论电站帷幕灌浆施工的有关问题

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  [摘 要]随着水利项目的规模及地质情况不同,灌浆施工工艺也不一样。本文以某电站帷幕灌浆施工工艺和灌前压水试验进行了分析,供同行参考。
  [关键词]水电站 帷幕灌浆 压水试验
  中图分类号:U416.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)08-083-02
  1 工程简介
  某水电站以发电为主兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益,大坝为混凝土双曲拱坝,坝高297.5m,坝顶高程1255m,坝顶长962.74m,拱冠梁顶宽14m,底宽69.79m,水库正常蓄水位1240m,总库容151.32×108m3,有效库容98.95×108m3。电站装设6台单机容量700MW的混流式机组,总装机容量为4200MW,保证出力1854MW,多年平均发电量190.6×108kW·h,属大(1)型一等工程,永久性主要水工建筑物为一级建筑物。
  2 帷幕概述
  电站帷幕灌浆孔总量达14.369×104m并且基岩隐微裂隙发育且高水头、防渗标准高、要求有一定的帷幕厚度以防水力劈裂,其特点在于钻孔深度大、精度要求高、灌浆压力大、施工作业条件差、工期短、施工强度高,主要技术难点有超深孔小口径钻进偏斜控制及高压灌浆的工艺过程控制。
  3 帷幕灌浆设计
  3.1 帷幕灌浆孔分布
  水电站拱坝高295m,坝顶高程1245.00m,河床基岩面高程950.00m。河床部位灌浆廊道底板最低高程963.00m(22#和23#坝段)。拱坝左右岸各设置5条灌浆平洞,其高程均分别为1020.00m、1060.00m、1100.00m、1150.00m与1190.00m。拱坝共计分为44个坝段。
  3.2 帷幕灌浆施工工艺流程
  (1)灌浆洞有浅层固结灌浆的应优先进行浅层固结灌浆后进行衔接帷幕施工,最后进行衔接和主帷幕施工。
  (2)灌浆按分序加密的原则进行,仅进行单孔灌注。灌浆施工顺序为:3排孔时先施工下游排(帷幕主孔),次施工上游排(帷幕第2副孔),最后施工中间排(帷幕第1副孔)。2排孔时先施工下游排(帷幕主孔),再施工上游排(帷幕副孔)。同一排内先施工Ⅰ序孔,次施工Ⅱ序孔,最后施工Ⅲ序孔。
  (3)坝肩有衔接帷幕时,同一高程的衔接帷幕与主帷幕可同时施工,不同高程时则应先施工衔接帷幕,后施工上一高程的主帷幕。衔接帷幕孔为3排时,先施工第1排(下排),次施工第3排(上排),最后施工第(中间排)。衔接帷幕孔为2排孔时,先施工第1排(下排),再施工第2排(上排)。每排孔内按三序施工。
  (4)在各单元主帷幕孔中选1~2个工序孔作为先导孔,先行施工。先导孔应比帷幕灌浆孔深约10m,并需达到设计透水率要求,若达不到则需加深至设计要求的透水率深度,若同一部位出现连续加深情况,应及时通知监理和设计人员进行专门研究。
  (5)采用自上而下分段灌浆法和孔口封闭法进行灌浆时,同一排相邻的两个次序孔之间、以及后序排的第1次序孔与其相邻部位前序排的最后次序孔之间,在岩石钻孔灌浆的高差不得小于15m。
  3.3 单孔施工流程
  3.3.1 主帷幕先导孔和(一般灌浆孔)的施工流程
  第1段钻孔—→第1段洗孔—→第1段五点法压水(灌前压水)—→第1段灌浆—→注入0.5∶1浓浆—→镶铸孔口管—→待凝72h—→第2段钻孔—→第2段洗孔—→第2段五点法压水(灌前压水)—→第2段灌浆—→依次到终孔段—→终孔段洗孔—→终孔段五点法压水(灌前压水)—→透水率合格—→终孔段灌浆—→置换0.5∶1浓浆—→全孔灌浆封孔法封孔。若终孔段压水透水率不合格—→加深1段—→透水率满足设计要求(不满足继续加深)—→灌浆—→置换0.5∶1浓浆—→全孔灌浆封孔法封孔。
  3.3.2 衔接帷幕施工流程
  第1段钻孔—→第1段洗孔—→第1段简易压水—→第1段灌浆—→待凝24h—→第2段钻孔—→第2段洗孔—→第2段简易压水—→第2段灌浆—→依次至终孔段置换0.5∶1浓浆—→全孔灌浆封孔法封孔。
  3.4 钻孔冲洗和灌前压水试验
  3.4.1 一般规定
  (1)施工人员应在灌浆前,对所有灌浆孔进行孔壁冲洗、裂隙冲洗,并结合裂隙冲洗进行简易压水。
  (2)在断层、大裂隙等地质条件较复杂的区域,其裂隙冲洗应按监理的指示或通过现场试验的方法进行。
  3.4.2 洗孔
  (1)灌浆孔灌前均应进行孔壁冲洗和裂隙冲洗。钻孔冲洗后孔底残存的沉积物厚度不得超过20cm。
  (2)孔壁冲洗:采用自上而下分段灌浆方法和孔口封闭灌浆法时,每灌浆段钻完后均应进行孔壁冲洗;采用自下而上分段灌浆方法,全孔钻完后进行全孔孔壁冲洗。冲洗方法是用钻具或导管下到孔底通入大流量水流,从孔底向孔外返水直至回清水为止。
  (3)裂隙冲洗:由于坝基浅表部位开挖后产生了较严重的卸荷松弛,连通率较大且裂隙发育并多次经污水浸泡,有大量泥浆带入裂隙內,是裂隙冲洗的重点,需要进行认真细致的裂隙冲洗。采用自上而下分段灌浆方法的孔段,每段单独进行裂隙冲洗。采用自下而上分段灌浆方法的孔段,全孔钻完后自下而上分段进行裂隙冲洗。
  (4)裂隙冲洗主要采用有压单孔脉动裂隙冲洗。冲洗方法:首先用高压水连续冲洗5min~10min,再将孔口压力在极短时间内突然降到零,形成反向脉冲流,当回水由混变清后,再升到原来的冲洗压力,持续5min~10min后,再次突然降到零,如此一升一降,一压一放,反复冲洗,直至回水澄清。对回水达不到澄清要求的孔段,应继续冲洗直至满足要求。有压单孔冲洗压力宜控制在灌浆压力的80%,压力超过1MPa时,采用1MPa,但必须满足混凝土不抬动。   (5)当邻近有正在灌浆的孔或邻近孔灌浆结束不足24h时,不得进行裂隙冲洗。灌浆孔段裂隙冲洗后应立即连续进行灌浆作业,因故中断时间间隔超过24h,应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。
  (6)钻孔孔壁冲洗、裂隙冲洗、简易压水可结合同时进行。
  3.4.3 压水试验
  3.4.3.1 先导孔五点法压水试验
  先导孔采用自上而下分段进行“五点法”压水试验,5个压力阶段必须保证连续进行。压水试验压力为:0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa。每一个压力阶段均需达到稳定标准后,方可转入后一压力阶段的压水,直至5个压力阶段全部完成。五点法压水试验成果计算以压水试验三级压力中的最大压力值P及相应的压入流量Q来求算透水率q。最终取最大压力阶段的吕容值(Lu)作为压水成果。
  3.4.3.2 灌浆孔简易压水试验
  帷幕灌浆孔的其它灌浆段,均采用简易压水试验,简易压水试验可结合裂隙冲洗进行。压水试验的压力为设计灌浆压力的80%,该值若大于1MPa时,采用1MPa。简易压水时间20min,每5min测读一次压水流量,取最终的流量值计算透水率。
  3.4.4 灌浆技术要求
  (1)主帷幕灌浆采用“孔口封闭、自上而下分段、不待凝孔内循环灌浆法”施工,孔口段必须采用双循环球形阻塞灌浆法施工。灌浆结束后,埋设孔口管,深入基岩不得小于2m,并待凝72h后方可进行第2段施工。
  (2)衔接帷幕采用“自上而下分段灌浆法”施工。混凝土与基岩接触段必须先行灌注并待凝24h后,再进行下一段的钻灌作业。
  (3)先导孔采用自上而下分段钻孔、分段压水、分段孔内循环灌浆方法(埋设孔口管),分段段长与灌浆孔一致。
  (4)检查孔采用自上而下分段钻孔、分段压水。在第一段压水结束后,如第一段压水超标,则灌浆后埋设孔口管,如第一段压水结果合格,则不灌浆埋设孔口管。以下段检查过程中,如发现不合格段,则应在压水后及时进行灌浆处理,直至终孔。终孔后,采用全孔灌浆法进行灌浆封孔。封孔压力采用Ⅲ序孔的最大灌浆压力,封孔时间为60min。
  (5)主帷幕灌浆施工时,第1段灌浆塞应阻塞在基岩接触面以上0.5m,防止漏灌,以下各段均采用孔口封闭法进行灌浆射浆管距灌浆段底部的距离不得大于0.5m。衔接帷幕施工时,第1段灌浆塞应阻塞在基岩接触面以上0.5m,以下各段灌浆塞分别阻塞在该灌浆段顶以上0.5m,且射浆管距灌浆段底部的距离不得大于0.5m。
  (6)各灌浆段灌浆结束后一般可不待凝,但在灌前涌水、灌后返浆或遇其它地质条件复杂情况,则宜采用不少于24h待凝处理,特殊情况待凝时间应根据地质条件和具体情况确定。
  3.4.5 孔口封闭灌浆法技术要求
  (1)混凝土与基岩接触段必须先行单独灌注后用0.5∶1浓浆置换,再镶铸孔口管,孔口管镶铸72h后再进行下一段的钻灌作业。孔口管埋入基岩的深度不得小于2m。
  (2)孔口封闭灌浆法的孔口封闭器应具有良好的耐压和密封性能,在灌浆过程中射浆管应能灵活转动和升降。
  (3)各段灌浆时灌浆管必须深入到灌浆段底部,射浆管距孔底的距离不得大于50cm。
  (4)灌浆管的外径与钻孔孔径之差宜为10mm~20mm,若用钻杆作为灌浆管,应采用平接头。
  (5)灌浆过程中应经常活动灌浆管,回浆管宜有15L/min以上的回浆量,以防灌浆管在孔内被水泥浆凝固。
  3.4.6 灌浆压力
  (1)一般情况下,灌浆压力应尽快达到设计值,但所有接触段、坝基灌浆廊道先灌排Ⅰ序孔2m~10m灌浆段和其他注入率大于30L/min的孔段应采用分级升压方式逐级升压至设计压力。分级压力根据具体情况掌握。升压速度宜控制在0.5MPa/10min以内,分级升压时每级压力的纯灌时间不少于15min。
  (2)灌浆过程中,为防止混凝土及岩石发生抬动,必须协调控制灌浆压力与注入率,灌浆最大注入率不得大于30L/min。灌浆压力与注入率控制关系见表1。
  (3)不同部位帷幕灌浆压力根据部位高程由设计拟定。当抬动变形值大于设计允许值时,应及时报告监理和设计人员,应适当降低压力值或采取其它措施。
  (4)灌浆压力大于3.0MPa时,以安装在回浆管路上的灌浆压力表的中值控制,小于3.0MPa的以摆动最大值记录。
  3.4.7 变浆标准
  (1)灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时,不得改变水灰比。
  (2)当某一比级浆液注入量已达300L以上,或灌注时间已达30min,而灌浆压力和注入率均无显著改变时,应换浓一级水灰比浆液灌注。
  (3)当注入率大于30L/min时,根据施工具体情况经设计、监理同意,可越级变浓。
  3.4.8 灌浆结束标准
  (1)采用孔口封闭自上而下分段灌浆的主帷幕,帷幕灌浆各灌浆段满足以下条件即可结束:灌浆段在最大设计压力下,12#~32#坝段坝基廊道内灌浆孔第1、2、3、4、5段当注入率不大于0.4L/min時,继续灌注60min,且灌浆全过程中,在设计压力下的灌浆时间不少于120min;12#~32#坝段第6段及其以下段、其余坝段和灌浆洞内当注入率不大于1.0L/min时,继续灌注不少于90min。
  (2)采用自上而下、自下而上分段灌浆的衔接帷幕,灌浆段在最大设计压力下,当注入率不大于1L/min时,继续灌注60min可结束灌浆。
  4 结 语
  从本次帷幕试验施工来看,无论从工艺控制还是在资料方面,施工质量都是有保证的。从试验成果分析看,又能证明施工过程是得到控制的,通过帷幕试验灌浆,使试验区岩体的各方面性能都得到了提高,灌浆效果显著,施工质量优良,达到了试验的目的,大坝挡水防渗处于受控制状态。
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