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條件復雜、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鍵詞】 大花水水電站；帷幕灌漿；煤層；泥質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。水庫正常蓄水位868.00m，電站裝機容量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287.56m。壩體大體積混凝土為C20三級配碾壓混凝 土，壩體上游面采用二級配碾壓混凝土防滲。壩址區(qū)出露

2、寒武系婁山關群至二疊系地層，巖性由灰?guī)r、硅質巖、砂巖、粉砂巖、泥頁巖及其 它過渡巖類組成，互層狀展布，沉積韻律明顯。兩岸防滲帷幕分別與P擴和P1L相對隔水層相接。 帷幕線全長931m。防滲帷幕最大深度達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，綜合計算34條/100m。近順河斷層僅見f23、f25兩條。

3、以上斷層 中規(guī)模較大且對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。左岸防滲帷幕設計大壩帷幕灌漿設計鉆孔量為67414m，灌漿水泥用量預計為15667t。其中，左岸中上層帷幕灌漿 工程鉆孔量為18260m，水泥用量預計為4244t，防滲標準為上層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,地質缺陷部位視地質情 況增加12排灌漿孔。

4、帷幕采取分層垂直搭接和搭接固結灌漿相結合的形式，見圖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:II序孔5.排水孔底孔起止樁號:6.973m上層灌漿隧洞壩肩灌漿帷幕孔為Lu117Lu122。III序孔物探孔圖中高程、樁號尺寸

5、以m計，其余尺寸以cm計，帷幕灌漿仰孔起止樁號：0+260.5286.5,帷幕搭接孔起止樁號：0+233.90+344.9,0+175.9286.9,0+233.90+272.9,5m長搭接3m長搭接圖1左岸中上層灌漿隧洞帷幕灌漿平面孔位布置圖說明：圖中尺寸除樁號、高程以m計外，其余尺寸以cm計；左岸防滲帷幕底線根據(jù)實際施工情況進行調整；左岸810m帷幕灌漿孔Lm79Lm93共15個孔需在導流洞封堵完成后進行；灌漿仰孔伸入壩體混凝土510cm，實際孔深以現(xiàn)場監(jiān)理工程師核實為準;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鉆孔灌漿孔開孔直徑？ 91mm，終孔直徑不小于？ 56mm。為進一步查明帷幕線上巖溶發(fā)育及地質構造 情況，在810m、873m灌漿隧洞分別布置數(shù)個物探孔，分別進行分段取芯、壓水試驗，并進行物探 CT測試。3.2灌漿帷幕灌漿施工采用孔口封閉灌漿法，各段段長劃分及灌漿壓力見表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(m)2345873灌漿隧洞(MPa)0.51.02.54.0810灌漿隧洞(MPa)0.51.02.55.0(2.5)洞內帷幕仰孔(MPa)1.01.52.03.0洞內壩肩帷幕(MPa)洞內搭接帷幕(MPa)1.5MPa，全孔一次灌注灌漿按分序加

7、密的原則進行，雙排帷幕先灌下游排，后灌上游排；同排分3序。灌漿過程采用 LJ-III型自動記錄儀進行數(shù)據(jù)采集、計量。在灌前根據(jù)要求埋設抬動變位觀測儀器，各部位標準為：巖體抬動變位應小于2mm，上層灌漿 隧洞施工時下層隧洞襯砌混凝土變位應小于1mm，壩基及壩肩的混凝土變位應小于1mm。灌漿試驗時 測得在最大灌漿壓力為5MPa時，隧洞襯砌混凝土及巖體抬動變位范圍在一120|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挖過程中，對于所遇到的溶洞、斷層及不良地質段，根據(jù)具體情況，逐個 提出開挖范圍、臨時支護形式及回填混凝土的范圍；大型溶洞作專門處理設計，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。灌漿施工前應將帷幕線上可見的溶洞、 溶隙、斷層等滲漏通道全部封堵；灌漿施工過程中遇巖溶管道時，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，再進行高壓灌漿。大耗灰量灌漿難于結束時，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上層灌漿隧洞在開挖及灌漿施工時，均遇有軟弱黃泥夾層。對于開挖時揭露的黃泥 夾層采用高壓水槍徹底清除干凈，然后布設抗抬錨桿、回填混凝土；在灌漿孔鉆孔時發(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、則進行灌漿，通過高壓力把黃泥擠壓出地表， 從而達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，發(fā)現(xiàn)大面積煤層、泥質巖，遂采用套管護 壁和跟管鉆進工藝相結合進行鉆孔施工，灌漿時為提高可灌性、保證灌漿質量則使用純水泥漿液進 行灌注。導流洞區(qū)域帷幕灌漿施工在導流洞封堵及水庫蓄水以后進行，左右岸帷幕已初步形成，余 下導流洞區(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 復待凝、掃孔、復灌，該部位15個灌漿孔上半部455m進尺平均單位注入量竟高達7143.8Kg/m； 經(jīng)過灌漿資料分析，發(fā)現(xiàn)煤層、泥質巖所承受壓力臨界值為2.53.0M

10、Pa且“吃漿不吃水”，后進 行設計變更，最大灌漿壓力由原設計的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，施工結束經(jīng)過資料分析和質量檢查，滿足設計要求。4帷幕灌漿試驗灌漿施工前進行了生產(chǎn)性灌漿試驗。通過對防滲帷幕線上的地質條件分析，確定左岸試驗段為： 上層873m灌漿隧洞0+217.250+227.75m之間。試驗孔位具體布置可見圖1。漿液試驗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級粉煤灰和貴陽綠 洲苑建材有限公司生產(chǎn)的木鈣緩凝劑，技術性能均滿足設計要求。進行了純水泥漿液、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 的粘結力、塑性粘度、抗?jié)B、抗拉、彈性模量、失水率、凝結時間等項目的測試。測試的漿液配比 為純水泥 2 ： 1、1 ： 1、0.8 ： 1、0.6 ： 1、0.5 ： 1 五級，粉煤灰水泥漿 0.8 ： 1、0.6 ： 1、0.5 ： 1 三級，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%。通過鉆孔取芯、前期洞挖及物探孔揭露的地質情況反映，左岸873隧洞地質缺陷較多，裂隙、 夾泥層、小型溶洞分布普遍。對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 注有以下幾項優(yōu)勢：材料節(jié)約30%左右，工藝相對簡化，

12、比級少、減少變漿環(huán)節(jié)以相對縮短灌注 時間，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%。灌漿試驗成果灌漿試驗共計8個試驗孔，鉆孔進尺540m，灌漿進尺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)計成果見表3。表3灌漿試驗主要成果表排序孔序孔號鉆孔進尺(m)灌漿進尺(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202.5201.316515.04952.0106.6總計540.0536.8664716.2199551.11610.0灌漿試驗完工14d后，布置3個檢查孔進行壓水試驗，試驗壓力為1.0MPa,各段透水率均滿 足設計要求。鉆孔采用9 91mm雙層巖芯管取芯，巖芯獲得率92%，在地質軟弱帶取出大量填充密實、 膠結良好的水泥結石。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日開始，至2008年5月30日810m灌漿隧洞導流洞 上部帷幕灌漿檢查孔施工全部結束，總歷時22個月，期間因導流洞封堵、設計變更、凍雨、材料 短缺、施工干擾等原因累計停工8個月；總計完成鉆孔進尺19033m、灌漿進尺18117m，具體灌漿 成果詳見表4。5.2施工成果分析從表中可以看出，本工程總計注入水泥21940t、粉煤灰7638t，平均單耗達到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流洞上半部，耗灰量占 總量的36.7%，但其進尺僅占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個孔單耗達到1

17、0t以上，主要集中在黃泥夾層及壩肩接觸部位（沒有 進行接觸灌漿），注灰量占到873m灌漿隧洞總量的36.5%，但其進尺僅占5.5%。灌漿質量檢查帷幕灌漿的質量檢查以分析壓水試驗成果為主，結合灌漿資料、鉆孔取芯等綜合評定；檢查 孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的10%，在該部位灌漿結束14d后進行，壓水試驗采用單點法，試驗壓力為：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計防滲 標準要求。各部位巖芯采取率平均達到90%以上，多數(shù)檢查孔均取出填充密實、膠結良好的水泥結 石，在大單耗部位灌漿施工時，i、m序孔就可以取出水泥結石，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)鉆孔進尺 (m)灌漿進尺 (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714235.053956.151850703.30233778.50526.90合計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9163.70159.2016614.007140.40149.21一一合計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705441.045413.046271252.162690990.371655.68下 游 排I9609.