆桿鑄死或無法提出鉆桿等孔內(nèi)事故而影響灌漿質(zhì)量，主要采取的應(yīng)對(duì)措施包括：①采用分級(jí)升壓法，使壓力與流量相匹配，避免過度使用壓力，防止?jié){液過度擴(kuò)散而造成水泥浪費(fèi)；②每隔10min～30min轉(zhuǎn)動(dòng)或升降一次鉆桿[1]；③鉆孔接頭擰緊，防止接頭部位漏漿，造成深部漿液流速減小而埋鉆；④當(dāng)出現(xiàn)鑄鉆情況時(shí)，可降低灌漿壓力，增加回漿流量，或向孔內(nèi)注入清水沖孔，直至鉆桿上下輕松活動(dòng)。

(2)串冒漏漿孔段應(yīng)對(duì)措施

同一灌漿平洞內(nèi)或下層平洞的冒漏漿孔段主要采用嵌縫、表面封堵、適當(dāng)降低灌漿壓力、限流、越級(jí)變漿、間歇灌漿、待凝等措施進(jìn)行處理，并根據(jù)情況掃孔復(fù)灌。

(3)灌漿劈裂孔段應(yīng)對(duì)措施

灌漿過程中，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到某一臨界值時(shí)，灌漿流量發(fā)生突變，巖體中的薄弱結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)破壞性擴(kuò)張，較完整的砂板巖劈裂的壓力一般在4.0MPa～5.5MPa，少量的劈裂不會(huì)影響灌漿質(zhì)量。當(dāng)灌漿流量較大時(shí)，按大耗漿量孔段的應(yīng)對(duì)措施處理。

(4)漿液返流孔段應(yīng)對(duì)措施

灌漿過程中，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到某一臨界值時(shí)，巖體中的薄弱結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)彈性擴(kuò)張，灌漿流量不大且基本穩(wěn)定，灌漿歷時(shí)較長(zhǎng)，當(dāng)灌漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，灌漿壓力撤除后，大量的漿液從孔內(nèi)返流出孔口，也是劈裂的一種特殊情況。一些孔段具有明顯的漿液回濃現(xiàn)象，說明微細(xì)裂隙的彈性擴(kuò)張是漿液返流的主要原因。針對(duì)漿液返流的應(yīng)對(duì)措施如下：

①立即恢復(fù)灌漿，延長(zhǎng)屏漿時(shí)間，促使裂隙內(nèi)漿體排水固結(jié)，最長(zhǎng)可延長(zhǎng)至90min；②延長(zhǎng)屏漿時(shí)間后無返流現(xiàn)象，則采取待凝措施，待凝時(shí)間不少于24h；③延長(zhǎng)屏漿時(shí)間后仍有返流現(xiàn)象，則二次補(bǔ)漿并采取閉漿和待凝措施，閉漿時(shí)間一般為8h，待凝時(shí)間不少于24h；4.2.3 陡傾角裂隙對(duì)帷幕質(zhì)量的影響[2]

廠區(qū)部位巖層產(chǎn)狀為N60°～75°W/SW∠60°～75°，與河流近垂直相交，層間發(fā)育陡傾角微細(xì)裂隙，可灌性較差，同時(shí)漿液擴(kuò)散的距離，投影到帷幕形成的有效距離較短，對(duì)帷幕的質(zhì)量會(huì)造成一些影響，如采用斜孔方案，鉆孔孔斜難以有效控制且施工空間較小無法實(shí)施。利弊權(quán)衡分析，采取鉛直孔且向上游傾斜5°，也是比較合理的施工方案。為保證帷幕質(zhì)量，對(duì)于陡傾角裂隙的灌漿主要措施如下：

(1)灌漿盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，灌漿必須連續(xù)進(jìn)行。

(2)嚴(yán)格遵守漿液變換由稀到濃的原則，尤其是開灌水灰比滿足設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)灌漿過程水泥漿密度檢測(cè)。

5 灌漿成果分析

5.1 主帷幕灌漿成果

廠區(qū)主帷幕灌漿共完成15.84萬m，平均單位注入量17.08kg/m，其中Ⅰ序孔完成4.35萬m，平均單位注入量38.98kg/m；Ⅱ序孔完成3.85萬m，平均單位注入量12.94kg/m；Ⅲ序孔完成7.64萬m，平均單位注入量6.72kg/m。

表2 主帷幕灌漿單位注入量頻率統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，隨著灌漿次序的遞增，單位注入量較小孔段的頻率值呈遞增趨勢(shì)，上游排平均單位注入量明顯小于下游排平均單位注入量，灌漿成果符合灌漿一般規(guī)律，說明灌漿效果明顯。

表3 主帷幕灌前壓水透水率頻率統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出，隨著灌漿次序的遞增，透水率較大的孔段的頻率值呈遞減趨勢(shì)，上游排孔段平均透水率明顯小于下游排平均透水率，灌漿成果符合灌漿一般規(guī)律，說明灌漿效果明顯。

5.2 廠區(qū)搭接帷幕灌漿成果

廠區(qū)搭接帷幕灌漿共完成4.69萬m，平均單位注入量16.56kg/m，其中Ⅰ序孔完成2.43萬m，平均單位注入量27.13kg/m；Ⅱ序孔完成2.26萬m，平均單位注入量5.20kg/m。

表4 搭接帷幕單位注入量頻率統(tǒng)計(jì)

從表4可以看出，Ⅰ序孔平均單位注入量為27.13kg/m；Ⅱ序孔平均單位注入量為5.20kg/m，遞減80.83%，符合灌漿一般規(guī)律，灌漿效果良好。

表5 搭接帷幕灌前壓水透水率頻率統(tǒng)計(jì)

從表5可以看出，Ⅰ序孔灌前平均透水率為1.49Lu，Ⅱ序孔灌前平均透水率為0.15Lu，說明隨著灌漿次序的增加，透水率較小的孔段頻率值同步增加，符合灌漿一般規(guī)律，灌漿效果良好。

6 質(zhì)量檢查及評(píng)價(jià)

廠區(qū)共完成主帷幕檢查68個(gè)單元，搭接帷幕檢查79個(gè)單元，壓水試驗(yàn)成果滿足設(shè)計(jì)要求，檢查成果見表6、表7。

表6 主帷幕灌后質(zhì)量檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表7 搭接帷幕灌后質(zhì)量檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

7 結(jié)語

兩河口水電站引水發(fā)電系統(tǒng)為首部式大型地下洞室群，樞紐區(qū)地形地質(zhì)條件較復(fù)雜且有多條斷層穿過主帷幕，帷幕的防滲效果直接影響到廠房的安全運(yùn)行。為此，針對(duì)施工過程中出現(xiàn)的異常情況，建立臺(tái)賬并制定針對(duì)性處理措施，有效地解決帷幕薄弱部位的質(zhì)量隱患。經(jīng)過大壩二期蓄水考驗(yàn)，最大水頭215m，廠區(qū)各層排水廊道排水孔滲水較小，達(dá)到預(yù)期防滲效果，灌漿效果良好。