巴基斯坦杜伯華水電站堰壩及進水口帷幕灌漿設(shè)計

朱方君 王立群

巴基斯坦杜伯華水電站堰壩及進水口帷幕灌漿設(shè)計

朱方君 王立群

杜伯華水電站堰址區(qū)主要由侏羅系的Kohistan群的角閃巖類（超鐵鎂質(zhì)巖類）和第四系的沖積物和坡崩積物組成，屬于強—中等透水性，因此，需要進行灌漿防滲。

灌漿帷幕 灌漿方案 杜伯華水電站

杜伯華水電站位于巴基斯坦西北邊境省 （NWFP）境內(nèi)DUBER KHWAR河上，工程主要建筑物由壅水壩、電站進水口、沉沙池、發(fā)電引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管隧洞、壓力鋼管、發(fā)電廠房、尾水渠以及開關(guān)站等組成。堰址位于杜伯華河流上的Banil村上游，為混凝土重力堰。杜伯華河為印度河的右岸支流，呈南北向蜿蜒流過高山區(qū)，山脈陡峻。壩軸線處河床在高程1 200 m左右，河寬約100 m，堰壩切割處寬175 m。堰址區(qū)主要由侏羅系的Kohistan群的角閃巖類 （超鐵鎂質(zhì)巖類）和第四系的沖積物和坡崩積物組成。河流沉積物和坡積物屬于強—中等透水性，滲透系數(shù)范圍在10-1～10-3cm/s之間。

1 灌漿帷幕的設(shè)計和布置

1.1 防滲方案設(shè)計

溢流堰、進水口的底高程為1 183.50 m，堰壩、進水口都坐落在砂礫石覆蓋層上，為降低堰底揚壓力，減少樞紐整體滲漏量，樞紐采用灌漿帷幕進行垂直防滲，設(shè)計的帷幕允許滲透比降為4，帷幕厚度為6 m。

1.2 灌漿帷幕布置

在河床段，壩基礎(chǔ)下部的沖積層深度預(yù)期超過60 m，帷幕灌漿的最小深度應(yīng)延伸至高程1 140 m處，具體將根據(jù)實際的地質(zhì)條件進行調(diào)整。在覆蓋層灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為3排，孔距1.5 m， 排距1.0 m，灌漿孔成梅花形布置；在兩岸基巖灌漿區(qū)域，帷幕灌漿孔布置為2排，孔距1.5 m， 排距1.0 m，設(shè)計的灌漿孔為對稱布置，采用梅花形布置。典型布置見圖1。

1.3 灌漿工程量

經(jīng)計算，灌漿工程總量為15 692.50延米。

2 帷幕灌漿施工方案

2.1 施工工藝方法

采用自下而上卡塞（純壓式）灌漿工藝進行灌漿，對于覆蓋層灌漿，灌漿將在預(yù)埋的灌漿花管（即袖閥管法）內(nèi)進行。

圖1 灌漿孔布置（單位：m）

在覆蓋層灌漿區(qū)域，3排灌漿孔中先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排；在兩岸壩肩巖石基礎(chǔ)灌漿區(qū)域，先施工下游排，然后施工上游排。每排灌漿孔內(nèi)均按三序進行施工。

在覆蓋層內(nèi)的鉆孔方法采用同心和偏心跟管鉆進工藝造孔或其他適宜的方法；在巖石基礎(chǔ)鉆孔采用小口徑風(fēng)動潛孔錘或金剛石取芯造孔工藝成孔。

2.2 施工工藝流程

灌漿施工的工藝流程見圖2。

2.3 鉆孔

鉆機選用YG-100、YG-80全液壓工程鉆機和XY-2地質(zhì)巖芯鉆機，根據(jù)地質(zhì)條件，在覆蓋層等復(fù)雜地層鉆孔方法主要采用偏心跟管或同心跟管鉆進工藝。在鉆孔遇到超徑大孤石鉆孔困難時，也可采用泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進等工藝造孔。

在鉆進基巖灌漿孔的時候，采用常規(guī)的風(fēng)動潛孔錘鉆進成孔或回轉(zhuǎn)取芯鉆進工藝。

鉆孔結(jié)束后應(yīng)立即清孔，除盡殘留巖芯、巖屑。

2.4 勘探孔施工

在每一區(qū)段灌漿工作開始前，擬沿灌漿帷幕軸線每間隔15 m左右選取1個灌漿孔鉆為勘探孔，以進一步探明灌漿區(qū)域的地層情況及其滲透性。對于砂卵石地層取芯率不做要求，對于巖石地層應(yīng)采取巖芯并保存巖樣。

圖2 灌漿施工工藝流程圖

對于砂卵石地層，滲透性測試方法可采用常水頭注水試驗，根據(jù)試驗結(jié)果計算地層的滲透系數(shù)。在基巖內(nèi)可進行壓水試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果計算巖石的透水率或計算巖石的滲透系數(shù)。

2.5 孔壁填料

孔壁填料主要由水泥、膨潤土及水組成，其性能應(yīng)具有合適的強度和脆裂性能，這樣便于開環(huán)，防止?jié){液縱向竄冒，保證灌漿工作的順利進行。

2.6 灌漿花管的安置

灌漿管采用高強度硬質(zhì)塑料管。采用螺紋連接，內(nèi)徑保持一致，便于下置栓塞。灌漿花管上每隔333 mm設(shè)置1排出漿孔，孔徑10 mm，出漿孔部位安裝橡皮套閥。

2.7 灌漿施工

2.7.1 灌漿材料

水泥采用巴基斯坦FAUJI或ASKARI水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，符合BS12-1996標(biāo)準(zhǔn)。

砂質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2.5 mm，細(xì)度模數(shù)不宜大于2.0，SO3含量不宜大于1%，含泥量不宜大于3%，有機物含量不宜大于3%。

膨潤土采用巴基斯坦Ahmad Saeed Company公司生產(chǎn)的Higel Optimum鈉基鉆井液用膨潤土，該種膨潤土的主要指標(biāo)滿足API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

漿液中添加的外加劑主要是速凝劑。主要采用水玻璃作為速凝劑。采用模數(shù)2.4～3.0，濃度為30～45波美度的水玻璃。同時，水玻璃作為硅酸鹽也是一種灌漿材料，可以和膠凝劑一起使用，用于灌注細(xì)顆粒地層。

施工及拌和用水應(yīng)滿足：pH>4，不溶物小于5 000 mg/L，可溶物小于10 000 mg/L，氯化物小于3 500 mg/L，硫酸鹽小于2 700 mg/L。施工用水采用杜伯華河水，已經(jīng)檢測水質(zhì)良好。

2.7.2 灌漿漿液

在灌漿施工中，根據(jù)地層情況以及灌漿部位選用以下不同的漿液：

（1）水泥漿液。在基巖中灌注水泥漿液，為增加漿液的穩(wěn)定性，將在水泥漿液中摻加少量的的膨潤土（水泥質(zhì)量的1%～2%），漿液水固灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。

（2）水泥-膨潤土漿液。在覆蓋層中灌注水泥-膨潤土漿液，漿液水固比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.45∶1。漿液中膨潤土摻量為水泥重量的3.5%，實際施工中可根據(jù)情況在2%～5%之間調(diào)整膨潤土的摻量，在Ⅰ序孔內(nèi)可少摻，在Ⅱ、Ⅲ序孔內(nèi)可多摻?，F(xiàn)場試驗中可根據(jù)實際情況調(diào)整水固比，使?jié){液性能滿足灌漿要求。其中0.45∶1的漿液為膏狀漿液，漿液的擴散范圍可控性較好，用于灌注大空隙及脫空地層。

2.7.3 灌漿設(shè)備

（1）灌漿泵。采用3SNS型灌漿泵，此種泵為三缸柱塞泵，壓力平穩(wěn)。

（2）灌漿塞。采用DYS系列液（氣）壓灌漿塞，基巖灌漿采用單塞，覆蓋層灌漿采用雙塞。

（3）灌漿監(jiān)控系統(tǒng)。采用GMS2006灌漿數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，同時監(jiān)控灌漿壓力、注入率2個參數(shù)。

2.7.4 施工順序

灌漿嚴(yán)格按分序加密的原則進行：先施工下游排，再施工上游排，最后施工中間排，每排帷幕孔內(nèi)先施工Ⅰ序孔，然后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。

2.7.5 漿液制備

采用集中制漿站漿液制輸，水泥和膨潤土采用人工加料，電子稱量方式。制漿機采用ZJ-800型旋流高速攪拌機。

純水泥漿液攪拌時間不少于30 s；水泥膨潤土漿液攪拌時間不少于5 min。

2.7.6 灌漿施工

2.7.6.1 覆蓋層灌漿

（1）灌漿方法。堰壩及進水口覆蓋層帷幕灌漿采用預(yù)埋花管（即袖閥管法）灌漿，主要使用自下而上灌漿法，連續(xù)灌注。

預(yù)埋花管法的主要施工程序有：鉆孔→清孔→灌注填料→下花管→起套管→待凝→卡塞→開環(huán)→灌漿?；ü芊ㄊ┕すに囈妶D3。

（2）施工方法。① 灌漿段長的劃分。在砂礫石地層應(yīng)以灌漿花管上的 1環(huán)，即每環(huán) 0.333 m段長為一段灌漿。下置雙塞封閉灌漿段后施灌。② 開環(huán)。泵入清水或稀漿進行開環(huán)，打開橡套閥和沖開填料，開環(huán)壓力應(yīng)逐級施加，不得突然增大。③灌漿壓力。上游排和下游排全孔采用0.6 MPa的灌漿壓力；中間排灌漿壓力，第1段采用0.6 MPa，深度每增加10 m逐級增加0.15 MPa。④ 漿液濃度及灌漿過程控制。漿液采用4個比級：水固比為1∶1、0.8∶1、0.6∶1和0.45∶1。

圖3 預(yù)埋花管法施工程序圖

2.7.6.2 基巖段灌漿施工

（1）鉆孔沖洗與壓水試驗。① 開始灌漿前灌漿孔全孔應(yīng)采用大流量清水進行鉆孔沖洗，直至回水清凈時止。②基巖灌漿只在孔底段進行單點法壓水試驗。

（2）灌漿。①灌漿段長與灌漿壓力：基巖段灌漿包括覆蓋層下伏基巖灌漿和兩岸壩肩巖石基礎(chǔ)區(qū)的基巖灌漿。對于覆蓋層下伏基巖灌漿：基巖與覆蓋層的接觸段為2 m，其余灌漿段長一般為5 m。如果因為地層破碎等原因?qū)е虏荒苡行Эㄈ?，此時可以適當(dāng)加長灌漿段長對地層進行處理灌漿，待凝后重新掃孔按規(guī)定段長重新進行灌漿。其灌漿段的灌漿壓力根據(jù)灌漿段所處孔深位置確定，灌漿壓力計算方法同覆蓋層灌漿。對于堰壩及進水口兩岸巖石基礎(chǔ)區(qū)灌漿：上部第1段灌漿段長為2 m，第2段段長為3 m，其余灌漿段長一般為5 m。如果因為地層破碎等原因?qū)е虏荒苡行Эㄈ部梢赃m當(dāng)加長灌漿段長對地層進行處理灌漿，并在待凝后重新掃孔按規(guī)定段長重新進行灌漿。對于此部分灌漿，孔口接觸段灌漿壓力為0.6 MPa，實際的灌漿壓力在灌漿過程中根據(jù)實際施工情況，可作合理調(diào)整。②漿液變換。(a)漿液水固比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1等3個比級，開灌水固比1∶1。(b)變漿標(biāo)準(zhǔn)：帷幕灌漿漿液濃度遵循由稀到濃的原則逐級改變，施工過程中將按以下要求控制。灌漿時，當(dāng)灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少，或者吸漿量變化不大而灌漿壓力均勻升高時，不得改變水灰比；當(dāng)某一比級漿液注入量己達(dá)300 L以上，或灌注時間己達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30 L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。③灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。本工程帷幕灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于2 L／min時，繼續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。

2.7.6.3 封孔

灌漿結(jié)束后的封孔采用全孔灌漿封孔法，使用0.5∶1或0.45∶1的純水泥漿。封孔后對由于漿液析水產(chǎn)生的孔口空余段采用砂漿回填密實并人工抹平。

2.8 抬動觀測裝置安裝

帷幕灌漿區(qū)布置2套抬動觀測裝置，其結(jié)構(gòu)見圖4，對灌漿施工過程中產(chǎn)生的地面抬動進行監(jiān)測，控制抬動變形在允許的范圍內(nèi)。

2.8.1 抬動觀測裝置的安裝

抬動觀測孔的深度比帷幕底線深3 m。鉆孔達(dá)到預(yù)定孔深后，按要求安裝千分表，利用該裝置對地層抬動變形情況進行監(jiān)測。

2.8.2 抬動觀測

在壓水試驗或灌漿過程中，觀測和記錄地層抬動數(shù)據(jù)。對抬動觀測記錄進行整理分析，以便指導(dǎo)施工。

灌漿過程中，當(dāng)抬動值達(dá)到或超過規(guī)定值時，應(yīng)立即降壓，限流灌漿，并報請監(jiān)理人共同研究處理措施。

圖4 抬動觀測裝置示意圖

3 結(jié)語

應(yīng)用本方案灌漿，杜伯華水電站堰壩及進水口的防滲達(dá)到預(yù)定效果，總結(jié)出了一套施工方法和處理措施，也為類似工程提供了借鑒。

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1007-6980（2015）04-0009-03

2015-08-17）

朱方君 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

王立群 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222