GIN法在西非科特迪瓦波波里水電站中的試驗研究

李 忠 爽， 蘇 星， 周 青

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

GIN法是由瑞士灌漿專家隆巴迪等人提出的一項灌漿技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了灌漿強度值(GIN)的概念，GIN值近似地等于最終灌漿壓力P和灌入漿液體積V的乘積。隆巴迪認為在灌漿過程中，控制GIN值大體一致，得到的防滲帷幕比較均勻、連續(xù)。波波里水電站擬采用該方法在工程區(qū)進行試驗研究，以探討該方法的可行性。

2 工程概況

波波里水電站裝機容量為11.23萬kW，采用河床式開發(fā)，工程樞紐建筑物主要包括大壩、電站廠房和尾水渠。其中，大壩主要由土石壩、溢洪道及廠房壩段組成，總長約4.2 km、最大壩高約18.58 m。工程區(qū)位于平原地區(qū)，大壩具有“壩線超長、壩高較低”的特點。

壩址區(qū)基巖巖性主要為花崗巖與花崗片麻巖。河床部位為裸露的弱風化基巖，壩址兩岸岸坡基巖風化較強，普遍分布全、強風化層，局部零星分布風化殘積土層。壩址區(qū)巖體的卸荷作用主要為弱卸荷，垂直方向的卸荷深度約2～6 m，與巖體的弱風化深度基本一致。波波里壩基巖體總體透水性較弱，相對隔水層埋深較淺，總體呈弱～中等透水，局部強透水；相對隔水層垂直埋深為弱風化巖體上界以下8～10 m。

3 GIN法在波波里水電站中的試驗

3.1 主要試驗設(shè)備

鉆機采用重慶探礦機械有限公司生產(chǎn)的XY-2PC回旋鉆機；灌漿泵采用3SNS-A型，具有精密的壓力和流量控制閥，可以精確細微地調(diào)節(jié)壓力和流量的范圍，從零到允許的最大值；灌漿記錄儀采用HR-1型，可隨時觀測灌漿壓力、單位注漿量等施工參數(shù)，并能監(jiān)視灌漿壓力和注漿量過程曲線在選定的GIN曲線圖上的運作趨勢，避免出現(xiàn)過高的灌漿壓力和過大的、不必要的灌注量，保證灌漿質(zhì)量。

3.2 灌漿漿液配比

所用的灌漿漿液水灰比為0.60∶1，為單一穩(wěn)定的具有賓漢流體特性的穩(wěn)定漿液。灌漿漿液主要性能指標滿足表1所列標準[1]。

表1 灌漿漿液主要性能指標標準

3.3 灌漿參數(shù)的選用

3.3.1 鉆孔分段

第一段0～2 m，即設(shè)計灌漿帷幕頂高程以下2 m(孔口管段)，段長2 m；第二段，建基面以下2～5 m，段長3 m；第三段，建基面以下5～10 m，段長5 m；第四段，建基面以下10～15 m，段長5 m。

3.3.2 GIN值分類

GIN值一般分為五類，但在壩基帷幕灌漿設(shè)計中GIN值選擇未見明確的規(guī)定。GIN值一般性選用原則為表層段選用較低值，深部選用較高值；硬巖地段選用較高值，軟巖地段選用較低值。目前工程應(yīng)用中多是根據(jù)地質(zhì)條件、巖體裂隙發(fā)育情況、帷幕深度、防滲標準、工程經(jīng)驗等綜合考慮后確定[2]。波波里水電站灌漿參數(shù)選用如下：

對于0～2 m段：GIN=150 MPa×L/m，Pmax=1.0 MPa，Vmax=150 L/m。如圖1所示。

圖1 灌漿孔0～2 m灌漿段GIN值曲線

對于2 m以下的段落：GIN=200 MPa×L/m，Pmax=1.5 MPa，Vmax=200 L/m。如圖2所示。

3.4 灌漿結(jié)束標準

GIN法包絡(luò)線中用限制漿液灌入量的方法避免漿液滲透過遠，但對裂隙發(fā)育的地層，即便使用濃漿也需要大體積的漿液，因此，認為灌漿曲線按圖3、圖4表現(xiàn)時，即在規(guī)定的曲線范圍內(nèi)，V值達到了規(guī)定的最大值(0～2 m：Vmax=150 L/m；2 m以下：Vmax=200 L/m)，不能保證灌漿質(zhì)量。

圖2 灌漿孔2 m以下灌漿段GIN值曲線

圖3 0～2 m段GIN值不合格曲線示意圖

圖4 2 m以下段GIN值不合格曲線示意圖

按照國內(nèi)規(guī)范，壩基帷幕灌漿質(zhì)量一般通過壓水試驗進行評價，壓水試驗透水率計算公式如下：

(1)

式中 q為透水率,Lu；l為試驗長度,m；Q3和p3分別為第三階段的壓入流量和試驗壓力，單位L/min和MPa。

壓水試驗壓入流量是與時間直接相關(guān)的，GIN法三個參數(shù)GIN、Pmax、Vmax沒有考慮灌漿時間。灌漿效果嚴格來講取決于漿液對于壩基寬度范圍內(nèi)裂隙的填充情況，難以直接判斷漿液是否完全填充壩基寬度范圍內(nèi)的裂隙，一般以灌漿壓力達到Pmax時，表明漿液將鉆孔有效半徑范圍內(nèi)的裂隙充填完全。因此，認為灌漿曲線按示意圖5、圖6表現(xiàn)時：在規(guī)定的曲線范圍內(nèi)，P值達到規(guī)定的最大壓力值(0～2 m：Pmax=1.0 MPa，2 m以下：Pmax=1.5 MPa)；或者P值與V值的乘積達到GIN值(0～2 m：N=150 MPa×L/m，2 m以下：N=200 MPa×L/m)，作為灌漿結(jié)束標準。

圖5 0～2 m段GIN值合格曲線示意圖

圖6 2 m以下段GIN值合格曲線示意圖

結(jié)合國內(nèi)GIN法研究理論[3，4]及灌漿規(guī)范，波波里水電站灌漿結(jié)束標準如下：

(1)每個灌漿段的結(jié)束標準達到GIN值或最大壓力值Pmax，且灌漿流量小于1 L/min時，持續(xù)10 min結(jié)束；灌漿流量小于2 L/min但大于1 L/min時，持續(xù)20 min結(jié)束。

(2)達到最大注入量Vmax值，應(yīng)采取限流、間歇灌漿等措施，動態(tài)調(diào)整灌漿壓力，直至達到GIN值或最大灌漿壓力Pmax，并滿足(1)中對于灌漿流量的要求。

3.5 灌漿孔布置及施工流程

在壩軸線(D)2+315.01～2+343.61處開展灌漿試驗，試驗段總長度為28.6 m。灌漿孔布置為單排，孔距2.2 m，共13個鉆孔，其中Ⅰ序孔4個，Ⅱ序孔3個，Ⅲ序孔6個，帷幕灌漿試驗孔位布置見圖7。

灌漿工藝流程如圖8所示。

3.6 檢查孔布置

為了檢查GIN法灌漿的效果，布置了灌漿檢查孔，通過壓水試驗評價處理后的壩基滲透特性，壓水試驗嚴格按照水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程進行，檢查孔布置見圖9所示。

4 灌漿試驗結(jié)果分析

4.1 檢查孔壓水試驗結(jié)果分析

從表2所示，灌漿后，透水率全部滿足壩基防滲標準，≤5 Lu，試驗表明使用GIN法能夠滿足波波里工程項目的防滲要求，可應(yīng)用于波波里項目的帷幕灌漿；試驗也表明GIN法灌漿強度值以及灌漿結(jié)束標準的選用是比較合適的。

表2 檢查孔壓水試驗結(jié)果

4.2 灌漿孔試驗結(jié)果分析

4.2.1 灌漿孔0～10 m范圍內(nèi)的試驗結(jié)果分析

在0～10 m范圍內(nèi)，單孔每米灌漿量平均值見表3所示，0～2 m范圍內(nèi)Ⅱ序孔與Ⅲ序孔相差不大，2～10 m范圍Ⅰ序孔與Ⅱ序孔灌漿量相差不大。一般而言，灌漿規(guī)律為Ⅰ序孔>Ⅲ序孔，本次試驗中，大體符合該規(guī)律，表明灌漿間距選取略大，局部相鄰孔灌漿有效半徑難以重合，為了保證灌漿的質(zhì)量，后續(xù)施工應(yīng)適當縮小孔間距。

表3 0～10 m范圍內(nèi)單孔每米灌漿量平均值

4.2.2 灌漿孔10～15 m范圍內(nèi)的試驗結(jié)果分析

在10～15 m范圍內(nèi)，單孔每米灌漿量平均值見表4所示。10～15 m范圍內(nèi)灌漿量較小，表明裂隙主要發(fā)育在地面以下0～10 m范圍內(nèi)，推測裂隙主要為淺表風化卸荷裂隙。

圖7 帷幕灌漿試驗孔位布置圖

圖8 帷幕灌漿施工流程圖

圖9 檢查孔孔位布置圖

表4 10～15 m范圍內(nèi)單孔每米灌漿量平均值

5 結(jié) 語

通過對GIN法灌漿試驗的研究，為GIN法這一灌漿工藝在非洲的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗，試驗研究結(jié)論如下：

(1)試驗區(qū)檢查孔檢查全部合格，表明GIN法能夠滿足波波里水電站壩基防滲要求。GIN法灌漿強度值選取較為合理，探討的灌漿結(jié)束標準可以滿足工程需要。

(2)GIN法使用單一的穩(wěn)定性漿液，較之傳統(tǒng)的稀漿與濃漿轉(zhuǎn)換更為方便；GIN法灌漿較為合理，GIN值為常數(shù)，避免了灌漿量過大導致的超灌；同時也能避免灌漿壓力過大造成巖石劈裂，相較于傳統(tǒng)灌漿技術(shù)，更為科學合理。