浅议帷幕灌浆技术在水利工程施工中的应用

易荣军

摘要:帷幕灌浆技术是水工建筑物地基防渗处理的主要手段,对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。文章结合某水利枢纽工程实例,通过对水电站坝基帷幕灌浆施工效果的分析研究,阐述了在复杂地质条件下,坝基加固处理的帷幕灌浆施工工艺选择和技术的应对措施,以供参考借鉴。

关键词:帷幕灌浆;水利工程;防渗处理;施工工艺

中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0021-02

在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接,底部深入相对不透水岩层一定深度,以阻止或减少地基中地下水的渗透;与位于其下游的排水系统共同作用,还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。20世纪以来,帷幕灌浆一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段,对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。

一、工程概况

水利枢纽是一座以发电为主,结合航运,兼顾其他综合利用的水电枢纽工程,坝址距上游枢纽坝址41.35km,距下游河口24km,为该河道开发的最末一个梯级。坝址以上控制集雨面积为18261km2,多年平均流量为580m3/s,多年平均径流量为182.9亿立方米,设计洪水流量19400m3/s(P=2%),校核洪水流量27100m3/s(P=0.2%),多年平均悬移质年输沙量246.7万吨,水库正常蓄水位18.5m,相应库容1.078亿立方米;右岸厂房右岸船闸枢纽总体布置方案(16孔溢流坝,堰顶高程6m),电站装机3×2MW,年利用小时数3957h,多年平均发电量237.4GW·h;船闸按通航1+2×120t级船队及300T单船设计;本项目帷幕灌浆工程分布在右岸接头土坝段、门库坝段、一期溢流坝段、河床式水利枢纽主机间、安装间和航运工程闸首和闸室等部位,帷幕灌浆工程量3320m。

二、工程地质概况

坝址区地貌为侵蚀、剥蚀低山地貌,右岸为一级阶地。河谷呈宽“U”字型,两岸地形不对称。土坝布置在右岸冲积一级阶地及剥蚀的低山丘陵坡地上,坝肩发育有一条冲沟横切山坡;坝基地质构造简单,未发现有圈套的断裂构造分布,冲积粉质黏土或砂砾石层均能满足坝基承载力要求;坝基渗漏主要表现冲洪积层渗漏、中等透水岩体的一般渗漏和沿裂隙密集带的集中渗漏。厂房地基在2#背斜的核部,岩体较为破碎,构造裂隙发育,但规模较小,主要为短小的裂隙,为弱～中等透水。通航建筑物的上引航道渠底大部分位于一级阶地上,阶地厚为11.5～19.8m;上闸首地质构造复杂,处在2#背斜的核部,岩层产状变化较大,裂隙较发育。闸室及下闸首地质构造简单,岩层呈单斜结构,裂隙较发育,但规模较小,延伸不长。下引航道地质构造较复杂,处在2#向斜的核部,岩层产状变化较大,裂隙较发育。

三、灌浆试验施工

灌浆试验选在土坝的上游段,试验段长7m,混凝土厚度2.6～3.3m,该段坝前水深2m,共布置5个灌浆钻孔,孔距分别为2m及1.5m,分为3序次采用孔口封闭循环灌浆法施工,孔口管埋入混凝土1.5m。灌浆段长度:第1段2m,第2段3m,第3段及以后均为5m最后一段可适当加长,但不超过8～9m。由于坝基岩体软弱、风化、节理裂隙发育,坝前水深小,灌浆压力为0.2～0.5MPa。

Ⅰ序孔的平均透水率为30.8Lu,单米注入水泥量为2.714kg/m。II序孔的平均透水率为10.7Lu,为Ⅰ序孔的34.7%,单米注入水泥量为90.7kg/m,为Ⅰ序孔的41.7%。III序孔的平均透水率为6.13Lu,为II序孔的57.3%,单米注入水泥量为32.7kg/m,为II序孔的36%,符合基岩灌浆的一般规律。检查孔位于透水率大、吸浆量大多次冒浆、串浆的第11、12号钻孔之间,混凝土与基岩接触面有水泥结石,厚3～5mm,胶结紧密。压水试验共作10段,透水率为0.4～1.8Lu,全部达到设计要求。

试验段灌浆成果表明,坝基的岩体风化较强烈,节理裂隙较发育,透水率大。Ⅰ序孔孔深38～48m,透水率达11～34Lu,小于等于5Lu的深度大为增加;混凝土与基岩接触面透水率大、吸浆量大、多次冒浆。试验成果资料表明:(1)孔距2m是合适的,能达到设计要求;(2)防渗帷幕应适当加深;(3)首先进行混凝土以下2m接触段的首段灌浆,达到灌浆结束标准后,下入孔口管,用水泥固结,待凝48h,再进行以下段灌浆,效果较好。

四、帷幕灌浆施工工艺流程

依照设计及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》,并考虑本工程的特点,帷幕灌浆采用自上而下分段钻进,分段灌浆,孔内循环的灌浆方法。混凝土与基岩接触段岩石段长≤2m,单独灌浆并待凝,以下灌浆段长5～6m。在断层、破碎带地质条件地区缩短灌浆段长并待凝。

1.造孔施工。造孔是灌浆工程中极为重要的一环,成孔的质量及进度直接关系着整个灌浆工程的质量及进度,必须抓紧抓好。(1)安装钻架、摆放钻机。在确定灌浆孔位后做好标记,清理平整场地,然后铺地板、方木搭制钻探平台,钻机安装要稳固、周正。摆放钻机要保持天车、主动钻杆、灌浆孔中心3点成1线,然后准备开钻;(2)试车、开钻。安装完毕后,启动动力设备进行试车,包括钻机、供水供电系统,待所有设备均运转正常后进行开钻;(3)钻进工艺。本次灌浆造孔对于坝基础部分、先导孔和检查孔,施工中采用?椎59mm金刚石钻头进行基岩部分的钻孔。每次钻孔前都要认真检查所有的钻杆及钻具、主动钻杆和钻杆接手等,不准使用弯曲变形的钻杆、钻具,各部位接头要接牢,各部位接头和管材要保持良好同心度。金刚石钻进成孔间隙小,钻头水口窄,需要较大的泵压和中等泵量才能产生强制冷却和冲洗作用。

2.裂隙冲洗及压水试验。帷幕灌浆在钻孔结束后,采用由导管通入大流量高压水流从孔底向孔外冲洗的方法冲洗孔壁,钻孔冲洗拟采用单孔冲洗,直至回水澄清后,再继续冲洗10min,且总的时间要求不少于30min,串通孔不少于2h,底残渣不超过20cm。一般部位的裂隙冲洗压力采用同段灌浆压力的80%。

压水试验在裂隙冲洗后进行,本次灌浆选择10%的灌浆孔做先导孔,并在Ⅰ序孔中选择。先导孔应进行压水试验,压水试验采用单点法,压力采用同段灌浆压力的80%,且不大于1MPa。简易压水时间为20min,每3～5min测读1次压入流量,取最后的流量作为计算流量。

3.灌浆施工。帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时,在规定压力下,当注入率不大于0.4L/min时,继续灌注60min,或不大于1L/min时,继续灌注90min,灌浆即可结束。而采用自下而上分段灌浆法时,继续灌注时间相应减少为30min和60min,灌浆即可结束。灌浆过程中,随时测量进浆和回浆比重,当回浆变浓时,换用与进浆相同比级的新浆液进行灌注。若效果不明显,延续灌注30min,即可停止灌注。

4.封孔。灌浆结束采用全孔灌浆封堵法封孔:全孔灌浆结束后,用0.5∶1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管后,用0.5∶1的水泥浆纯压30min,压力为最大灌浆压力,并做好灌浆记录。

五、结语

该水利枢纽防渗工程经帷幕灌浆处理后,下层灌浆洞洞壁基本保持干燥,未发现有严重的渗水现象,灌浆质量较好。为提前蓄水、按时发电做出了应有贡献。目前水库已蓄水并达到发电要求水位,大坝下游及边坡周围没有出现大的渗水情况。大坝帷幕灌浆施工是成功的,达到了该工程的防渗要求。

参考文献

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