鄒 剛
(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司,四川 溫江 611130)
桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi),距上游二灘水電站約18 km,距雅礱江與金沙江匯合口約15 km,系雅礱江下游最末一個(gè)梯級(jí)電站,水庫(kù)正常蓄水位1 015.00 m,相應(yīng)庫(kù)容0.912億m3,總裝機(jī)容量600 MW。
一期縱向圍堰位于右岸河漫灘外側(cè),采用土石圍堰,堰頂高程約993.4 m,堰頂軸線長(zhǎng)1 056.678 m,頂寬12.0 m,高6.0~16.0 m。圍堰基礎(chǔ)置于覆蓋層上,覆蓋層分為三層,第 (1)、 (3)層為砂卵礫石層,分別厚約3~8 m和3.5~10 m,局部地段尖滅;第 (2)層為桐子林組粉砂質(zhì)粘土層,厚約7~26 m,分布連續(xù),具有相對(duì)隔水性。下伏基巖為砂巖與頁(yè)巖互層。 覆蓋層顆粒篩分級(jí)配情況見(jiàn)表1。
桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰采用高噴灌漿和控制性灌漿相結(jié)合的防滲方案,高噴防滲最大孔深達(dá)52 m,且要在架空嚴(yán)重的大塊石層中成孔,質(zhì)量控制難度很大。而深孔高噴防滲的施工質(zhì)量,歷來(lái)是高噴防滲工程成功的關(guān)鍵,本文詳細(xì)論述了桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰高噴防滲施工過(guò)程、施工質(zhì)量的控制方法,為其他工程提供借鑒。
表1 覆蓋層顆粒篩分級(jí)配情況
圍堰防滲采用高壓旋噴灌漿和控制性灌漿相結(jié)合。
防滲范圍為 990~992.5 m 高程, 深入基巖 1.0 m。圍堰整個(gè)防滲軸線長(zhǎng)1 600 m,設(shè)計(jì)將 (圍)0-200.0~ (圍) 0-50.0 及 (圍) 0+80.0~ (圍) 0+190.0段定為雙排孔,軸線總長(zhǎng)260.0 m,雙排孔孔距1.0 m,排距0.6 m,呈梅花形布置;其余部位仍采用單排高噴防滲,孔距0.8 m。
根據(jù)圍堰防滲施工特點(diǎn),在地質(zhì)條件復(fù)雜,存在動(dòng)水、地下承壓水、地層串通及架空等情況的特殊地層,深孔高噴防滲墻施工質(zhì)量隱患較大,因此局部增加控制性灌漿進(jìn)行防滲,以改善、加固地層。
(圍) 0-441.104~ (圍) 0-169.9 段設(shè)置 3 排控制性灌漿,中間排孔與高噴防滲軸線重合,迎水及背水面孔分別布置于中間排孔兩側(cè),排距0.6 m,孔距2.4 m,交錯(cuò)布置,相鄰排孔之間孔距交錯(cuò)0.8 m,孔深深入基巖0.5~1.0 m,基巖風(fēng)化嚴(yán)重時(shí)深入基巖1.5~2.0 m,按迎水排→背水排→中間排的順序進(jìn)行施工。因孔斜影響導(dǎo)致局部開(kāi)叉及搭接厚度不足的部位,沿高噴防滲軸線內(nèi)側(cè)60 cm在兩孔之間增加控制性灌漿孔,進(jìn)行防滲及補(bǔ)強(qiáng)處理。
高壓旋噴灌漿施工工藝流程為:場(chǎng)地平整壓實(shí)→臺(tái)車行走→軌道鋪設(shè)→布孔、鉆機(jī)就位→校準(zhǔn)角度、造孔→測(cè)斜→下PVC管、起拔導(dǎo)管→高噴臺(tái)車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。
根據(jù)試驗(yàn)鉆孔布置圖,按順序進(jìn)行鉆孔。鉆孔質(zhì)量要求為:孔位偏差不大于5 cm,孔深偏差不大于10 cm,孔底沉淀不大于20 cm,孔斜率小于1%。鉆孔過(guò)程中,應(yīng)詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象,根據(jù)返渣情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)轉(zhuǎn)情況判斷地層分層深度,塊石的分布、埋深、粒徑及架空、漏失、串通等情況。鉆孔終孔后,先取出鉆桿, 然后下入 φ100 mm×1.5 mm PVC管護(hù)壁,起撥套管。
3.2.1 漿液配制
(1)加料順序。純水泥漿:水→水泥。水泥-膨潤(rùn)土 (粉煤灰)漿:水→膨潤(rùn)土 (粉煤灰)→純堿→水泥。
(2)漿液攪拌時(shí)間。加入膨潤(rùn)土的漿液不少于3 min,其他漿液不少于1 min。所加制漿材料直接加入攪拌槽中進(jìn)行拌和,漿液自制備到用完時(shí)間不超過(guò)4 h。
3.2.2 高噴灌漿施工
(1)施工參數(shù)。高壓旋噴灌漿施工參數(shù)見(jiàn)表2。要求直徑1.75~1.85 mm的噴嘴2個(gè),氣嘴與漿嘴間隙為1.5~2 mm的風(fēng)嘴2個(gè)。提升速度根據(jù)地層和返漿情況作適當(dāng)調(diào)整,在地層 (漂石)交界處和大孤石密集區(qū)采用靜噴、復(fù)噴、靜灌、降低提升速度等措施。
表2 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)
(2)施工工序。臺(tái)車行走、就位及調(diào)試→噴具組裝及檢查→地面試噴→下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。
(3)施工工藝。當(dāng)噴具下入到設(shè)計(jì)深度后,啟動(dòng)旋擺機(jī),調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度,使之達(dá)到設(shè)計(jì)值,待孔口返漿比重符合要求后,開(kāi)始提升,邊旋轉(zhuǎn)邊提升,自下而上噴射灌漿,直至孔口停噴。在高噴灌漿過(guò)程中,要時(shí)刻注意檢查施工機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,風(fēng)水漿的流量、壓力,進(jìn)漿、回漿比重及旋轉(zhuǎn)、提升速度等參數(shù)是否符合要求。高噴灌漿結(jié)束后,由專人負(fù)責(zé)用棄漿進(jìn)行孔口注漿,直到回填密實(shí),漿面不再析水下沉為止。
整個(gè)圍堰在施工Ⅰ序孔過(guò)程中鉆孔返水量普遍較大,進(jìn)尺較慢,地層分層明顯,但隨著高噴灌漿作業(yè)次序的增進(jìn),觀察Ⅱ、Ⅲ序孔的孔內(nèi)返渣情況,發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石較多,經(jīng)高噴處理后,原始河床覆蓋層級(jí)配分布已得到改善,水泥、粘土、砂卵礫石膠結(jié)現(xiàn)象普遍,鉆孔進(jìn)尺有所提高,返水量減少,說(shuō)明各序孔的灌漿效果比較明顯,防滲性能隨著灌漿次序的增加而符合設(shè)計(jì)防滲要求,這些現(xiàn)象符合高噴灌漿分序的施工規(guī)律。
開(kāi)始噴灌時(shí),出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不返風(fēng)、不返漿現(xiàn)象,塌孔、抱鉆、地層漏失嚴(yán)重等,無(wú)法正常進(jìn)行噴灌。從地質(zhì)情況分析,由于砂層、砂卵礫石層互層、局部架空、級(jí)配分布不均勻,再加上受圍堰上游迎水面動(dòng)水影響,砂卵礫石層與粉砂質(zhì)粘土層交界面存在大量層壓水,鉆孔后破壞了來(lái)原始地層,易發(fā)生涌水、塌孔,整個(gè)噴灌過(guò)程,灌漿孔報(bào)廢現(xiàn)象嚴(yán)重。從噴灌情況分析,原因?yàn)椋涸冖?、Ⅱ序孔已全部噴灌結(jié)束后,覆蓋層滲漏通道范圍束窄了2/3,僅Ⅲ序孔作為滲流通道,孔內(nèi)動(dòng)水流速及流量增大,增加了塌孔幾率;同時(shí),在噴灌人工回填與原始河床交接處存在大量漏漿,而孔內(nèi)礫石等粗粒徑顆粒無(wú)法隨返漿返出孔外,堆積在交接處,從而導(dǎo)致抱噴具現(xiàn)象發(fā)生。
材料耗用情況見(jiàn)表3。從表3可以看出,一期圍堰高壓旋噴灌漿單位耗灰量為814.6 kg/m,共耗灰41 285.9 t,其中,Ⅱ序孔單位耗灰量較Ⅰ序大,其原因主要為在最開(kāi)始施工完部分Ⅰ序孔進(jìn)行Ⅱ序孔施工過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)Ⅱ序孔同Ⅰ序孔灌漿情況類似,鉆孔返水依然較大,起拔套管涌水,噴灌過(guò)程中,有塌孔、卡鉆、孔口長(zhǎng)時(shí)間不返風(fēng)、不返漿現(xiàn)象發(fā)生,鑒于Ⅰ序孔灌漿效果不明顯,為保證灌漿質(zhì)量,將Ⅱ序孔施工參數(shù)調(diào)整為與Ⅰ序孔相同,放慢了Ⅱ序孔的提升速度,增加了進(jìn)漿比重。Ⅲ序孔施工過(guò)程中,鉆渣開(kāi)始大量返水泥結(jié)石,單位耗灰量較小,每孔均返漿,且返漿情況較好??偟膩?lái)說(shuō),高噴灌漿分序施工是符合高噴灌漿規(guī)律的。
表3 材料耗用情況
在高噴防滲墻施工完畢后進(jìn)行了明渠基坑及圍堰開(kāi)挖作業(yè),開(kāi)挖情況分析結(jié)果表明,高噴防滲墻施工效果良好,整個(gè)基坑基本處于干地施工狀態(tài);墻體結(jié)石強(qiáng)度高、膠結(jié)密實(shí)。在開(kāi)挖過(guò)程中,基坑距墻體附近區(qū)域進(jìn)行了多次爆破,墻壁出現(xiàn)沒(méi)有坍塌、漏水現(xiàn)象,從開(kāi)挖出來(lái)的墻體可以清楚地看出墻體連續(xù)密實(shí),連接牢固,無(wú)漏噴斷樁現(xiàn)象。墻體中的漂石、大孤石被漿液包裹密實(shí),成墻效果較好,測(cè)算成墻平均厚度達(dá)1.2~1.4 m,且連續(xù)、均勻,完全符合設(shè)計(jì)成墻厚度需求。
在基坑開(kāi)挖過(guò)程中, 將I、II區(qū)分別作為一個(gè)大型獨(dú)立圍井,分別布置1臺(tái)和2臺(tái)排量為400 m3/h的抽水泵,拆除兩條子堰后的基坑在 (壩)0+102~(壩)0+125集水坑布置排量為400 m3/h的抽水泵2臺(tái)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抽水情況長(zhǎng)期觀測(cè),I、II區(qū)都只動(dòng)用了1臺(tái)抽水泵進(jìn)行間斷性抽水,I區(qū)抽水頻率最少0.5 h左右一次,II區(qū)抽水頻率最少12 h一次,(壩)0+102~(壩)0+125集水坑抽水頻率在4 h左右,圍井抽排水情況完全符合設(shè)計(jì)要求。
鉆孔取芯質(zhì)量檢查在高噴施工完畢后28 d進(jìn)行,沿 (圍)0+185高噴試驗(yàn)區(qū)軸線在I、II、III區(qū)各布置1組檢查孔,取兩組芯樣進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)芯樣抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔取出的高噴芯樣水泥結(jié)石強(qiáng)度高、結(jié)石率高,呈灰色至深灰色,無(wú)空洞氣泡,無(wú)孔隙,膠結(jié)密實(shí)。上部芯樣含砂較少,下部芯樣含砂較多,平均采集率達(dá)80.5%。
注水試驗(yàn)鉆孔選在高噴軸線相鄰兩高噴孔中間位置,孔深為深入防滲底線上部1.8 m,鉆孔孔徑φ75 mm。向試驗(yàn)孔注入清水,使管中水位高出地下水位一定高度 (或至孔口)并保持固定不變,用水表測(cè)定其注入量,開(kāi)始每隔5 min測(cè)量一次,當(dāng)連續(xù)2次測(cè)量的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時(shí),試驗(yàn)即可結(jié)束,取最后一次注入流量作為計(jì)算值。根據(jù)SL 345—2007《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》,計(jì)算得到注水試驗(yàn)成果見(jiàn)表4。從表4可以看出,滲透系數(shù)不大于1×10-5cm,符合防滲墻防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
表4 鉆孔注水試驗(yàn)成果
圍井注水試驗(yàn)選用高噴灌漿I、II區(qū),以及0-60子堰、0+185子堰拆除后形成的整個(gè)基坑圍井,將三區(qū)分別作為一個(gè)大型獨(dú)立圍井,將圍井抽水相關(guān)數(shù)據(jù)換算為圍井注水所需數(shù)據(jù),計(jì)算圍井滲透系數(shù),結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出,試段滲透系數(shù)在10-6~10-7cm/s之間,符合設(shè)計(jì)要求。
桐子林水電站高噴防滲墻施工過(guò)程中,采用偏心跟管鉆進(jìn),解決了在架空較嚴(yán)重的大塊石層中成孔難的問(wèn)題,采用高噴灌漿和控制性灌漿漿同時(shí)進(jìn)行的灌漿方式,成功解決了架空嚴(yán)重的地層中堵漏和成墻的難題。圍堰高噴防滲墻施工完畢后,基坑抽水情況表明:高噴防滲墻施工方案、方法、技術(shù)措施、工藝是正確的,施工是有效的,成功的。
表5 圍井注水試驗(yàn)成果
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