錦屏水電站左岸帷幕灌漿試驗與分析_圖文

1、前言錦屏一級水電站是雅礱江水能資源最豐富的中下游河段,五級水電開發(fā)的第一級,壩址控制流域面積102560km 2,多年平均流量1200m 3/s 。設(shè)計雙曲拱壩高305m ,正常蓄水位1880m 時,干流回水至卡拉下游,回水長約58km ;總庫容77.6億m 3,調(diào)節(jié)庫容49.1億m 3,為年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機容量3600MW ,年平均發(fā)電量166.20億kW h 。大壩左岸基礎(chǔ)帷幕線近似平行拱壩軸線,沿基礎(chǔ)廊道布置,帷幕中心線基本位于靠上游側(cè)壓應(yīng)力區(qū)域內(nèi)。左岸基礎(chǔ)帷幕分別在1885.00m 、1829.00m 、1785.00m 、1730.00m 和1670.00m 高程共設(shè)置5層灌漿平洞

2、。由于左岸工程地質(zhì)條件復(fù)雜,電站運行水頭高、河床段對帷幕防滲質(zhì)量要求高、防滲線路長以及灌漿工程量大等原因,按規(guī)定,需進行現(xiàn)場灌漿試驗研究,探索合理的灌漿設(shè)計參數(shù)和最優(yōu)施工方法,為帷幕結(jié)構(gòu)優(yōu)化和順利實施創(chuàng)造條件。1工程地質(zhì)條件錦屏水電站位于著名的“川滇菱形斷塊”東部,由雅江稻城斷塊內(nèi)理塘前波斷裂所分割的級斷塊-雅江九龍斷塊中部。斷塊內(nèi)以褶皺為主,斷裂構(gòu)造不發(fā)育。巖石普遍變質(zhì),硬化程度較高。該區(qū)新構(gòu)造運動以整體均衡抬升為主,無明顯差異性活動,屬構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。工程場區(qū)內(nèi)不具備發(fā)生強震的地質(zhì)構(gòu)造條件,其地震效應(yīng)屬外圍地震帶強震活動的波及區(qū),地震基本烈度為度。左岸出露的基巖為中上三疊統(tǒng)雜谷腦組第二段(T2

3、-3Z2大理巖和第三段(T2-3Z3變質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖,另外還可見少量后期侵入的煌斑巖脈(X 。(1第二段(T2-3Z2大理巖,總厚度約600m ,分布于左岸谷坡1820m 高程以下,按巖性特征可細分為8層。試驗區(qū)段主要涉及第48層大理巖,其中第4層巖性為中厚層厚層狀雜色角礫狀大理巖,夾透鏡狀、團塊狀綠片巖,層面裂隙不發(fā)育,該層分布的綠片巖巖質(zhì)較軟,片理發(fā)育。第5層巖性仇學(xué)明(湖南省水利水電科學(xué)研究所長沙市410007【摘要】在工程地質(zhì)條件復(fù)雜、運行水頭高、防滲要求高等不利條件下,對雅礱江錦屏水電站左岸進行了現(xiàn)場帷幕灌漿試驗。灌漿試驗采用金剛石鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進的鉆孔方法,采取孔口封閉、自上而下分

4、段、孔內(nèi)循環(huán)式的水泥漿液灌漿工藝,對帷幕灌漿的可行性及灌漿參數(shù)進行了探討。從灌漿試驗成果、檢查孔壓水試驗、物探測試及巖芯采樣情況分析,灌漿效果明顯,達到了試驗的預(yù)期目的,并得出了帷幕灌漿施工必需的設(shè)計參數(shù),為復(fù)雜條件下的帷幕灌漿積累了經(jīng)驗,可供同類大型工程帷幕灌漿時參考?！娟P(guān)鍵詞】帷幕灌漿現(xiàn)場試驗施工方法效果分析錦屏水電站左岸帷幕灌漿試驗與分析湖南水利水電2008年第1期試驗與研究為淺灰至灰白色厚層狀大理巖,層面裂隙不發(fā)育,巖體新鮮較完整。第6層巖性為深灰色薄 中厚層狀大理巖,少量角礫狀大理巖,層面裂隙及層間擠壓錯動帶較發(fā)育,完整性較差。第7層巖性為厚層狀大理巖、條紋狀大理巖,層面裂隙不發(fā)育,

5、巖體新鮮較完整。第8層巖性為深灰色薄中厚層狀大理巖,底部發(fā)育較多的綠片巖。(2第三段(T2-3Z3砂板巖,出露于(18202300m 高程之間,厚度約400m ,按巖性組合特征細分為6層,1、3、5層為粉砂質(zhì)板巖,薄層狀;2、4、6層為變質(zhì)砂巖,厚巨厚狀。試驗區(qū)段主要涉及1、3層粉砂質(zhì)板巖和2層砂巖。(3煌斑巖脈(X ,煌斑巖脈厚一般(2.03.0m ,局部可達7m 。總體產(chǎn)狀N5075°E ,SE 6075°,貫穿分布于左岸壩基及抗力體內(nèi)。煌斑巖抗風(fēng)化能力低,在1680m 高程以上普遍弱強風(fēng)化;1680m 高程以下巖脈多微風(fēng)化新鮮。2現(xiàn)場灌漿設(shè)計錦屏電站壩趾帷幕灌漿設(shè)計標(biāo)

6、準(zhǔn)采用透水率值來衡量,要求檢查孔全孔壓水透水率值均不得大于1L/min m MPa 。試驗區(qū)孔位布置見圖1,布置2排灌漿孔,共布置帷幕灌漿孔10個,孔深60m ,呈梅花形布置,灌漿試驗孔為鉛直孔。在帷幕軸線布置孔深30m 的抬動觀測孔2個,孔深60m 的物探孔3個,檢查孔4個,見圖1。本次灌漿試驗有以下4個目的:(1研究在多裂隙、斷層巖石,薄底板混凝土條件下的灌漿施工方法、工藝措施、施工質(zhì)量及其工效。(2進行灌漿壓力試驗,采用抬動觀測系統(tǒng)與灌漿自動記錄儀配套進行監(jiān)控,以求不產(chǎn)生底板抬動破壞,盡可能地保證灌漿施工順利進行。(3通過檢查孔壓水試驗,以及采取鉆孔芯樣素描,研究基巖的可灌性,尋求適宜的

7、單位耗灰量,力求帷幕灌漿經(jīng)濟合理。(4驗證、確定灌漿設(shè)計方案和有關(guān)設(shè)計參數(shù),為灌漿優(yōu)化和順利實施提供依據(jù)。3帷幕灌漿試驗3.1施工方法本次灌漿試驗是根據(jù)錦屏電站水庫地層巖性、地質(zhì)條件的實際情況和國內(nèi)已建工程的實踐,采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下的分段灌漿法灌漿,同時采取控制注入率,待凝和進行抬動變形監(jiān)測配合灌漿自動記錄等措施,嚴格控制抬動變形。施工工藝流程如圖2所示。帷幕灌漿孔先施工下游排孔,后施工上游排孔,按分序原則逐次進行施工,先施工序孔,然后施工序孔,最后施工序孔。(1鉆孔。鉆孔采用XY-2B 型回轉(zhuǎn)式鉆機,金鋼石鉆頭鉆進,物探孔孔徑為75mm ,抬動觀測孔孔徑為59mm ,灌漿孔孔口

8、管段孔徑為91mm ,以下各段孔徑為59mm 。檢查孔孔徑為110mm 、130mm 。各試驗孔在鉆進過程中要嚴格控制偏斜,保證鉆孔的垂直度。(2孔口管施工。灌漿孔第1段灌漿結(jié)束,置入1根89mm 鋼管,鋼管高出孔口以上約10cm ,并有絲扣。向孔內(nèi)注入0.51的水泥漿,待孔口管與孔壁之間返出濃漿后,導(dǎo)正孔口管,待凝72h 。(3裂隙沖洗及洗孔。各灌漿段在灌漿前采用壓力水進行裂隙沖洗,回水澄清后結(jié)束。各灌漿段在灌漿前進行鉆孔沖洗,沖洗方法為由導(dǎo)管向孔底通入大流量水流,污水自孔口返出,直到回水變清,孔內(nèi)殘存雜質(zhì)沉積厚度小于20cm 后,結(jié)束洗孔。洗孔可結(jié)合裂隙沖洗同時進行。(4灌漿。帷幕灌漿試驗

9、采用自上而下分段孔口封閉法,配備3臺參數(shù)灌漿自動記錄儀進行記錄。灌漿采用云南水泥廠生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥;水泥細度通過80m 方孔篩的篩余量不大于5%,初凝時間大于90min ,終凝時間小于10h ,其余指標(biāo)必須符合國家水泥規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。灌漿分段長度及壓力試驗范圍見表1,最大灌漿壓力為6.0MPa 。灌漿漿液遵循由稀變濃、逐級改變的原則。水泥漿水灰比按51、31、21、11、0.81、0.51六個比級進行試驗,開灌水灰比一般采用51,可根據(jù)漿液注入情況進行調(diào)整,調(diào)整原則為:注入率(1020L/min ,開灌水灰比采用31;注入率(2030L/min ,開灌水灰比采用21;注入率(304

10、0L/min ,開灌水灰比采用11;注入率大于40L/min ,開灌水灰比采用0.81;注入率大于50L/min 時,采用0.51。圖1試區(qū)各孔平面布置圖表1灌漿孔灌漿壓力設(shè)計值段次12345段長/m2.51.52.04.05.0灌漿壓力/MPa23.04.05.06.0上游排下游排段長/m2.02.53.05.05.0灌漿壓力/MPa1.52.03.03.54.0灌漿試驗漿液變換標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時,或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時,不得改變水灰比;當(dāng)某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達30min,而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時,應(yīng)改濃一級;當(dāng)注入

11、率大于30L/min時,可根據(jù)具體情況越級變濃。灌漿過程中,灌漿壓力的大小應(yīng)根據(jù)漿液注入率的大小進行控制,見表2,并在試驗中根據(jù)實際情況進行適當(dāng)調(diào)整。3.2抬動變形觀測在試區(qū)布置3個抬動觀測孔。鉆孔壓水試驗和灌漿過程中均嚴密監(jiān)測抬動變形,未發(fā)現(xiàn)有較大抬動變形,僅在淺層的部分孔段發(fā)生了輕微抬動。根據(jù)試驗結(jié)果,針對錦屏電站水庫防滲帷幕巖石地質(zhì)情況,試驗的灌漿壓力對巖石穩(wěn)定是安全可靠的,僅對孔深20m范圍內(nèi)進行抬動觀測即可。3.3帷幕灌漿效果檢測方法(1物探測試。在試區(qū)布置了W-1、W-2、W-3物探孔,采用跨孔聲波測試檢驗帷幕體的效果。(2檢查孔壓水試驗。在灌前按規(guī)范要求進行簡易壓水,壓力為該段灌

12、漿壓力的80%且不大于2MPa。先導(dǎo)孔(即物探孔壓水試驗采用單點法壓水。另外,在試驗區(qū)J-2和J-4孔進行了耐久性壓水試驗,在最大壓水壓力2.0MPa的工況下,連續(xù)壓水15d,以檢驗在高水頭作用下防滲帷幕的耐久性。(3檢查孔取芯檢查。對常規(guī)檢查孔J-1、J-3以及耐久性壓水檢查孔J-4進行全孔取芯,以檢查帷幕體的防滲能力。4帷幕灌漿試驗效果分析4.1單位注入率分析灌漿的單位注入率見表3。由表3可看出:各次序孔的單位注入率呈現(xiàn)遞減規(guī)律,上游排又較下游排更為明顯。上游排序孔的單位注入率較序孔遞減61.78%;序孔的單位注入率較序孔遞減76.21%,遞減規(guī)律明顯。下游排序孔的單位注入率與序孔基本一致

13、;序孔的單位注入率較序孔遞減48.36%,遞減規(guī)律明顯。下游排序與序遞減規(guī)律不明顯,可能與下游排灌漿壓力較小有關(guān)。4.2壓水試驗成果分析(1灌前壓水試驗。試區(qū)灌前壓水透水率頻率值見表4。從表4看出:試區(qū)帷幕灌漿試驗、序孔透水率小于1Lu的孔段,累積頻率分別為90.8%、92.5%、96%,且隨著灌漿次序的加密而提高,規(guī)律明顯。物探孔、帷幕灌漿試驗、序孔整孔平均透水率分別為2.1Lu、0.75Lu、0.41 Lu、0.18Lu,且隨著灌漿次序的加密而降低,遞減規(guī)律明顯。試區(qū)透水率小于1.0Lu的段數(shù)頻率隨著灌漿次序的增進而增加;透水率大于1Lu的段數(shù)頻率則隨著灌漿次序的增進而減少;最后1次序孔的

14、透水率基本滿足防滲標(biāo)準(zhǔn)。這說明,各次序孔透水率隨著灌漿次序的增進均稍有變化,灌漿帷幕設(shè)計參數(shù)是合理的。(2灌后檢查孔壓水試驗。試區(qū)布設(shè)兩個常規(guī)檢查壓水孔J-1和J-3,檢查孔逐段進行單點法壓水試驗,壓力按相應(yīng)段灌漿壓力的80%并不大于2MPa控制。壓水試驗結(jié)果見表5。從常規(guī)壓水檢查孔J-1和J-3的壓水結(jié)果中可以看出,全部37段次的壓水試驗中,透水率均小于設(shè)計值1.0Lu,最大值僅為0.3Lu,其中有8個段次透水率為0Lu。檢查孔壓水試驗結(jié)果表明,采用試區(qū)布孔形式和灌漿工藝,灌漿帷幕的防滲能力能達到防滲標(biāo)準(zhǔn)。(3耐久性壓水試驗。為了檢查在高水頭作用下防滲帷幕的耐久性,對檢查孔J-2和J-4進行

15、了耐久性壓水試驗,其中J-2孔為接觸段壓水,J-4孔為全孔壓水。起始壓力采用0.5MPa,每隔10min后增加0.5MPa,直至壓力達到2.0MPa 后不再升壓,維持2MPa壓水15d。在壓力從0.5MPa上升到2.0MPa的這段時間內(nèi)流量均接近于0,維持2MPa壓水的15d內(nèi),最大流量為1.2L/min,最小流量為0,一般在0.18L/ min左右變動,隨時間增長,流量基本為0。從耐久性壓水試驗操作來看,漏水量是穩(wěn)定的,壓水試驗時間延續(xù),壓入流量略有增加后趨于穩(wěn)定;這說明,在工作水頭壓力2.0MPa長表2灌漿壓力與注入率關(guān)系灌漿壓力/MPa1.02.02.03.0漿液注入率/Lmin-130

16、2030灌漿壓力/MPa3.04.0>4.0漿液注入率/Lmin-11020<10表4灌前壓水透水率頻率項目物探孔總計總段數(shù)30654025160<1Lu27/9059/90.837/92.524/96147/91.9(15Lu1/3.33/4.62/51/47/4.4(510Lu1/3.32/3.11/2.50/04/2.5(10100Lu1/3.31/1.50/00/02/1.3>100Lu0/00/00/00/00/0平均值/Lu2.10.750.410.180.52段數(shù)/頻率/%表5檢查孔壓水試驗結(jié)果孔號E-1E-2總計總段數(shù)1212240Lu5/41.73/2

17、58/33.3(00.1Lu4/33.35/41.79/37.5(0.10.2Lu2/16.72/16.74/16.7(0.20.3Lu1/8.32/16.73/12.5>0.3Lu0/00/00/0平均值/Lu0.050.080.074段數(shù)/頻率/%表3單位注入率部位上游排下游排單位注入率107841298275127481419kg/m3篩分設(shè)備選型一個好的并且有效的砂石料生產(chǎn)系統(tǒng),不僅應(yīng)該有好的合適的破碎設(shè)備,而且還應(yīng)該有好的合適的篩分設(shè)備。為了使成品砂的細度模數(shù)、石粉含量合符要求,并且流程結(jié)構(gòu)合理,篩分設(shè)備的正確選型也是十分重要的。正如前面在破碎設(shè)備所論述的,任何只用破碎設(shè)備的砂

18、石加工系統(tǒng)都不可能按所需要的比例進行砂石料生產(chǎn)。只有破碎機和篩分設(shè)備配合使用,才能有效地按所需要的比例進行砂石料生產(chǎn)。篩分設(shè)備有許多型號和規(guī)格,正確選用篩分設(shè)備型號和規(guī)格,并和破碎機匹配,可以提高破碎設(shè)備的生產(chǎn)能力,并節(jié)省投資和生產(chǎn)成本。例如,在大規(guī)模砂石料生產(chǎn)系統(tǒng),配用大型香蕉篩,可以減少篩子使用臺數(shù),簡化流程。篩網(wǎng)材質(zhì)的選擇,不僅關(guān)系到篩網(wǎng)的使用壽命,而且還關(guān)系到篩網(wǎng)開孔率和篩分效率。鋼絲篩網(wǎng)開孔率和篩分效率都較高,但使用壽命非常短,而樹脂篩網(wǎng)開孔率和篩分效率都較低,但使用壽命非常長。4輔助設(shè)施和自動控制破碎設(shè)備生產(chǎn)效率的發(fā)揮不僅和篩分設(shè)備的匹配有關(guān),而且還和料倉大小和給料設(shè)備選型密切相關(guān)

19、。例如,實倉設(shè)計不夠,很難保證破碎機連續(xù)、穩(wěn)定和滿負荷生產(chǎn)。自動化控制不僅可以使破碎設(shè)備處于最佳運行和自我保護狀態(tài),而且還可以和給料設(shè)備連鎖,使破碎機總是處于滿負荷運行。實踐經(jīng)驗表明,加和不加自動化控制系統(tǒng),可以使破碎機的效率相差20%30%。5結(jié)語總之,選擇一個運行可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的砂石料生產(chǎn)工藝是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程設(shè)計,不僅要考慮給料粒度,成品骨料的要求、巖石巖性等,而且還要對破碎設(shè)備,篩分設(shè)備,輔助設(shè)施進行合理匹配,同時還要選用自動化控制系統(tǒng)。每個工程項目都有其自身特點,從而也就決定了具有不同的生產(chǎn)工藝。計算機技術(shù)的推廣應(yīng)用,使得我們能夠非常容易地對每一項目進行多方案技術(shù)經(jīng)濟比較

20、,從中選出最合理的工藝生產(chǎn)流程和設(shè)備設(shè)施配置。水利水電工程經(jīng)過幾十年的生產(chǎn)實踐,在砂石料加工系統(tǒng)工藝方面積累了很多保貴的經(jīng)驗,也有不少的教訓(xùn)。可以說目前常用的生產(chǎn)工藝和設(shè)備配置已較成熟,但制砂工藝還需進一步完善和發(fā)展。(收稿日期:2007-12-28期作用下,帷幕體是穩(wěn)固的。4.3物探測試在試區(qū)布置了W-1、W-2、W-3物探孔,采用跨孔聲波測試檢驗帷幕體的效果。從檢測資料可知,灌前波速值變化較大,明顯存在低速段、局部波速相對較低部位,灌后波速變化范圍相對較小。局部波速相對較高部位,灌后比灌前波速有較大幅度提高,平均提高14.79%。局部波速相對較低部分減少或部分消失,充分說明灌漿效果好。4.4檢查孔取芯檢查檢查孔J-1及J-3鉆進過程中,通過取樣測試,測得灌漿體的垂直滲透系數(shù)為3.01×10-5cm/s,抗?jié)B破壞壓力為2.3 MPa。從試驗情況可以看出,采用水泥灌漿的方式使水泥漿與充填物形成密實、穩(wěn)定的有機體,可以滿足防滲的要求。4.5特殊情況處理(1在灌漿過程中,出現(xiàn)了冒漿現(xiàn)象。此時根據(jù)具體情況采用了表面封堵、加濃漿液、降低灌漿壓力等方法進行灌