肖力群
云南大唐国际电力有限公司 云南昆明 650011
摘要:混凝土重力坝在高水头运行工况下,个别地质条件复杂坝段存在局部较大渗漏;通过坝体稳定性复核,研究制订减少坝基渗漏量及增加坝基抗渗破坏能力的帷幕补强灌浆技术方案及质量控制方法;试验验证帷幕补强灌浆施工参数及工艺,通过帷幕补强灌浆实施,减轻坝基渗漏水抽排压力,增强帷幕防渗能力,增加抗渗破坏能力,提高了坝基稳定性,促进大坝长期安全稳定运行。
关键词:帷幕灌浆技术;补强加固;应用
Title:Curtain grouting technology in a hydropower station Grouting Application//by Xiao li-qun//Yunnan Datang International Electric Power CO.,LTD。
Abstract:The concrete gravity dam under high water pressure,complex geological conditions of individual existence of local large dam seepage;review by dam stability in high head dam operating conditions,study and formulate reduce leakage and increase Dam destructive power dam seepage curtain grouting reinforcement technology solutions and quality control methods;experimental verification curtain grouting construction parameters and process reinforced by curtain grouting reinforcement implementation,reduce foundation seepage water pumping pressure,enhance seepage capacity,increased impermeability destructive capacity,improve the dam stability and promote long-term safe and stable operation of the dam。
Keywords:Curtain grouting technology;Reinforcement;Application
1.工程简介
某水电站为二等大(2)型水电工程,大坝为碾压混凝土重力坝,坝轴线采用折线布置,坝顶长度466.0m,最大坝高113.0m,总装机容量为450MW,以发电为主,水库正常蓄水位456.0m,死水位446.0m。2008年水库开始蓄水以来,左岸3号~8号坝段坝基排水孔出水量相对偏大,其中出水量相对集中的6号坝段(岸坡坝段)11~14号4个主排水孔一般满管排放,单孔最大出水量超过0.4L/s,该坝段合计排水量2.4 L/s。库水位与6号坝段坝基扬压力相关性较好。
长期渗漏可能造成大坝坝基局部脱空,对坝段安全稳定构成潜在威胁。为保证大坝长期安全稳定运行和降低坝基渗漏量,减轻大坝基础廊道排水泵抽排压力,研究决定对大坝左岸6号坝段帷幕进行补强灌浆。
2.坝段灌前稳定复核
此次帷幕补强灌浆在大坝运行高水头工况下进行,为确保补强加固处理期间坝体的稳定性,帷幕补强灌浆前,对坝段进行稳定复核。
2.1坝段三维有限元稳定复核
通过建立三维有限元计算模型,采用实体单元模拟坝体及地基,结合坝体混凝土、基岩岩体、拟实施帷幕灌浆力学参数、特征水位及相应静力、动力荷载,计算正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位和地震等工况下坝段抗滑稳定安全性。通过计算,在静力工况下,6号坝段沿建基面顺水流方向的抗滑稳定安全系数最小值为4.21,出现在校核洪水位工况,大于规范规定的允许值2.5;在各工况下,6号坝段抗滑稳定均满足规范要求。
2.2 坝段应力复核
采用材料力学法,按承载能力极限状态和正常使用极限状态对坝体应力进行分析计算。通过分析计算,承载能力极限状态下,各工况坝趾处混凝土的抗压强度满足要求;正常使用极限状态,坝段坝踵垂直应力均为压应力,无拉应力出现。
3.帷幕补强灌浆实施方案
3.1实施灌浆的前提条件和要求
(1)同一坝段所有排水孔、测压管等阀门均处于常开状态并记录。
(2)灌浆前应测记涌水压力和涌水量。
3.2 坝段抬动观测
坝段灌浆前,为防止大坝混凝土在灌浆压力下产生抬裂破坏,安装抬动观测装置进行抬动监测,设置一个孔深50m的抬动观测孔监测灌浆(深孔固结及帷幕补强)过程中的坝体抬动情况,为确保施工安全,要求大坝混凝土抬动值不大于0.1mm。
3.3 深孔固结灌浆
对6号坝段坝基渗漏量较大部位的排水孔(6-11~6-14号)进行扫孔做深孔固结灌浆。其目的是利用已有排水孔对坝基深层可能存在的集中渗水通道进行处理,切断坝基下的水力联系通道,减少坝基渗漏量。
3.4 帷幕补强灌浆
(1)原有坝基帷幕灌浆设计为:两排帷幕灌浆孔,孔距3.0m,排距0.7m,最大灌浆压力为3MPa,采用分序加密、自上而下、孔内循环法,分三序孔布置施工,防渗标准为q﹤3lu。
(2)此次帷幕补强灌浆孔的布置共分两排,第一排布置在原主帷幕线处,与原主帷幕孔位错开;第二排布置在原副帷幕线处,与原副帷幕孔位错开。第一排孔为主帷幕,孔深37至50m,比原主帷幕灌浆孔深5m,倾向上游,倾角6度,孔距3m,分三个次序灌注。第二排孔为副帷幕,孔深32至42.5m,垂直孔,比原副帷幕孔深5m,孔距3m,分三个次序灌注;两排灌浆孔呈梅花形布置。
3.5 灌浆试验
在全面实施灌浆前,结合先灌浆的孔进行生产性灌浆试验,通过试验验证确定(不同岩性等条件)灌浆工艺、参数和效果检查;通过试验,确定相应的灌浆参数如下:
(1)水泥采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
(2)灌浆的初始水灰比以2:1开灌,浆液变换为2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级。
(3)灌浆分段:2m、3m、5m、5m至终孔;灌浆压力:第一段,1.5 Mpa;第二段,2.0 Mpa;第三段,2.5 Mpa;第四段及以下,3.0 Mpa。
4.帷幕补强灌浆施工
4.1帷幕灌浆施工技术要求
(1)灌浆分为两排,先灌下游排副帷幕再灌主帷幕;按三个次序孔施工。灌浆段灌浆时,射浆管管口距孔底距离小于50cm,射浆管外径与钻孔孔径之差小于20mm。采用钻杆作射浆管,使用平接头连接钻杆。
(2)进行帷幕灌浆时,坝体混凝土和基岩的接触段先行单独灌浆并待凝,接触段在岩石中的长度不得大于2m。完成帷幕孔接触段灌浆后埋入φ90mm的孔口管,并导正孔口管。
(3)采用自上而下分段灌浆法时,灌浆塞塞在已灌段段底以上0.5m处,以防漏灌;孔口无涌水的孔段,灌浆结束后可不待凝。在断层、破碎带等地质条件复杂地区待凝,待凝时间根据地质条件和现场情况确定。
(4)出现串浆时封闭串浆孔并适当降低压力,必要时屏浆、闭浆、待凝。孔口封闭器应具有良好的耐压性和密封性能,在灌浆过程中灌浆管应能灵活转动和升降。灌浆过程中经常转动和上下活动射浆管,回浆管确保有15L/min以上的回浆量,以防射浆管在孔内因水泥浆凝固而造成孔内事故。深孔段灌浆时,每隔2min~3min转动并上下活动一次射浆管。
(5)浆液变换和灌浆压力
1)本次灌浆的初始水灰比以2:1开灌,浆液变换为2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级,可根据现场试验情况调整水灰比。
2)灌浆应控制在无抬动、岩体无劈裂情况下进行;在可能情况下采用相对较大灌浆压力。灌浆自动记录仪测记间隔时间内灌浆压力的平均值和最大值。
3)灌浆过程中以监测仪器和注入率控制为主,辅以灌浆周边巡视。监测及控制标准值如下:
①渗压计及测压管监测过程始于钻孔冲洗,终止于该部位(段)灌浆结束,整个过程设专人观测,并定时对周围灌浆范围进行巡视观察、作详细记录。
②灌浆过程中如发现压力突然降低或注入率突然升高时,应立即检查测压管和周边排水及灌浆孔口出水串浆情况,观测是否发生压力突变和串浆,如存在以上现象,应立即降低灌浆压力继续灌注。在测值恢复达到30min后,可逐级提高灌浆压力,直至结束;测压管观测专门记录,每30分钟进行一次。
4)灌浆过程中,如灌浆压力或注入率突然改变较大时,应立即查明原因,采取相应的处理措施。
5)发现其它孔、地面或廊道漏稀浆时可继续灌注,漏浓浆时则应降低压力灌注直至上述现象停止逐渐升压至原来压力后继续灌注,如降压无效且漏浆量接近注入量时,可停灌待凝。待凝时间要大于4小时,之后应恢复。恢复灌浆后如注入率突然降低为零,此段应详细记录,并研究重新补灌等处理措施。
6)灌浆过程中应定时测记浆液密度,并作好详细记录。当发现浆液性能与规定指标偏差较大时,应查明原因,及时处理。对有串、冒、漏浆的孔段,也应做详细记录,记录准确部位,研究制订处理措施。
(6)浆液变换标准:
当灌浆压力保持不变,注入率持续减少,或当注入率不变而灌浆压力持续升高时,不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应变浓一级。当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。
(7)灌浆结束标准:
在该灌浆段最大设计压力下,当注入率不大于0.4L/min时,继续灌注60min,或不大于1L/min时,继续灌注90min,灌浆即可结束。
(8)帷幕防渗标准:透水率q<3Lu。
4.2钻孔
钻孔分Ⅲ序加密、自上而下分段进行。坝基帷幕灌浆孔采用XY-2型地质钻机造孔,第一段孔径不小于Φ90mm,以便埋设孔口管,第二段及以下各段孔径不小于Φ56mm。帷幕先导孔、灌后检查孔均采用XY-2型地质钻机造孔,第二段及以下各段孔径不小于Φ76mm。
4.3孔口管埋设
第一段基岩段长为2m,第一段灌浆完毕后埋设孔口管。注浆前,对方位角及顶角进行校正;埋设待凝72h后,可进行下一段钻灌。
4.4钻孔冲洗及裂隙冲洗
(1)钻孔冲洗,所有钻孔每段钻终(抬动孔全孔终)后,采用钻杆或六分管插入孔底后上提20cm,通过钻杆或六分管采用大流量清水对钻孔进行冲洗,直至回水澄清10min结束,孔底淤积厚度不大于20cm结束。
(2)裂隙冲洗,所有灌浆孔段均需进行裂隙冲洗,冲洗压力采用80%的灌浆压力,当80%灌浆压力≥1MPa时,冲洗压力采用1MPa,裂隙冲洗至回水澄清10min止,且总冲洗时间单孔不少于30min。
(3)其他要求:①当邻近孔正在灌浆或灌浆结束不足24小时,不得进行裂隙冲洗。②同一孔段的裂隙冲洗与灌浆作业保持连续作业,因故中断时间间隔超过24小时,灌前重新洗缝。
4.4压水试验
先导孔和检查孔采用五点法进行压水试验,其他孔采用单点法进行压水试验。单点法压水试验应在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行。压力为灌浆压力的80%,该值若大于1MPa时,采用1MPa;压水20min,每5min测读一次压水流量,取最后的流量值作为计算流量,其成果以透水率表示。
4.5灌浆
(1)灌浆方法:帷幕灌浆采用自上而下、孔口封闭、循环式逐段灌浆。
(2)灌浆设备:采用ZJ-400A型高速制浆机、JS-300水泥搅拌机、3SNS灌浆泵,配套使用灌浆自动记录仪JT-Ⅱ型。
(3)灌浆材料:用于灌浆的水泥应采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
4.6制浆
制浆材料必须称量,称量误差应小于5%。水泥等固相材料宜采用重量称量法。纯水泥浆液的搅拌时间,使用普通搅拌机时应大于3min;使用高速搅拌机时应大于30s。浆液在使用前应过筛,浆液自制备到用完时间小于4h。
4.7封孔
全孔终孔并经检查确认合格后,采用全孔灌浆封孔法,进行纯压式灌浆封孔,封孔压力不宜小于l.0MPa,使用水灰比0.5:1的浓浆置换孔内稀浆或积水,灌浆持续时间不小于60min。
5.灌浆效果检查
5.1 灌后检查孔透水率值分析
6号坝段坝基补强帷幕灌浆,共布置3个压水检查孔。灌后检查孔透水率最大值为4.80 Lu(WM-J1孔,终孔段透水率),透水率最小值为1.22 Lu,透水率平均值为2.22 Lu,透水合格率96.7%(压水共30段,1段>3Lu),灌后透水率满足防渗标准(q﹤3 Lu),表明灌浆效果符合设计要求。
6号坝段坝基补强帷幕灌浆检查孔压水试验透水率值统计
Water pressure test water permeability value statistics of the six dam foundation curtain grouting reinforcing inspection hole
6.结束语
灌浆后检查孔透水率合格率为97%,6号坝段坝基排水从2.4L/s减小至0.85L/s,降幅61.4%;灌浆后坝段扬压力折减系数最大值为0.12,小于设计值0.3;帷幕补强灌浆增强了帷幕防渗能力,提高了坝基抗滑稳定性,达到了补强灌浆的目的,促进大坝长期安全稳定运行。
参考文献:
[1]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T 5148)
[2]《混凝土重力坝设计规范》(DL/T 5108)
[3]耿振云,张军劳,等《渗水分析及6号坝段灌前稳定复核报告》(中水北方勘测设计研究有限责任公司),2013。
[4]耿振云,张军劳,等《大坝左岸6号坝帷幕补强灌浆设计报告》(中水北方勘测设计研究有限责任公司),2013。
作者简介:
肖力群(1981-),男,云南昆明人,工程师,水工主管,主要从事水电站生产运行水工专业管理工作。
论文作者:肖力群
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签:帷幕论文; 坝基论文; 压力论文; 透水论文; 浆液论文; 补强论文; 大坝论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;