阿海水電站大壩帷幕灌漿設(shè)計(jì)與施工效果分析

1 工程概況

阿海水電站位于云南省麗江市玉龍縣(右岸)與寧蒗縣(左岸)交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段規(guī)劃的第四個(gè)梯級(jí)。阿海水電站工程屬大型一等工程，主要永久性水工建筑物為一級(jí)建筑物。工程以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的水利水電樞紐工程。工程由混凝土重力壩、左岸溢流表孔及消力池、左岸泄洪(沖沙)底孔、右岸排沙底孔、壩后主副廠房等組成。水庫(kù)庫(kù)容為8．79×108m3，電站裝機(jī)容量2 000 MW(5×400 MW)。大壩帷幕灌漿鉆孔總量3．424 2萬(wàn)m，灌漿0．16萬(wàn)t。

2 工程地質(zhì)

壩址區(qū)兩岸基巖大多裸露，按成因類型分為沉積巖、變質(zhì)巖、侵入巖及第四系堆積物。變質(zhì)巖主要為泥盆系下統(tǒng)(D1)，D1又分為山江組(D1s)、阿冷初組(D1a)和班滿到地組(D1b)，其中D1b和D1s分布于壩址上游和下游，壩址主要為阿冷初組(D1a)。侵入巖沿層狀巖體順層侵入了多條長(zhǎng)、寬不等的輝綠巖(βμ34)條帶。輝綠巖巖石致密堅(jiān)硬，與上、下伏地層呈不整合接觸，其節(jié)理裂隙極為發(fā)育，發(fā)育的節(jié)理主要有:平行于侵入接觸面(層面)的節(jié)理和柱狀節(jié)理兩組，此外輝綠巖體內(nèi)隱微裂隙極為發(fā)育。

河床壩基的基巖為D21a砂巖類與板巖類間次分布的互層狀巖體，且以互層狀砂巖粉砂質(zhì)板巖為主，靠廠軸線偏上游有2條寬約4 m的板巖集中帶分布。巖層呈橫河向中陡傾向上游。

河床壩基斷層不發(fā)育(未發(fā)現(xiàn)Ⅲ級(jí)以上)，主要結(jié)構(gòu)面為層間擠壓帶、擠壓面和層面以及零星發(fā)育的節(jié)理裂隙。層間擠壓帶、擠壓面和層面等主要結(jié)構(gòu)面呈橫河向分布，傾角一般45°～60°，傾向上游。壩軸線與廠軸線之間建基面有31條，其中寬度大于0．5 m的Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面10條，其余的均屬Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面;各擠壓帶、面普遍有石英脈充填，兩側(cè)為碎裂巖，后期石英脈穿插膠結(jié)，帶內(nèi)物質(zhì)擠壓緊密;層面多表現(xiàn)為層理構(gòu)造，結(jié)合緊密，部分為鈣質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，無(wú)軟弱物質(zhì)充填。節(jié)理裂隙發(fā)育主要有兩組:1)反傾向節(jié)理;2)橫節(jié)理，該節(jié)理呈閉合至微張狀，石英脈充填。緩傾角節(jié)理總體不發(fā)育且連通率小于10%。

3 防滲帷幕設(shè)計(jì)

大壩帷幕灌漿主要分布在上游基礎(chǔ)灌漿排水廊道和下游基礎(chǔ)灌漿排水廊道中。上游基礎(chǔ)灌漿排水廊道設(shè)置2排帷幕(A，B線)，排內(nèi)孔距均為2．0 m，排距1．0 m，主帷幕為垂直孔，最大深度60 m，上游副帷幕孔傾向上游6°，孔深取主帷幕孔的0．6倍;下游基礎(chǔ)灌漿排水廊道設(shè)置1排帷幕(C線)，帷幕孔孔距3．0 m，傾向下游6°。灌漿采用42．5級(jí)普通硅酸鹽水泥，為保證灌漿效果，施工過(guò)程中Ⅲ序孔將用42．5級(jí)超細(xì)特種水泥漿液灌注。

上游基礎(chǔ)防滲帷幕為接地式帷幕，主帷幕A線排孔深度以深入透水率小于1Lu的相對(duì)不透水層作為控制標(biāo)準(zhǔn)，防滲帷幕與相對(duì)不透水層銜接并深入至5 m。在相對(duì)不透水層埋藏較淺的部位，防滲帷幕的深度也不得小于1/3倍的壩高。在壩趾處設(shè)置了一排下游C線帷幕孔，以形成封閉式防滲系統(tǒng)，孔間距2 m，基巖內(nèi)幕深約25 m，大約為下游尾水最大水頭的0．45倍。主帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤1Lu，C線帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤3Lu。

4 集中制漿系統(tǒng)布置

由于帷幕灌漿是在廊道內(nèi)施工，不便于水泥運(yùn)輸，且通風(fēng)條件較差，以及為避免廊道內(nèi)的施工人員直接與水泥粉塵接觸，保護(hù)工作環(huán)境，所灌水泥漿液在廊道外壩肩標(biāo)高1 510 m高程附近設(shè)置的集中制漿站集中攪制，集中制漿系統(tǒng)采用400 L高速攪拌機(jī)統(tǒng)一攪制水灰比為0．5∶1標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥漿液，用輸漿泵通過(guò)Φ1″輸漿管路輸送至工作面供機(jī)組使用，在廊道內(nèi)設(shè)置送漿中轉(zhuǎn)站向基礎(chǔ)灌漿廊道輸送漿液，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)二次配漿后進(jìn)行灌漿作業(yè)。針對(duì)壩基巖石細(xì)微裂隙透水性強(qiáng)而可灌性卻相對(duì)較差的特點(diǎn)，為提高其可灌性，采用80 μm細(xì)度篩篩余量1．2%的低細(xì)度525R普通硅酸鹽水泥作為灌漿材料。

5 帷幕灌漿施工

5．1 總體施工程序

施工準(zhǔn)備→布置風(fēng)、水、電、通訊及制漿系統(tǒng)→鋪設(shè)固定軌道→鉆孔安裝抬動(dòng)變形觀測(cè)裝置(測(cè)試)→先導(dǎo)孔→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→Ⅲ序孔施工→檢查孔施工。

5．2 灌漿施工

1)灌漿工藝:采用“小口徑鉆進(jìn)，自上而下分段鉆灌，不待凝、不做裂隙專門沖洗，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)式”的高壓灌漿工藝。

2)灌漿設(shè)備:SGB6-10型灌漿泵，YJ-200型雙層立式攪拌槽以及三參數(shù)大循環(huán)灌漿自動(dòng)記錄儀等。

3)漿液水灰比及變漿標(biāo)準(zhǔn):灌漿漿液由稀到濃逐級(jí)變換，帷幕灌漿漿液普通水泥水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1，0．8∶1，0．5∶1 五個(gè)比級(jí);細(xì)水泥水灰比采用 1∶1，0．8∶1，0．5∶1 三個(gè)比級(jí)。

4)灌漿壓力:以安裝在孔口回漿管路上的壓力表指針?biāo)甘镜闹兄禐槿斯び涗浌酀{壓力，以安裝在孔口回漿管路上的壓力傳感器采集數(shù)據(jù)的平均值為自動(dòng)記錄儀記錄的灌漿壓力(見表1)。

5)灌漿段長(zhǎng)劃分:第1段(接觸段)一般為2 m，第2段、第3段為2 m～3 m，第4段及以下各段一般為5 m～6 m(但最大段長(zhǎng)不得大于10 m)，超細(xì)水泥最大灌漿段長(zhǎng)3 m～4 m。地質(zhì)缺陷部位可適當(dāng)縮短段長(zhǎng)。

6)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于0．4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1．0 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min即可結(jié)束。

7)封孔:用濃水泥漿液(0．5∶1)封孔，采用“分段灌漿封孔法”或“全孔灌漿封孔法”。

表1 灌漿壓力參數(shù)表

6 特殊情況處理

1)灌漿過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法處理。

2)鉆灌過(guò)程中發(fā)現(xiàn)串漿時(shí)，視串通部位和串通量進(jìn)行處理:如被串孔正在鉆進(jìn)，串漿量不大可繼續(xù)鉆進(jìn);否則停止鉆進(jìn)，封閉被串孔，待灌漿結(jié)束后，打開被串孔掃孔沖洗后繼續(xù)鉆進(jìn)。如與待灌孔串漿，串漿量不大時(shí)，可在被串孔內(nèi)通入水流，使水泥漿不致在孔內(nèi)沉淀而堵塞鉆孔內(nèi)的巖石裂隙;否則封閉被串孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束之后，立即打開被串孔掃孔沖洗后盡快灌漿。若兩個(gè)孔同時(shí)灌漿，且兩孔段使用的灌漿壓力又不相同，出現(xiàn)串漿時(shí)，封閉使用較低灌漿壓力的淺孔，待深孔灌漿結(jié)束后再灌淺孔。

3)對(duì)有涌水的孔段，灌漿前測(cè)記涌水壓力和涌水量，根據(jù)涌水情況，按下述方法處理:即相應(yīng)提高灌漿壓力，采取屏漿、閉漿待凝措施;或重新掃孔至該段孔底，觀測(cè)涌水情況。如無(wú)涌水，直接進(jìn)行下段鉆灌;如仍有涌水，再次測(cè)記涌水流量、涌水壓力，并進(jìn)行復(fù)灌。

4)灌漿工作連續(xù)進(jìn)行，如因故中斷盡早恢復(fù)灌漿，恢復(fù)灌漿時(shí)，使用開灌水灰比的漿液灌注，如注入率與中斷前相近則改用中斷前水灰比的漿液灌注;如恢復(fù)灌漿后，注入率較中斷前減少很多，且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則作為事故孔補(bǔ)孔灌漿處理。

7 灌漿成果資料分析

7．1 灌前透水率分析

各排序孔共做了9 904段灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，其中A線排帷幕孔Ⅰ序孔平均Lu=9．95，Ⅱ序孔平均Lu=5．56，Ⅲ序孔平均Lu=2．98;B線排帷幕孔Ⅰ序孔平均Lu=6．76，Ⅱ序孔平均Lu=1．23，Ⅲ序孔平均 Lu=0．83;C線排帷幕孔Ⅰ序孔平均 Lu=10．91，Ⅱ序孔平均 Lu=2．96，Ⅲ序孔平均 Lu=1．96。從上述數(shù)據(jù)中可以看出隨著灌漿次序增進(jìn)而Lu值均逐漸降低，符合灌漿的一般規(guī)律。

7．2 單位注入量分析

根據(jù)灌漿自動(dòng)記錄儀記錄資料統(tǒng)計(jì)，A線排帷幕孔平均單耗37．65 kg/m，其中Ⅰ序孔平均單耗73．93 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗35．64 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗20．39 kg/m;B線排帷幕孔平均單耗32．35 kg/m，其中Ⅰ序孔平均單耗48．68 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗37．93 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗21．99 kg/m;C線排帷幕孔平均單耗68．22 kg/m，其中Ⅰ序孔平均單耗140．11 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗51．01 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗34．75 kg/m。

從上述數(shù)據(jù)可以看出:1)各排孔的平均單位注入量均呈現(xiàn)出隨著灌漿孔序的不斷加密而逐序減小的趨勢(shì)，總體上看符合一般灌漿規(guī)律，表明先序孔的灌漿效果明顯，后序孔起到了進(jìn)一步充填、擠密壓實(shí)的作用;2)同一條廊道內(nèi)的A線排帷幕孔較B線排帷幕孔后施工，但A線排帷幕孔較B線排帷幕孔深，其平均單位注入量大于B線排帷幕孔，無(wú)明顯的排序遞減變化規(guī)律，表明深部孔段通過(guò)提高灌漿壓力后將細(xì)微裂隙擠壓張開，提高了細(xì)微裂隙的可灌性，取得了較好的灌漿效果。

7．3 透水率與單位注入量之間的相關(guān)分析

各線排帷幕孔的透水率與單位注入量之間均存在明顯的線性規(guī)律，即透水率較小的孔段其單位注入率亦小，透水率較大的孔段其單位注入率亦大，反映出灌漿情況較為正常。

7．4 帷幕灌漿壓水試驗(yàn)檢查成果統(tǒng)計(jì)分析

A，B線共布置檢查孔78個(gè)，做壓水試驗(yàn)665段，透水率不大于1Lu者659段，占總試驗(yàn)段的99．1%，透水率大于1Lu者僅6段且分部不集中，滿足設(shè)計(jì)檢查要求。C線共布置了檢查孔40個(gè)，做壓水試驗(yàn)285段，透水率不大于3Lu者285段，占總試驗(yàn)段的100%，說(shuō)明灌漿質(zhì)量和防滲效果良好。

8 結(jié)語(yǔ)

1)采用80 μm細(xì)度篩篩余量1．2%的低細(xì)度525R普通硅酸鹽水泥作為灌漿材料，可在一定程度上提高巖石細(xì)微裂隙的可灌性，取得良好的灌漿效果。2)壩基防滲帷幕灌漿始終使用灌漿自動(dòng)記錄儀，記錄整個(gè)灌漿過(guò)程中的灌漿參數(shù)，從根本上保證了灌漿資料的真實(shí)性，并為彌補(bǔ)灌漿自動(dòng)記錄儀不能記錄灌漿特殊情況備注說(shuō)明的不足之處，輔以人工記錄，使之形成系統(tǒng)完整的灌漿原始記錄資料，保證了灌漿原始記錄齊全、清晰、準(zhǔn)確的資料質(zhì)量，并為確保壩基防滲帷幕灌漿施工質(zhì)量起到了有力保障作用。3)通過(guò)終孔標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制帷幕灌漿孔的深度，保證了防滲帷幕底界深入到相對(duì)隔水層。4)壓水透水率及灌漿單位注入量均呈現(xiàn)出隨著孔序的不斷加密而逐序遞減的變化趨勢(shì)，規(guī)律明顯，表明灌漿效果良好。5)壓水透水率及灌漿單位注入量的大小均與地質(zhì)條件相吻合，灌漿資料真實(shí)地反映了壩基的地質(zhì)特點(diǎn)及巖石裂隙的發(fā)育狀況，反映出灌漿情況較為正常。

［1］DL/T 5148-2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］張瑞宇．鄉(xiāng)寧縣清峪水庫(kù)大壩壩基固結(jié)灌漿［J］．山西建筑，2010，36(5):362-363．