锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工技术探讨

锦屏一级水电站坝基无盖重固结灌浆施工工艺探讨

杨世伟 李德勇

摘要:锦屏一级水电站大坝由于基础层混凝土仓面面积大,温控要求严格、间歇期短,固结灌浆施工与坝体混凝土温控存在较大矛盾,主要采取无盖重固结灌浆加有盖重补强固结灌浆及引管的方式进行,本文主要就无盖重固结灌浆主要存在问题进行了分析和探讨。

关键词:锦屏 无盖重 固结灌浆 探讨

1、概述

锦屏一级水电站位于四川凉山州盐源县、木里县交界的雅砻江上,是雅砻江水能资源最富集的中、下游河段五级水电开发中的第一级水电站。大坝为混凝土双曲拱坝,坝顶高程1885m ,最大坝高305m ,水库总库容77.6亿m3,调节库容49.1亿m3,具有年调节性能,装机容量3600MW ,年发电量166.2亿kW·h ,。该水电站以发电为主,兼有蓄能、蓄洪和拦沙作用。

根据前期的固结灌浆试验成果,降低大坝混凝土开裂风险,锦屏一级水电站固结灌浆主要采取:

① 在河床及边坡较缓的11#~17#坝段采用无盖重固结灌浆+有盖重补强固结灌浆。坝体混凝土浇筑前,进行坝基Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的无盖重固结灌浆,待浇筑混凝土厚度达6m 后,并在其强度达到50%设计强度后再对浅表0~5m的岩体在无盖重固结灌浆孔间重新钻孔灌浆。

② 其它坝段采用无盖重固结灌浆+引管有盖重固结灌浆,具体为:坝体混凝土浇筑前,进行坝基Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔的无盖重固结灌浆,并要求在坝体混凝土浇筑前,结合坝基接触灌浆,对浅表0~5m的岩体在无盖重固结灌浆孔间重新钻孔,采取引管至坝后贴角或监理人指示其它部位,须待其上部坝体浇筑高度大于30.0m, 且当相应坝段的横缝接缝灌浆结束3d 后,开始对0~5m段进行引管有盖重加强固结灌浆。

2、固结灌浆施工难点

2.1工程量大、工期紧,与混凝土施工形成干扰

锦屏一级水电站大坝基础固结灌浆工程量达25.2万m 3 ,工期紧,与混凝土施工干扰较大。为利于温控及混凝土防裂,坝体混凝土层间间歇期控制在7~15d ,固结灌浆安排在混凝土层间间歇期内施工,一般分两期施工。分两期施工造成施工不连续,增加了钻灌设备的投入、二次倒运费和人员设备的窝工,同时也延长了单个坝段固结灌浆的净施工工期。

2.2 坝基地质条件比较复杂

坝基岩体受开挖爆破影响,卸荷松弛严重,其间分布了如F2、F13、F14、F18等多条断层和溶蚀裂隙,坝基主要以大理岩为主,其间分布着少量砂岩、绿片岩。大透水率、大耗浆量孔段较多,在压水、灌浆过程出现串、冒、漏情况给施工带来一定难度。同时大透水率、大耗量孔段,施工过程中易造成坝体抬动变形,存在一定的风险性。

3无盖重固结灌浆设计

3.1 无盖重固结灌浆的布置及分区

为提高坝基岩体的整体性和承载能力,以适应305m 高拱坝基础应力需要,大坝坝基基础岩面全部布置有固结灌浆,共分26个坝段进行。根据地质条件每个坝段分B 、C 、D 区。

固灌孔布置原则为:B区间排距为2.0m×2.0m ,孔深入基岩25m 。C 、D 区间排距为3.0m×3.0m ,孔深分别为20m 和15m 。固结灌浆孔矩形布置,分三序进行施工。 3.2 无盖重固结灌浆总体施工工艺流程

施工顺序如下: 抬动孔→物探孔(物探测试)→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→检查孔(物探测试)。

3.3 无盖重固结灌浆施工工艺

根据试验成果,结合坝基地质情况,坝基固结灌浆主要采用的施工工艺如下:无盖重固结灌浆在Ⅱ级、Ⅲ1级岩体中钻灌时采用自下而上分段灌浆法,在Ⅲ2级岩体中钻灌时,Ⅰ序孔采用自上而下分段灌浆法,其后序孔根据现场实际情况,按监理人指示可选用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法或综合灌浆法。

(1)钻孔。钻孔要求分序、分段进行,钻孔孔底偏差控制不大于1/40孔深,孔位偏差不超过10cm 。

(2)洗孔、压水。钻孔冲洗分孔壁冲洗和裂隙冲洗,裂隙冲洗采用高低压脉动冲洗,冲洗压力一般采用80%的灌浆压力,压力超过1.0MPa 时,采用1.0MPa 。

物探孔、灌后检查孔进行“单点法”压水试验,一般灌浆孔段采用简易压水试验,“单点法”压水试验和简易压水的压力为灌浆压力的80%,若大于1MPa 时,采用1.0MPa 。

采用自下而上分段灌浆法时,各灌浆孔可在灌浆前全孔进行一次裂隙冲洗。 采用自下而上分段灌浆法时,各灌浆孔灌浆前可在孔底段进行一次简易压水 采用孔口封闭法和自上而下分段灌浆法进行灌浆时,各孔段均进行简易压水。 (3)灌浆分段及压力:

灌浆过程中应根据抬动监测情况及时调整灌浆压力,以不发生抬动为原则,基岩抬动变形允许值不大于200μm。设计灌浆压力参数表见表1。

表1 固结灌浆压力参考表

(5)浆液比级和变浆标准固结灌浆水灰比为2:1、1:1、0.7:1和0.5:1(重量比)四个比级,开灌采用2:1浆液。浆液变换遵照由稀到浓逐级变换

(6)灌浆结束标准:

1)采用自上而下分段灌浆法时,灌浆段在最大设计压力下,注入率不大于1L/min,继续灌注60min ,可结束灌浆。

2)采用自下而上分段灌浆法时,灌浆段在最大设计压力下,注入率不大于1L/min,继续灌注30min ,可结束灌浆。

(7)封孔。灌浆结束后采用全孔一次封孔。全孔灌完后,采用0.5∶1的浓浆全孔置换稀浆,封孔压力采用该孔所在序的第1段灌浆压力,屏浆30min 后结束。 3.5 固结灌浆的质量标准

固结灌浆质量检查采用检查岩体波速、钻孔变形模量和钻孔全景图像测试,并结合钻

孔压水试验、灌浆前后物探成果、有关灌浆施工资料以及结合钻孔取芯资料等综合评定。 3.5.1 灌后透水率标准

固结灌浆检查孔压水试验采用“单点法”,孔数按灌浆孔总数的5%控制。

压水试验孔段合格率在85%以上,不合格孔段的透水率不超过设计规定的150%,且不集中。

防渗帷幕中心线上、下游各3m 范围透水率不大于1Lu ;其它范围透水率不大于3Lu 。 3.5.2 灌后岩体声波标准

无盖重固结灌浆岩体声波标准见表2。

表2 灌浆处理后岩体物理力学性质指标设计要求

4 固结灌浆成果分析 4.1 灌浆成果分析

已施工坝段灌浆成果统计见表3,从表3灌浆成果统计资料可以看出:总体灌浆成果符合递减规律。

表3 无盖重固结灌浆单位注入率统计表

4.2 检查孔压水成果分析

根据灌后检测孔压水成果统计,14~19坝段共完成灌后检查孔114个,压水604段次,合格597段次,合格率98.8%。具体见表4。

表4 坝基固结灌浆检查孔压水情况汇总表

注:透水率超标孔段单独灌浆处理,重新布孔检测后合格。

4.3 灌后声波成果分析

固结灌浆灌后采用物探的手段进行检测,包括声波波速、变模。 表5 坝基固结灌浆各坝段声波检测情况统计表(Ⅲ1级)

注:本表数据引用《物探简报》。

根据灌后声波检测结果可以看出:在Ⅲ1级岩体中灌后声波值较灌前提高4.98~26.0%,Ⅱ级岩体灌后声波值较灌前提高2.76%~21.4%。同时结合《物探简报》,各级岩体灌后变模得到极大提高,岩体整体性和抗变形能力得到充分改善,并满足了设计要求。

5 存在的问题

5.1灌后压水透水率率偏大

14~19号坝段检查孔压水部分孔段透水率超标,主要集中在孔口段0~5m范围。由于无盖重固结灌浆0~5m段灌浆压力降低,普遍存在冒浆现象,并且对注入量较大孔段采取限流、限量、待凝、等措施,对灌浆质量造成了一定的负面影响。 5.2灌后声波合格率偏低问题

从已施工部分坝段的灌后声波成果可以看出,声波波速未达到设计要求的主要集中在孔口段5m 范围和存在地质缺陷部位。 6 工艺措施探讨和建议

无盖重固结灌浆有效的降低了混凝土开裂的风险,减少对混凝土浇筑的工期占压,能够做到快速均匀上升,有效防止地应力回弹,避免仓面裂缝产生。孔口段0~5m范围采用有盖重加强及引管到下游贴脚,能够保证灌浆质量。同时避免固结灌浆施工与冷却水管干扰问题。

对于检查孔未达到要求(主要是声波检测)的部位,采取局部加强的措施,特别是15#坝段和16#坝段,采取整体加强的方式进行,补强后经检查,均可以达到设计要求。

无盖重固结灌浆采用了“自上而下分段钻孔、分段灌浆”和“一次性成孔,自下而上分段灌浆”两种施工工艺,均能满足灌浆质量要求,工艺方法及操作都是成功的。 参考文献:

〔1〕 孙钊。大坝基岩灌浆〔M 〕。北京:中国水利水电出版社,2004。

〔2〕 王自清。水利水电工程地层注浆堵水与施工新技术及标准规范〔M 〕。北京:中国知

识出版社,2006。

〔3〕 曹雪然。钻灌一体化灌浆工艺的研究与应用〔J 〕。黄河规范设计,2010(1):18-19


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