某水電站防滲帷幕灌漿工程施工

1、貴州大花水水電站左岸防滲帷幕灌漿工程施工【摘 要】 貴州大花水水電站防滲帷幕地質(zhì)條件復(fù)雜、巖溶發(fā)育，帷幕灌漿施工難度大，帷幕灌漿施工采用粉煤 灰水泥漿和孔口封閉法工藝。本文介紹左岸防滲帷幕施工情況和效果?！娟P(guān)鍵詞】 大花水水電站；帷幕灌漿；煤層；泥質(zhì)巖工程概況大花水水電站位于貴州清水河中游，是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪及其它效益的綜合水利水電 樞紐。水庫(kù)正常蓄水位868.00m，電站裝機(jī)容量180MW。攔河大壩為拋物線雙曲拱壩，壩頂高程 873.00m，最大壩高134.50m。大壩壩軸線總長(zhǎng)287.56m。壩體大體積混凝土為C20三級(jí)配碾壓混凝 土，壩體上游面采用二級(jí)配碾壓混凝土防滲。壩址區(qū)出露

2、寒武系婁山關(guān)群至二疊系地層，巖性由灰?guī)r、硅質(zhì)巖、砂巖、粉砂巖、泥頁(yè)巖及其 它過(guò)渡巖類組成，互層狀展布，沉積韻律明顯。兩岸防滲帷幕分別與P擴(kuò)和P1L相對(duì)隔水層相接。 帷幕線全長(zhǎng)931m。防滲帷幕最大深度達(dá)200m。兩岸分別布置三層灌漿隧洞，高程分別為左岸873m、 810m、755m；右岸 873m、818 m、755m。壩址區(qū)斷層以近垂直河流的北西西向N55。80OW，NEN70。85。及北東東向N65。90E， SEN70。85。兩組最為發(fā)育，沿河此兩組小斷層呈陡直的“X”型同序次發(fā)育，甚為密集，呈棱型 網(wǎng)格狀分布，間距3070m，綜合計(jì)算34條/100m。近順河斷層僅見(jiàn)f23、f25兩條。

3、以上斷層 中規(guī)模較大且對(duì)樞紐建筑物及壩肩抗滑穩(wěn)定有影響者主要有fl、f2、f3、f4、f23、f25、f29、f30 等8條斷層。左岸防滲帷幕設(shè)計(jì)大壩帷幕灌漿設(shè)計(jì)鉆孔量為67414m，灌漿水泥用量預(yù)計(jì)為15667t。其中，左岸中上層帷幕灌漿 工程鉆孔量為18260m，水泥用量預(yù)計(jì)為4244t，防滲標(biāo)準(zhǔn)為上層873m灌漿隧洞，透水率qW3Lu；中 層810m灌漿隧洞，透水率qW1Lu。上層隧洞帷幕灌漿，靠近壩肩部位布置兩排孔，孔距2.5m，排距1.2m；其它部位布置單排孔， 孔距2.5m，中下層灌漿隧洞帷幕灌漿全部布置兩排孔，孔距2.5m，排距1.2m,地質(zhì)缺陷部位視地質(zhì)情 況增加12排灌漿孔。

4、帷幕采取分層垂直搭接和搭接固結(jié)灌漿相結(jié)合的形式，見(jiàn)圖1、圖2。3主要施工方法：i - H - T+ 朋H 爻41-1-:r -H B-.-:下游排帷幕軸線ifc. 心，,一， + 2-MU-IL 戚Y J,*L上游排帷幕軸線左岸873m上層帷幕灌漿平面孔位布置圖左岸873m頂層灌漿隧洞軸線N87.5W土出；富 小二.二以，g b!胡.土w 必；在i胸h遇營(yíng)略，咨訂亍必|：必.1】妹|簧虧排水溝KGsiMy左岸810中層帷幕灌漿平面孔位布置I序孔4.排水孔仰孔起止樁號(hào):II序孔5.排水孔底孔起止樁號(hào):6.973m上層灌漿隧洞壩肩灌漿帷幕孔為L(zhǎng)u117Lu122。III序孔物探孔圖中高程、樁號(hào)尺寸

5、以m計(jì)，其余尺寸以cm計(jì)，帷幕灌漿仰孔起止樁號(hào)：0+260.5286.5,帷幕搭接孔起止樁號(hào)：0+233.90+344.9,0+175.9286.9,0+233.90+272.9,5m長(zhǎng)搭接3m長(zhǎng)搭接圖1左岸中上層灌漿隧洞帷幕灌漿平面孔位布置圖說(shuō)明：圖中尺寸除樁號(hào)、高程以m計(jì)外，其余尺寸以cm計(jì)；左岸防滲帷幕底線根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整；左岸810m帷幕灌漿孔Lm79Lm93共15個(gè)孔需在導(dǎo)流洞封堵完成后進(jìn)行；灌漿仰孔伸入壩體混凝土510cm，實(shí)際孔深以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師核實(shí)為準(zhǔn);帷幕仰孔孔深小于10m的孔不鑲注孔口管-防滲帷幕底線- 拱壩中心線基礎(chǔ)灌漿廊道圖2左岸中上層灌漿隧洞帷幕灌漿孔剖面圖3

6、.1鉆孔灌漿孔開(kāi)孔直徑？ 91mm，終孔直徑不小于？ 56mm。為進(jìn)一步查明帷幕線上巖溶發(fā)育及地質(zhì)構(gòu)造 情況，在810m、873m灌漿隧洞分別布置數(shù)個(gè)物探孔，分別進(jìn)行分段取芯、壓水試驗(yàn)，并進(jìn)行物探 CT測(cè)試。3.2灌漿帷幕灌漿施工采用孔口封閉灌漿法，各段段長(zhǎng)劃分及灌漿壓力見(jiàn)表1。表1各部位鉆孔分段及灌漿壓力表分段第一段第二段第三段第四段及以下各段段長(zhǎng)(m)2345873灌漿隧洞(MPa)0.51.02.54.0810灌漿隧洞(MPa)0.51.02.55.0(2.5)洞內(nèi)帷幕仰孔(MPa)1.01.52.03.0洞內(nèi)壩肩帷幕(MPa)洞內(nèi)搭接帷幕(MPa)1.5MPa，全孔一次灌注灌漿按分序加

7、密的原則進(jìn)行，雙排帷幕先灌下游排，后灌上游排；同排分3序。灌漿過(guò)程采用 LJ-III型自動(dòng)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)量。在灌前根據(jù)要求埋設(shè)抬動(dòng)變位觀測(cè)儀器，各部位標(biāo)準(zhǔn)為：巖體抬動(dòng)變位應(yīng)小于2mm，上層灌漿 隧洞施工時(shí)下層隧洞襯砌混凝土變位應(yīng)小于1mm，壩基及壩肩的混凝土變位應(yīng)小于1mm。灌漿試驗(yàn)時(shí) 測(cè)得在最大灌漿壓力為5MPa時(shí)，隧洞襯砌混凝土及巖體抬動(dòng)變位范圍在一120|j m17|J m之間。3. 3特殊情況處理3.3.1斷層及溶洞處理灌漿隧洞在開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)于所遇到的溶洞、斷層及不良地質(zhì)段，根據(jù)具體情況，逐個(gè) 提出開(kāi)挖范圍、臨時(shí)支護(hù)形式及回填混凝土的范圍；大型溶洞作專門處理設(shè)計(jì)，先回填混凝土

8、，盡 量填滿，因施工超挖的洞段也必須回填混凝土，然后再灌漿。灌漿施工前應(yīng)將帷幕線上可見(jiàn)的溶洞、 溶隙、斷層等滲漏通道全部封堵；灌漿施工過(guò)程中遇巖溶管道時(shí)，采用大口徑回填高流態(tài)混凝土、投入碎石后再采用灌注 水泥砂漿、混合漿液等措施，待凝后，掃孔，再進(jìn)行高壓灌漿。大耗灰量灌漿難于結(jié)束時(shí)，采用下 列處理措施：低壓、濃漿、限量、限流、間歇灌漿，漿液中摻加速凝劑。3.3.2特殊巖層施工方法873m上層灌漿隧洞在開(kāi)挖及灌漿施工時(shí)，均遇有軟弱黃泥夾層。對(duì)于開(kāi)挖時(shí)揭露的黃泥 夾層采用高壓水槍徹底清除干凈，然后布設(shè)抗抬錨桿、回填混凝土；在灌漿孔鉆孔時(shí)發(fā)現(xiàn)的黃泥夾 層按照同序、同深度灌漿孔、同步升壓、逐步加密的原

9、則進(jìn)行灌漿，通過(guò)高壓力把黃泥擠壓出地表， 從而達(dá)到水泥漿液完全充填、提高防滲能力的目的。810m中層灌漿隧洞在前期灌漿孔鉆孔施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)大面積煤層、泥質(zhì)巖，遂采用套管護(hù) 壁和跟管鉆進(jìn)工藝相結(jié)合進(jìn)行鉆孔施工，灌漿時(shí)為提高可灌性、保證灌漿質(zhì)量則使用純水泥漿液進(jìn) 行灌注。導(dǎo)流洞區(qū)域帷幕灌漿施工在導(dǎo)流洞封堵及水庫(kù)蓄水以后進(jìn)行，左右岸帷幕已初步形成，余 下導(dǎo)流洞區(qū)域唯一滲漏通道，幕后排水亦未形成，這就增加了該區(qū)域的施工難度，造成各灌漿段反 復(fù)待凝、掃孔、復(fù)灌，該部位15個(gè)灌漿孔上半部455m進(jìn)尺平均單位注入量竟高達(dá)7143.8Kg/m； 經(jīng)過(guò)灌漿資料分析，發(fā)現(xiàn)煤層、泥質(zhì)巖所承受壓力臨界值為2.53.0M

10、Pa且“吃漿不吃水”，后進(jìn) 行設(shè)計(jì)變更，最大灌漿壓力由原設(shè)計(jì)的5.0MPa降低到2.5MPa，使下半部平均單耗下降至203.8 Kg/m，最終順利完成，施工結(jié)束經(jīng)過(guò)資料分析和質(zhì)量檢查，滿足設(shè)計(jì)要求。4帷幕灌漿試驗(yàn)灌漿施工前進(jìn)行了生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)防滲帷幕線上的地質(zhì)條件分析，確定左岸試驗(yàn)段為： 上層873m灌漿隧洞0+217.250+227.75m之間。試驗(yàn)孔位具體布置可見(jiàn)圖1。漿液試驗(yàn)本工程采用貴州水泥廠生產(chǎn)的烏江牌42.5普硅水泥、安順發(fā)電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰和貴陽(yáng)綠 洲苑建材有限公司生產(chǎn)的木鈣緩凝劑，技術(shù)性能均滿足設(shè)計(jì)要求。進(jìn)行了純水泥漿液、水泥漿摻加外加劑、水泥粉煤灰漿、水泥粉煤灰漿

11、摻加外加劑不同水灰比 的粘結(jié)力、塑性粘度、抗?jié)B、抗拉、彈性模量、失水率、凝結(jié)時(shí)間等項(xiàng)目的測(cè)試。測(cè)試的漿液配比 為純水泥 2 ： 1、1 ： 1、0.8 ： 1、0.6 ： 1、0.5 ： 1 五級(jí)，粉煤灰水泥漿 0.8 ： 1、0.6 ： 1、0.5 ： 1 三級(jí)，粉煤灰摻量為水泥重量的30%、70%、100%，外加劑摻量為水泥重量的0、0.15%、0.2%、0.25%。通過(guò)鉆孔取芯、前期洞挖及物探孔揭露的地質(zhì)情況反映，左岸873隧洞地質(zhì)缺陷較多，裂隙、 夾泥層、小型溶洞分布普遍。對(duì)于這種可灌性較好的地層采用粉煤灰漿液灌漿比采用純水泥漿液灌 注有以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：材料節(jié)約30%左右，工藝相對(duì)簡(jiǎn)化，

12、比級(jí)少、減少變漿環(huán)節(jié)以相對(duì)縮短灌注 時(shí)間，粉煤灰的物理特性使其更有利于較大裂隙的灌注。因此，最終確定本工程帷幕灌漿的漿液配 合比見(jiàn)表2。表2帷幕灌漿漿液配比表水膠比100L漿液的材料用量(Kg)漿液密度(g/cm3)水水泥粉 煤灰 (30%)木鈣(0.25%)0.5:152.3473.2531.420.261.5730.6:156.4465.8228.240.241.5070.8:161.6553.9323.140.191.389注：該漿液配合比中粉煤灰摻量為膠凝材料總量的30%。灌漿試驗(yàn)成果灌漿試驗(yàn)共計(jì)8個(gè)試驗(yàn)孔，鉆孔進(jìn)尺540m，灌漿進(jìn)尺536.8m，灌注干灰864.267t，最大單位注

13、入量25630.3kg/m，平均單位注入量1610.0kg/m ；分序統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表3。表3灌漿試驗(yàn)主要成果表排序孔序孔號(hào)鉆孔進(jìn)尺(m)灌漿進(jìn)尺(m)注灰量(kg)單位注入量 (kg/m)平均透水率 (Lu)水泥粉煤灰下游排IM167.567.1187382.056212.23630.334.53M467.567.1372115.2111778.07211.5101.91IIM267.567.122802.06839.8441.812.31M567.567.145025.013506.7872.319.13IIIM367.567.120877.06262.4404.55.53合計(jì)337.5335

14、.5648201.2194599.12512.1上游排IM767.567.110015.03003.8194.04.40IIM867.567.14605.01380.689.23.00mM667.567.11895.0567.636.72.52合計(jì)202.5201.316515.04952.0106.6總計(jì)540.0536.8664716.2199551.11610.0灌漿試驗(yàn)完工14d后，布置3個(gè)檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.0MPa,各段透水率均滿 足設(shè)計(jì)要求。鉆孔采用9 91mm雙層巖芯管取芯，巖芯獲得率92%，在地質(zhì)軟弱帶取出大量填充密實(shí)、 膠結(jié)良好的水泥結(jié)石。5帷幕灌漿施工成果5

15、.1主要施工成果左岸中上層帷幕灌漿工程2006年8月2日開(kāi)始，至2008年5月30日810m灌漿隧洞導(dǎo)流洞 上部帷幕灌漿檢查孔施工全部結(jié)束，總歷時(shí)22個(gè)月，期間因?qū)Я鞫捶舛?、設(shè)計(jì)變更、凍雨、材料 短缺、施工干擾等原因累計(jì)停工8個(gè)月；總計(jì)完成鉆孔進(jìn)尺19033m、灌漿進(jìn)尺18117m，具體灌漿 成果詳見(jiàn)表4。5.2施工成果分析從表中可以看出，本工程總計(jì)注入水泥21940t、粉煤灰7638t，平均單耗達(dá)到1632.6Kg/m。 各部位單位注入量和各次序孔灌前透水率遞減規(guī)律良好，如高程810m灌漿隧洞下游排I、II、m 次序孔，上游排I、II、mi次序孔平均單位注入量分別為3217.73Kg/m、1

16、723.84 Kg/m、821.42 Kg/m、 848.41 Kg/m、735.73 Kg/m、253.48 Kg/m；平均透水率分別為 25.82Lu、13.38 Lu、5.58 Lu、5.06 Lu、4.04 Lu、2.47 Lu。其他部位情況相似。其中，中層高程810m灌漿隧洞大耗灰量孔段主要集中在封堵以后的導(dǎo)流洞上半部，耗灰量占 總量的36.7%，但其進(jìn)尺僅占5.5%。高程810m灌漿隧洞仰孔帷幕平均單位注入量229.4Kg/m；相 比之下遠(yuǎn)低于中上層帷幕底孔單位注入量，主要原因在于灌漿壓力較低（3MPa）、混凝土蓋重較厚 （33.5 58m）。上層873m灌漿隧洞有8個(gè)孔單耗達(dá)到1

17、0t以上，主要集中在黃泥夾層及壩肩接觸部位（沒(méi)有 進(jìn)行接觸灌漿），注灰量占到873m灌漿隧洞總量的36.5%，但其進(jìn)尺僅占5.5%。灌漿質(zhì)量檢查帷幕灌漿的質(zhì)量檢查以分析壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合灌漿資料、鉆孔取芯等綜合評(píng)定；檢查 孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的10%，在該部位灌漿結(jié)束14d后進(jìn)行，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，試驗(yàn)壓力為：810m 灌漿隧洞P=2.0MPa，810m帷幕仰孔、873m灌漿隧洞P=1.0MPa。所有檢查孔透水率均滿足設(shè)計(jì)防滲 標(biāo)準(zhǔn)要求。各部位巖芯采取率平均達(dá)到90%以上，多數(shù)檢查孔均取出填充密實(shí)、膠結(jié)良好的水泥結(jié) 石，在大單耗部位灌漿施工時(shí)，i、m序孔就可以取出水泥結(jié)石，但填充不飽滿。表4大

18、花水電站左岸帷幕灌漿主要成果表施工部位排序孔序孔數(shù)鉆孔進(jìn)尺 (m)灌漿進(jìn)尺 (m)注入灰量(kg)單位注入量 (kg/m)平均透水率 (Lu)水泥粉煤灰810m灌漿 隧洞下 游 排I181100.481030.382707624.56607856.343217.7325.82II181089.671015.271403245.21346921.201723.8413.38III352119.311979.811368349.10257897.00821.425.58小計(jì)714309.464025.465479218.871212674.541662.39上 游 排I181076.631008.

19、83760623.8095279.30848.415.06II181072.82998.42672075.5062492.00735.734.043m352085.601948.90418004.0076007.20253.482.47小計(jì)714235.053956.151850703.30233778.50526.90合計(jì)1428544.517981.617329922.171446453.041099.57一一810m 隧洞 帷幕 仰孔下 游 排I247.2046.2016130.006934.80499.2421.52I232.1031.105911.002540.80271.764.9

20、1m464.1062.109249.003975.40212.954.44小計(jì)8143.40139.4031290.0013451.00320.95一一上 游 排I352.1050.607766.003338.00219.452.70I237.2036.204178.001795.80165.022.53m474.4072.404670.002006.6092.222.08小計(jì)9163.70159.2016614.007140.40149.21一一合計(jì)17307.10298.6047904.0020591.40229.39873m灌漿 隧洞單排I181406.011398.813706868.511593499.193789.2024.63I171316.111309.31819930.00352548.00895.499.26m352718.922704.921744453.65744943.18920.323.34小計(jì)705441.045413.046271252.162690990.371655.68下 游 排I9609.