单向化学灌浆技术在双曲拱坝防渗加固中的应用——以黄山溪一级水电站双曲拱坝为例

裘建平,王建策,葛国昌

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.永嘉县水利局,浙江 永嘉 325100)

1 工程概况

黄山溪一级水电站位于浙江省永嘉县岩坦溪主流黄山溪上游,该工程为单目标的发电工程,主要建筑物有拦河大坝、引水发电隧洞、压力管道、发电厂房、升压变电站及送出工程等。

拦河大坝为混合线型双曲拱坝,坝址距永嘉县城102 km。坝址控制集雨面积27.86 km2。坝体材料为C20混凝土,最大坝高59.5 m。水库正常蓄水位490.0 m(黄海高程系,下同),设计洪水位493.55 m,校核洪水位494.38 m,正常库容648万m3。水库泄洪采用坝顶表孔溢流,最大下泄流量696 m3/s,堰面采用WES型曲线。坝后采用挑流消能。

2 存在的问题

黄山溪一级水电站于2002年10月进场施工,至2005年5月完工,并进入了试运行阶段。在试运行期,发现大坝左坝肩存在严重漏水,坝体有多条裂缝和伸缩缝漏水。据调查统计,裂缝累计长度约200余米。根据现场检查情况,大坝主要存在的问题:一是左坝肩漏水严重,漏水量约为80～100 L/min;二是坝体裂缝分布在各个坝块。经初步分析判断坝肩渗漏是拱座岩体裂隙及坝体与坝基存在接触间隙导致的。

坝体裂缝的形状有竖直向、斜向、水平向,从现场可以看到大多裂缝都存在渗水和大量游离钙析出物,尽管施工方已对裂缝进行处理,但现场裂缝漏水的情况仍较严重。后经与业主及当地水利主管部门、设计单位等沟通,最终由浙江省水利河口研究院提出化学灌浆方案并进行处理。

3 处理方案与设计

针对黄山溪一级水电站大坝存在的大量裂缝和左岸坝肩漏水问题,原设计提出的方案为:坝体裂缝采用化学灌浆,左岸坝肩漏水采用坝顶钻铅直孔和迎水面钻斜孔水泥帷幕灌浆。工程处理概算约300万元,工期约2.5个月。但由于大坝坐落在V形河谷,两岸陡峻,且坝高体薄,如选择在迎水面施工的方案,必须将库水放空并搭设大量的脚手架,其工程量和施工难度都非常大,且存在一定的施工安全问题。经过现场踏勘和分析研究,并与有关方面沟通,最终确定坝体裂缝和坝肩漏水均采用化学灌浆技术处理,全部施工都在背水面进行。

3.1 左岸坝肩化学灌浆

沿大坝下游面岸坡搭设平台和贴坡软梯,在水库高水位时找出全部漏水部位,对出水相对大的漏水点埋置灌浆管,其余部分采取止漏封闭。为达到既防渗又补强的工程处理效果,灌浆材料选用环氧树脂和水溶性聚氨酯2种化学浆液,灌浆采用单向反压式灌浆技术。具体设计技术要点如下:

3.1.1 施工步骤

漏水范围调查→埋设灌浆管与裂缝封闭→压水(压气)试验→灌浆

3.1.2 漏水范围调查

在水库高水位时,清理岸坡岩面松动的岩块和施工垃圾,并用高压水清洗岩面污垢,找出漏水范围和漏水点。

3.1.3 埋设灌浆管与裂缝封闭

在水库低水位时,对相对较大的漏水点逐个埋设灌浆管,其余部分(距离漏水点23 m范围内的破碎岩石和裂隙)用速凝水泥砂浆封闭,且能承受0.8MPa的灌浆压力。

3.1.4 压水(压气)试验

待埋管和封闭材料达到一定强度后,采用循环压水和压气的方法清洗岩缝并检查封闭的质量,如发现有新的漏水点,再行埋管和封闭,直至满足灌浆的要求为止。同时通过压水试验资料的分析,制定灌浆控制的各项指标。

3.1.5 灌 浆

3.1.5.1 对库水位的要求

在额定灌浆压力条件下,为降低库水的承压阻力,使浆液能顺利的压入岩缝和漏水通道,故控制库水压力在0.30MPa以下。

3.1.5.2 灌浆压力

在综合条件允许的情况下,一般选用较高的灌浆压力是有利的,其优点在于能使浆液压入岩层中的细小裂缝和漏水通道,充填密实牢固,同时也可提高灌浆效率,缩短工期,降低成本。经综合分析,最大灌浆压力选用0.80MPa。

3.1.5.3 灌浆技术要点

(1)根据压水试验的成果,确定浆液的配比和灌浆量估算。

(2)灌浆采取从低位到高位的接力式灌浆方法,对出水相对大的管孔作为灌浆孔,反之作为排气(水)孔。

(3)选用符合额定排量和压力的灌浆泵或台数,根据实际需要,有效控制灌浆速率。

(4)灌浆时掌握好灌浆压力、灌浆速率,并观察灌浆周边有无串冒浆情况,如有反常,则根据实际情况及时采取措施(如变换浆液、降压、封堵等),确保灌浆质量。

(5)在规定的最大灌浆压力下,灌至基本不进浆并保持屏浆时间大于或等于30 min,结束灌浆。

3.2 坝体裂缝化学灌浆

高位坝体裂缝采用移动吊篮,低位裂缝利用坝后桥搭设脚手架施工作业。根据裂缝所处位置和结构要求,确定主要灌浆材料为环氧树脂、水溶性聚氨酯化学浆液。灌浆方法为骑缝埋管灌浆法,具体设计技术要点如下:

3.2.1 施工步骤

凿V型槽→埋设灌浆管与裂缝封闭→压水(压风)试验→灌浆

3.2.2 凿V型槽

用人工或切割机沿裂缝表面凿成V型状槽,宽、深均为4 cm左右。

3.2.3 埋设灌浆管与裂缝封闭

清除槽面及两侧岩粉和污垢,沿裂缝表面每1～2 m间距埋设灌浆管(或灌浆针阀),对于有渗水的裂缝,埋设排水管引流,并用速凝水泥堵漏。待缝面干燥及清理干净后,用环氧树脂胶料嵌槽封闭。

3.2.4 压水(压风)试验

嵌槽封缝后,进行压水清洗裂缝和压水 (风)试验,检查封缝质量和灌浆管畅通情况,如发现封闭有渗漏,重新进行封闭。通过压水(风)试验了解和掌握裂缝的贯通性、可灌性、灌浆压力、灌浆速率、灌浆量等情况,确定灌浆材料和制定灌浆的各项技术参数。

3.2.5 灌 浆

(1)配浆。浆液配制前做浆液试验,一方面检测浆材质量,另一方面根据气温情况调整浆液凝固时间。浆液配制采用称量法,贮浆容器用塑料提桶,在配制环氧浆时做到称量准确,搅拌均匀,每次配浆量根据灌浆速率确定(一般为2～8 kg)。同时,严禁一切异物混入浆内,以防止灌浆时异物堵死裂缝而造成突然拒浆。

(2)灌浆压力。灌浆最大压力为0.35～0.40 MPa。对于裂缝面积大、裂缝较宽可灌性好的孔,采用低压力值;对于裂缝面积小,裂缝较窄且可灌性差的孔,则采用高压力值;对于一些贯通性裂缝且裂缝较宽的孔,则采用小于或等于0.30MPa的灌浆压力,以防止裂缝再次劈裂扩展。

(3)首灌孔选择。对于同一条裂缝,选择灌孔比较畅通或较低位孔作为首选灌浆孔,其它孔作为排气孔,以利于灌浆畅通缩短灌浆历时,以及有利于浆液充满缝隙,防止出现空缝。当排气孔出浆时,视实际情况关闭阀门或作并联灌浆。对于不出浆的灌孔,也逐一进行灌浆。

(4)灌浆控制。为确保裂缝灌注密实,又不致于浆液过多串失浪费,故对每一条裂缝所在的位置、结构断面、周边条件、裂缝开度、可灌性等基本信息掌握后,确定灌浆材料、浆液配比、凝胶时间、灌浆速率、灌浆压力以及在灌浆过程中出现的一些特殊情况的应急处理措施。

(5)灌浆结束标准。在规定灌浆压力下灌至不进浆,并保持屏浆时间大于或等于30 min,结束该孔灌浆,同时关闭孔口阀门。另外,当灌孔有脱空现象时,进行补充灌浆。

4 灌浆施工及效果

灌浆施工自2007年4月16日进场,于同年5月7日全部完成坝肩漏水和坝体裂缝的灌浆处理工作。灌浆处理的裂缝长度总计约200余米,耗用浆材约1.2 t。因工程施工期正值春汛,雨量充沛,故灌浆施工结束后不久,工程就投入了高水位运行,经工程参建各方现场检查,原坝肩漏水和坝体裂缝漏水基本消失。现工程已运行4年多时间,目前情况依然良好,达到了工程处理的预期效果。

5 结 语

本文根据黄山溪一级水电站的特殊性,经过分析研究和根据以往多年的工程实践,提出了坝肩漏水和坝体裂缝均采用单向化学灌浆的处理方法。实践表明,该处理方法不仅技术上可行,且具有施工工期短、投资省的特点,与原方案比较,缩短了工期近2个月,实际处理费用不到原方案的1/10,经济效益显著。

[1]蒋硕忠,张捷.绿色化学灌浆技术 [M].武汉:长江出版社,2006.

[2]鲁一晖,孙志恒.水工混凝土建筑物病害评估与修补文集[C].北京:中国水利电力出版社,2001.