泰山抽水蓄能電站下庫進出水口圍堰設(shè)計與施工

泰山抽水蓄能電站下庫進出水口圍堰設(shè)計與施工

1來流量設(shè)計和圍堰施工泰山污水蓄能站下庫口排水工程的主要功能是對河流水庫進行分段，并為下庫口排水工程的建設(shè)創(chuàng)造良好的斷面。下庫進/出水口圍堰按全年50a一遇設(shè)計,流量Q=1300m3/s,圍堰擋水高程為165.4m,圍堰后期度汛標準為全年100a一遇洪水,流量Q=1400m3/s,來流量由改建完成的下庫溢洪道下泄,其水位不高于圍堰設(shè)計水位。圍堰堤頂高程由擋水水位和安全超高進行確定:擋水水位165.4m,安全超高不少于0.5m,則圍堰堤頂高程可取166m。本圍堰為臨時構(gòu)筑物,圍堰類型的選擇應(yīng)以施工方便、拆除簡單、造價低為原則。所以,圍堰類型選擇高壓噴射灌漿防滲心墻結(jié)合土工膜柔性防滲心墻圍堰。堰體填筑分2次施工,前期按設(shè)計斷面填筑至163.0m高程,進行高壓噴射灌漿成墻后,再進行第2期填筑,同時施作土工膜至166.0m高程。施工流程為:圍堰放樣→前期圍堰填筑(控制成墻位置無大粒徑塊石)→高壓灌漿→堰內(nèi)抽水→壓底混凝土澆注→圍堰第2期填筑(施作土工膜)→石碴護坡。圍堰高壓噴射灌漿主要工程量為:防滲心墻軸線長476.3m,共布置擺噴孔341個,灌漿深度累計4043.91m,最大孔深14m,成墻面積5648.43m2,水泥用量約3850t。2然堆坡坡度圍堰填料采用上游水庫開挖的砂粘土、砂石十的混合料,個別礫石直徑達到0.5m,圍堰填筑采用自然堆坡,迎水坡坡度為1:1.5,背水坡坡度為1:1.7,堰頂土體利用行走的重車壓實。堰底庫盆表層為2～5m的砂礫石覆蓋層,其下的全風(fēng)化或強風(fēng)化巖層厚度為5～8m,圍堰位于F4斷層影響帶,斷層面及上下主要斷層面均以糜棱巖或斷層泥(厚1～5cm)充填,局部夾輝綠巖脈及石英脈。3選擇和技術(shù)原則3.1高壓旋噴灌漿成墻優(yōu)缺點根據(jù)大河水庫的水文條件及圍堰的填料情況和圍堰下的地質(zhì)情況,決定采用高壓噴射灌漿成墻。高壓噴射灌漿成墻有高壓旋噴灌漿成墻、高壓擺噴灌漿成墻和高壓定噴灌漿成墻3種成墻方式。高壓定噴灌漿成墻適用于砂土、粉土地層;高壓旋噴灌漿成墻和高壓擺噴灌漿成墻適用于砂土、粉土、礫石和卵碎石。根據(jù)圍堰填料和地質(zhì)情況,顯然高壓定噴灌漿成墻方式不適用于本工程。高壓旋噴灌漿成墻和高壓擺噴灌漿成墻2種方案對比如下:(1)高壓旋噴灌漿成墻優(yōu)點:①成墻厚度較厚(成墻厚度1.2m),承受圍堰外水的側(cè)壓力的能力高,對圍堰的穩(wěn)定性起到較大的加強作用;②抗?jié)B透能力強。缺點:①水泥的用量太大,成本高;②拆除時難度高,拆除量大;③施工工藝復(fù)雜,設(shè)備占用場地,操作不方便。(2)高壓擺噴灌漿成墻優(yōu)點:①水泥的用量少,是采用高壓旋噴灌漿成墻水泥用量的1/5,成本低;②成墻厚度小,最厚達0.3m,拆除量小;③施工工藝簡單,操作方便,設(shè)備占用場地小,施工工藝也較成熟。缺點:①成墻厚度小,對圍堰的穩(wěn)定性加強作用小;②抗?jié)B透能力小。經(jīng)計算,圍堰本身的穩(wěn)定性已達到了設(shè)計要求;又經(jīng)多方咨詢和試驗發(fā)現(xiàn),采用高壓擺噴灌漿成墻滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s,達到了施工要求。另外,考慮到本工程屬于臨時工程,在下庫進/出水口系統(tǒng)工程施工完成后還要拆除,為降低工程成本,經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn),采用高壓擺噴灌漿成墻經(jīng)濟合理。因此,對本工程采用高壓擺噴灌漿成墻方案。3.2高壓擺噴灌漿成墻的作用高壓擺噴灌漿成墻技術(shù)原理是采用鉆機造孔,然后把帶有噴頭的噴漿管下至地層預(yù)定的位置,用從噴嘴出口噴出的射流沖擊和破壞地層。剝離的土顆粒的細小部分隨著漿液冒出地面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,與注入的漿液摻攪混合,并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列,在土體中隨著噴頭一面擺動一面提升,形成似啞鈴或扇形柱體的固結(jié)體(圖1)。多個啞鈴或扇形柱體的固結(jié)體互相搭接形成混凝土防滲墻,如圖2所示。設(shè)備工作流程圖如圖3所示。高壓擺噴灌漿成墻有以下幾個方面的作用:(1)沖切摻攪作用。高壓噴射流直接對土體產(chǎn)生沖切作用,造成土體結(jié)構(gòu)破壞,并使?jié){液與被沖切下來的土體顆?；旌?。(2)升揚置換作用。射流在沖切過程中沿孔壁產(chǎn)生的升揚置換作用是指進行水氣、漿氣噴射時,壓縮空氣除了起保護射流的作用外,能量釋放過程產(chǎn)生的氣泡還能攜帶被沖切下來的土體顆粒沿孔壁升揚至孔口,這樣土體部分顆粒被升揚置換出地面。同時,漿液灌入地層,使地層組成成分產(chǎn)生變化。這一作用是高壓擺噴灌漿成墻至關(guān)重要的作用,可改善和提高漿液灌注的密實度和強度。(3)沖填擠壓作用。射流束末端,能量衰減,雖不能沖切土體,但對土體產(chǎn)生擠壓力,同時,噴射結(jié)束后,靜壓灌漿作用仍在進行,對周圍土體和漿液不斷產(chǎn)生積壓作用,促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加緊密。(4)滲透凝結(jié)作用。噴射灌漿過程中,除在沖切范圍內(nèi)形成凝結(jié)體外,還可以向沖切范圍外的土體產(chǎn)生漿液滲透作用,形成滲透凝結(jié)層,其厚度與地層的級配及滲透性有關(guān)。在滲透性較強的礫卵石地層可達10～15cm厚,在滲透性較弱的地層,如細砂層或粘土層,厚度則很薄甚至不能產(chǎn)生滲透凝結(jié)層。當(dāng)漿液向周圍滲透作用停止或不產(chǎn)生漿液滲透作用時,則在射流沖切范圍周邊產(chǎn)生明顯的漿液凝固層,可稱作擠壓層或漿皮層。(5)遷移包裹作用。試驗證明,在射流沖切摻攪過程中,若遇到大顆粒如卵漂石等,則隨著自下而上的沖切摻攪,在強大的沖擊振動力作用下,大顆粒將產(chǎn)生位移,被漿液包裹,漿液也可沿著大顆粒間孔隙流動直接產(chǎn)生包裹凝結(jié)作用,這就是該法用于卵漂石地層及堆石體的依據(jù)。4施工工藝4.1高壓噴灌施工工藝高壓擺噴灌漿施工工藝流程如圖4所示。4.2孔底入巖深度為確保防滲心墻的工程質(zhì)量,獲取合理的技術(shù)參數(shù),保證圍堰高壓噴射灌漿的順利進行,在圍堰的起點進行了高壓噴射灌漿試驗。根據(jù)試驗段及地質(zhì)勘查情況,確定以下技術(shù)參數(shù):孔距L=1.4m,擺角φ=30°,水壓35MPa,氣壓0.5～0.7MPa,漿壓0.8～1.0MPa,水灰比為0.8:1,水泥漿密度1.6g/cm3,返漿密度1.3～1.4g/cm3,提升速度8～9cm/min,擺頻10～13次/min?？椎兹霂r深度:孔底進入全風(fēng)化巖2.0m;若全風(fēng)化巖巖層較薄時,孔底應(yīng)進入強風(fēng)化巖內(nèi),入巖1.0m。施工中,根據(jù)每孔的實際地層情況與先導(dǎo)孔揭示的地層情況的差別,對技術(shù)參數(shù)及時調(diào)整,以取得適合該孔或該地層的參數(shù),獲得最好的成墻效果。5預(yù)應(yīng)力管道放線布孔施工流程為:擺噴試驗→放線布孔→先導(dǎo)孔取心確定灌漿深度→Ⅰ序孔鉆孔→Ⅰ序孔噴射灌漿→Ⅱ序孔鉆孔→Ⅱ序孔噴射灌漿→搭接成墻。(1)擺噴試驗為了掌握高噴灌漿在本圍堰地質(zhì)環(huán)境中的噴射范圍、相互搭接情況、滲透系數(shù)及固結(jié)體強度等指標能否滿足設(shè)計止水要求,從而確定正式施工時的高壓噴射灌漿技術(shù)參數(shù),在圍堰上取10m做試噴試驗。試驗孔的孔距選擇1.2,1.4m兩種進行對比。試噴完7d后通過開挖檢查相互搭接情況、水泥包裹砂礫石情況,并取心做固結(jié)體密度、強度、滲透性和耗用水泥等對比試驗,發(fā)現(xiàn)孔距1.4m既滿足設(shè)計止水要求又經(jīng)濟合理,同時,可確定前述的各項技術(shù)指標。(2)放線布孔根據(jù)圍堰施工圖紙要求,圍堰高壓噴射灌漿軸線在圍堰軸線上游1.5m位置。放線時,用全站儀精確確定控制點位置后,沿相鄰2個控制點確定的方向,用精制鋼卷尺按照設(shè)計的孔距分別放出先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的中心點,并用竹簽做出標志,如圖5,6。(3)先導(dǎo)孔施工為確切了解堰底地質(zhì)情況,確定鉆孔和成墻深度,采取每20m打1個先導(dǎo)孔,并取出基巖巖芯,2個相鄰先導(dǎo)孔孔底的連線即為高噴防滲墻的墻底。(4)Ⅰ序孔鉆孔①鉆機移至所鉆孔位后,應(yīng)用水平尺和框式水平儀調(diào)整機身水平、立軸垂直,墊平、墊牢機架,并反復(fù)測試無誤后方可開鉆。②鉆進過程中,必須隨時注意觀察鉆機的水平情況,如發(fā)現(xiàn)鉆機工作異常,必須停鉆找平后再鉆。③鉆孔過程中要做好充填堵漏。當(dāng)發(fā)生泥漿漏失、孔內(nèi)泥漿不能返出孔外時,則停止鉆進,開始往漿液中投填粘土泥球直至孔內(nèi)泥漿液面升起,恢復(fù)正常循環(huán),再繼續(xù)鉆進。④鉆孔深度:孔底應(yīng)進入全風(fēng)化巖2.0m;若全風(fēng)化巖巖層較薄時,孔底應(yīng)進入強風(fēng)化巖內(nèi),入巖1.0m。為確保施工中鉆孔深度,Ⅰ序孔鉆孔時需鉆取巖芯,以確?？椎状_實深入基巖。(5)Ⅰ序孔噴射灌漿①高壓噴射灌漿所采用水泥漿配合比為0.8:1(重量比),施工過程中應(yīng)嚴格控制其水灰比,并應(yīng)加強檢測,根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整水灰比直至滿足施工質(zhì)量要求。②高壓噴射灌漿臺車移至成孔處后,必須先進行地面漿、氣、水試噴,檢查各項施工技術(shù)參數(shù)符合要求后方可下管。③高壓噴射灌漿過程中,必須加強對各項技術(shù)參數(shù)的檢查、檢測,發(fā)現(xiàn)問題,及時處理。④每孔的高壓噴射灌漿應(yīng)一氣呵成,避免中斷。一旦中斷時,應(yīng)將噴射管下沉至中斷點以下0.5m。⑤相臨2個序孔施工間隔時間不小于14d。⑥當(dāng)?shù)貙又杏休^大空隙引起不冒漿時,可在空隙地段增大注漿量,待填滿空隙后再繼續(xù)提升噴管噴射。⑦水、氣、漿的供應(yīng)必須連續(xù),一旦中斷,應(yīng)將噴射管下沉至停供點以下0.5m,待恢復(fù)供應(yīng)時再噴射提升。(6)Ⅱ序施工Ⅰ序孔噴射灌漿完成14d后,即可進行Ⅱ序施工搭接成墻。6灌漿滲流道型滲流鉆孔時,鉆桿穿過特大孤石成孔時(圖7(a)),造成噴射灌漿不能形成搭接連續(xù)成墻。此時,應(yīng)在孤石兩側(cè)補孔噴射灌漿形成連續(xù)心墻。噴射灌漿過程中,2個序孔之間存在特大孤石時(圖7(b)),應(yīng)在孤石兩側(cè)補孔噴射灌漿形成連續(xù)心墻。先導(dǎo)孔鉆孔取芯后發(fā)現(xiàn)堰底基巖破碎,需進行壓水試驗,測定滲流量,若滲透系數(shù)K>1X10-5cm/s,則必須進行帷幕灌漿,以防基巖裂隙滲水,形成滲水廊道。施工完成后發(fā)現(xiàn)較嚴重的地下滲流,擬采取以下補救措施:(1)局部滲流未形成滲流廊道時,則用粘土在迎水面滲流地段進行回填,增加滲流路徑,減少滲透系數(shù)。(2)如果滲流較大,可能形成了滲流廊道,則在迎水面拋填石碴堵塞廊道,再回填粘土或進行灌漿封堵滲流路徑。(3)圍堰處于F4斷層及斷層影響帶內(nèi),若防滲心墻底部的強風(fēng)化巖裂隙密集,出現(xiàn)較大滲流,且開挖面內(nèi)的經(jīng)常性抽水設(shè)施難