固结灌浆技术在太平湾水电站坝基加固中的应用

刘 涛

(葫芦岛平山供水有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000)

固结灌浆技术在太平湾水电站坝基加固中的应用

刘 涛

(葫芦岛平山供水有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000)

水电站作为我国水利建设工程的重要组成部分，在发电、农业灌溉、生活供水等方面发挥着不可替代的作用，而大坝作为水电站的主体工程，其结构的坚固和稳定直接决定了水电站的运行和使用寿命。固结灌浆技术对提高大坝坝基稳定性和承载力具有显著效果，因而在复杂地段得到广泛应用。本文以辽宁省太平湾水电站为实例，介绍了该技术的应用情况，对以后类似的工程施工具有一定的借鉴意义。

固结灌浆技术；太平湾水电站；坝基加固；应用分析

水电站大坝对地质条件要求较高，在设计时应尽量将坝址选在坚固地段。如果无法避免地质条件较差地段，则需要采取相应的技术手段对坝基进行加固处理。深化固结灌浆作为一种技术成熟、效果显著、综合成本小的加固手段，目前在水利工程建设中得到了较为广泛的应用。

1 固结灌浆技术介绍

固结灌浆技术的本质是为改善节理裂隙发育较多或破碎带岩层的物理力学性质而进行必要的灌浆加固。灌浆方式分为循环式和纯压式两种，其施工工艺和帷幕注浆基本相似。固结灌浆技术的主要作用有三个：ⓐ提高岩体的整体性和均质性；ⓑ提高岩体的抗压强度和弹性模量；ⓒ减少岩体的变形量及不均匀沉陷。目前该技术主要应用于水库大坝的坝基加固工程中[1]。

在坝体加固工程中，当坝型为混凝土重力坝时，一般对坝基全面积进行固结灌浆；当坝型为混凝土拱坝或重力拱坝时，除了对坝基进行固结灌浆外，还要对部分受力较大的坝肩拱座岩体进行固结灌浆；当坝型为土石坝时，可将该技术应用于加固垫层下部的岩体。在隧洞加固工程中，一般是在衬砌作业之后对岩体进行固结灌浆；当施工段地质条件特别差时，可采用超前固结灌浆技术对其进行处理。

2 工程概况

太平湾水电站位于辽宁省丹东市和朝鲜平安道朔州郡交界处。该电站始建于20世纪80年代，由我国和朝鲜共同投资建设，是一座以发电为主，兼顾航运、生活与农业供水的综合性水利枢纽工程。

太平湾水电站的控制流域面积约为53500km2,正常蓄水位29.5m，库容达到1.7亿m3。该水电站总装机容量为190MW，年发电量为7.2亿kW·h。主要建筑物包括大坝、溢流坝、河床式厂房及变电站等。大坝为混凝土重力坝，总长为1185.01m，高度为31.5m。

经地质勘查得知，太平湾水电站大坝坝基为变质岩系，地质构造较为复杂，断层发育很多(多达200条)，而且这些大小断层分布较为杂乱。经过勘察分析，三条主要断层F1、F2、F3均匀分布于坝基之中(见图1)，因此决定对坝基全面积进行固结灌浆处理。

图1 太平湾水电站大坝断层分布

3 深化固结灌浆技术应用分析

深化固结灌浆技术的施工工序主要分为钻孔、灌浆、质量检查和封孔四步。下面以太平湾水电站大坝坝基为例，按照施工工序对该技术进行详细介绍。

3.1 钻孔作业

3.1.1 确定钻孔参数

钻孔的直径、深度、布置密度等参数直接影响着注浆作业及工程效果。目前还没有准确的公式来确定相关钻孔参数，不过可参照类似工程进行设计。

在该项目中，要求钻孔直径为40mm，钻孔进入稳定岩层的深度不低于3m，钻孔排距和间距均设置为3m，呈梅花形布置(见图2)。在大断层附近，钻孔密度和深度适当加大，但应保证和其他灌浆设备相配套[2]。

图2 钻孔布置平面示意图

3.1.2 钻孔作业

a.每个钻孔都要进行编号，在正式施工前要进行试钻，保证设备运行良好后可进行钻孔作业。要求孔位偏差小于10cm，钻孔孔底偏差小于1/30孔深。

b.钻孔冲洗的方法有大水量敞开冲洗、压力风冲洗和风水联合冲洗三类。在实际应用中，可根据试钻的结果和具体的地质条件进行选择。冲洗水压力一般为灌浆压力的80%，但不得超过1MPa；风压力一般为灌浆压力的50%，且不得超过0.5MPa。

c.在对裂隙进行冲洗时，当回水为清净状态时，还要再持续清洗10min，且单孔总清洗时间不少于30min。当邻近孔正在灌浆或灌浆完成不足24h时，则不得进行裂隙冲洗[3]。

3.2 灌浆作业

3.2.1 浆液水灰比

在固结灌浆技术中，一般采用普通硅酸盐水泥。浆液水灰比共有2∶1、1∶1、0.7∶1和0.5∶1四个等级，在使用时应根据实际地质情况实时加以调整。但是要注意以下事项：

a.当灌浆压力不变但浆液注入率持续降低或注入率不变但灌浆压力持续上升时，不可改变浆液的水灰比。

b.当某一级浆液注入量超过300L或灌注时间超过30min，而灌注压力及注入率都没有明显改变时，可以更换为浓度较大的浆液进行灌注。

c.如果注入率超过30L/min，可以越级变浓水灰比[4]。

3.2.2 浆液制作

在制作浆液时，如果采用高级搅拌机，则搅拌时间应超过30s；如果使用普通搅拌机，则应超过3min。此外，从浆液开始制作到灌注入孔所经历的时间应小于4h，温度适合维持在15～35℃之间。如果超时或超温，则应当作废浆处理。该工程采用的是普通搅拌机，灌注作业避开了冬季施工。

3.2.3 灌浆压力

灌浆压力是固结灌浆中最主要的参数之一。由于该工程地质条件较差，在施工中采用了分段灌浆，各段长度最大不超过5m。灌浆压力和地质条件密切相关，而地质条件又直接影响了注入率，因此可以根据灌注压力和注入率之间的关系来指导作业(见下表[5])。

灌浆压力和注入率参照表

该项目在灌浆时压力控制在3MPa以内，根据注入率的变化实时调节灌注压力。采用分段灌浆，完工一段后，在地质条件好的区域可直接进行下一段的钻灌作业；在断层附近则需要进行待凝处理。当灌浆压力维持在规定值但注入率不超过1L/min时，再继续灌注30min后可结束该孔的灌浆作业[6]。

3.3 灌浆质量检查

灌浆作业完工3d后，可进行灌浆质检，该项目采用的是单点压水法，要求质检数量不低于总孔数的5%，且透水率小于3Lu，孔段合格率应大于80%，且不合格的孔段透水率不得低于50%的规定值[7]。

3.4 封孔作业

质检结束后要进行封孔作业，一般采取的封孔方法有全孔灌浆法、导管注浆法、压力封孔法等。该项目选择压力封孔法，用于封孔的浆液浓度要大，水灰比适宜为0.5∶1。在灌浆作业结束24h后，需清除孔内存在的污水、浮浆等杂物，若存在脱空现象，应使用水泥砂浆及时填筑。

4 结 语

固结灌浆技术具有投资成本低、效果显著、施工方便等优点，因而得到较为广泛的应用。本文介绍了该技术的作用及施工工序，详细阐述了每道工序的质量控制要点。在实际工程中应用该技术时，要在详细掌握施工区域地质条件的前提下进行施工，这对提高施工效果、节约成本有显著作用。太平湾水电站大坝坝基加固工程通过应用该技术，各项指标均达到了规定值，大坝在运行多年后依然稳固可靠，充分说明了固结灌浆技术的价值。

[1] 江兴南，李涛.高岭头一级水电站大坝坝基渗漏处理及效果分析[J].大坝与安全，2010(4)：24-26.

[2] 王迅，董安宪，等.云峰水电站大坝右F15断层处理工程抗滑墩地基工程地质评价[J].资源环境与工程，2009(10)：45-46.

[3] 张伟锋，刘亚洲.锦屏一级水电站大坝混凝土细骨料料源选择[J].中国水能及电气化，2012(11)：35-36.

[4] 颜志恒，沈琦.表面封闭式无盖重固结灌浆技术在大型地下电站引水隧洞中的应用[J].中国水运，2013(10)：15-16.

[5] 李文付，高伟.固结灌浆技术在水库大坝基础处理中的应用与控制探讨[J].四川建材，2015(2)：67-68.

[6] 凡亚，王立海.振冲碎石桩在宗仁海软弱坝基加固处理中的应用[J].中国水能及电气化，2012(11)：15-16.

[7] 田维忠，李凯.吉林台一级水电站坝基F32特大断层处理技术[J].水利水电技术，2004(6)：20-22.

Application of consolidation grouting technology in dam foundation reinforcement of Taipingwan Hydropower Station

LIU Tao

(HuludaoPingshanWaterSupplyCo.,Ltd.,Huludao125000,China)

Hydropower station plays an irreplaceable role in the aspects of power generation, agriculture irrigation, domestic water supply, etc. as an important part of China water conservancy construction projects. Dam is the main work of hydropower station. Operation and service life of hydropower station are directly determined by the solidity and stability of dam structure. Consolidation grouting technology has significant effect to improve the stability and bearing capacity of dam foundation, thereby it is widely applied in complex areas. In the paper, Taipingwan Hydropower Station in Liaoning Province is adopted as an example. Application condition of the technology is introduced, which has certain reference significance for similar projects in the future.

consolidation grouting technology; Taipingwan Hydropower Station; dam foundation reinforcement; application analyzing

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.005

TV212

A

1673-8241(2015)10-0012-03