水丰水电站坝址趾板建基面的处理分析

王亚伟

(北票市龙潭水库管理处，辽宁 北票　122100)



水丰水电站坝址趾板建基面的处理分析

王亚伟

(北票市龙潭水库管理处，辽宁 北票122100)

水丰水电站大坝对坝址趾板建基面的稳定性、均一性有着很高的要求，但是水丰水电站所处的复杂地质条件无法满足该要求。本文介绍了固结灌浆作业在水丰水电站中坝址趾板建基面问题处理中的作用，并利用声波检测、钻孔取芯手段对处理结果进行了分析，认为固结灌浆可以很好地解决坝址趾板建基面出现的种种问题，为其他工程提供了参考依据。

水丰水电站；固结灌浆；坝址趾板建基面

水丰水电站位于鸭绿江下游的辽宁省宽甸县境内，为中朝共建。该区域地质条件十分复杂，其中含有许多地质条件较差的地段。然而，基于水丰水电站大坝稳定性的考量，对于地质的要求很高，故而需要采用相应的技术手段对这些地质较差的地段进行加固处理。固结灌浆是一种行之有效、经济成本低、操作简单的水电站大坝坝址趾板建基面加固手段，目前在水利工程中已被广泛认可。

1　坝址趾板建基面的处理

1.1大坝对坝址趾板建基面的要求

大坝对坝址趾板建基面的基本要求有以下四点：

a.承载力方面。要求坝基的岩体具有很好的完整性，并且具备足够的强度、刚度以承载大坝传来的各种荷载。

b.稳定性方面。要求坝址趾板建基面具有足够的抗滑稳定性以保证大坝的整体稳定性要求。

c.抗渗性方面。要求无论在何种工况下，都需要保证坝址趾板建基面有足够的抗渗性能，以免在水下恶劣的环境中迅速恶化。

d.形状方面。要求坝址趾板建基面的形状尽量平顺、光滑，不可有突变部分，以保证应力的均匀传递，避免应力集中。

1.2固结灌浆技术对坝址趾板建基面的作用

固结灌浆是一种隐蔽性工程，在不同的施工条件下，需要根据当下坝址趾板建基面的具体施工情况来确定固结灌浆的施工方案[1]，有针对性地对坝址趾板建基面存在的问题进行解决。简而言之，固结灌浆技术对坝址趾板建基面的作用，可分为以下三点：

a.提高坝址趾板建基面处岩体的整体强度，保证岩体的均一性。

b.提高岩体的抗压强度，增大岩体的杨氏模量。

c.减少岩体的等效塑性应变和沉降量[2]。

2　水丰水电站的工程概况

2.1地形地貌

水丰水电站大坝的左岸岸坡成北东向展布，多为悬崖峭壁，且高度都在50m左右；水丰水电站水库的正常水位为123.3m，正常水位附近的岩体为裸露的基岩。坝址趾板建基面位于一山脊处，该区域的坡度在45°～55°之间，岩石质地为强风化—弱风化。

2.2地质概况

所处地段江水深8～20m，表部覆盖碎石，基岩为黑云母斜长片麻岩。总体自上而下为：ⓐ灰黄色碎石，粒径在7～12cm，碎石的主要成分为片麻岩，拥有不规则棱角，整个灰黄色碎石覆盖层的长度为3.8m左右；ⓑ黑云母斜长片麻岩，颜色基本为黑色，成分基本上为片麻岩，岩石质地较好，硬度尚可，呈节理发育，倾角为75°～85°；ⓒ混合岩，颜色基本为白色，呈带状分布。

3　固结灌浆作业概况

水丰水电站固结灌浆作业分为两个阶段：第一个阶段从11月开始，分别以2、1、0.8、0.6、0.5五个比级进行变浆施工；第二个阶段从第二年4月开始，以0.8的比级进行稳定浆液施工。

3.1固结灌浆作业平面布置

对水丰水电站坝址趾板建基面以均匀打孔的模式进行。钻孔交叉布置，横向每两个钻孔的间距为3m，纵向每两个钻孔的间距也是3m。钻孔直径为0.6m，钻孔进入稳定岩层的深度大于4m[3]。

3.2固结灌浆作业有关参数

a.固结灌浆作业的主要设备。东勘300型油压给进钻机、LJ-1型灌浆自动记录仪、水上钻探平台等。

b.灌浆材料。625号普通硅酸盐水泥。

c.灌浆压力。第一年为0.4MPa；第二年为0.6MPa。

3.3固结灌浆方法

第一年采用的是自下而上的灌浆法；第二年采用的是自上而下的封闭灌浆法。

3.4固结灌浆方法的效果检测手段

a.声波检测。通过对固结灌浆后的岩石混凝土耦合体进行声波测试，记录声波的波速，并从记录的数据中统计出声波的最大值、最小值、平均值、中位数。声波测试不会对坝址趾板建基面造成任何损伤，也不会耽误施工进度，是非常适合研究工作的一种方法。

b.钻孔取芯检测。声波检测可以判断固结灌浆后均一性、密实性等效果。但对于岩石混凝土耦合体的力学强度特性仍无法提供直观的数据，故而需要对坝址趾板建基面的固结灌浆孔进行抽样钻孔取芯作业，选取样本进行强度测试，为整体的灌浆效果提供判断依据。

4　效果分析及问题处理

4.1声波测试数据分析

选取20个地点进行测试，记录固结灌浆作业前岩体中的波速和固结灌浆作业后岩石混凝土耦合体中的波速，结果见下图。

20个检验点固结灌浆作业前后的波速图

从图中可以看出，固结灌浆作业之后，声波检测的波速均大于固结灌浆作业之前的声波检测的波速。说明固结灌浆之后，坝址趾板建基面处的岩体在密实性、均一性上均有了一定程度的改善，孔隙得到了填充，直接反映了固结灌浆作业对提高坝址趾板建基面处稳定性、均一性的重要作用。

为了定量化分析固结灌浆对坝址趾板建基面的作用，对图中的数据进行统计，取出其中的最小值、最大值、中位数、平均值，见表1。

表1　固结灌浆作业前后的波速统计特征

由表1可知，在固结灌浆作业之后，坝址趾板建基面处的岩体声速检测波速的平均值比固结灌浆作业前高8%左右；中位数也提高了8%左右；最大值提高了11%左右；最小值提高了7%左右。由波速与岩体关系可知，岩体的杨氏模量、抗压强度也增加了8%左右，大大增强了坝址趾板建基面的稳定性[4]。

4.2钻孔取芯结果分析

选取20个点，对其进行钻孔取芯作业。对取出的样本进行强度检测和孔隙度检测，见表2。

表2　20个监测点的岩石模量和抗压强度

对表2中的数据进行统计分析，结果见表3。

表3　20个监测点的岩石模量和抗压强度数据统计特征

从表3可以看出，杨氏模量的变化幅度为2.30～3.25GPa，平均值在2.80GPa左右[5]。此种大小的杨氏模量可以很好地防止坝址趾板建基面的变形，满足工程要求；抗压强度的变化幅度为41.39MPa～47.74MPa，平均值在44.606MPa左右，该种大小的抗压强度近似为C40混凝土的抗压强度(48MPa左右)，可以很好地保证坝址趾板建基面的强度，满足工程要求。

4.3固结灌浆作业中出现的问题及解决方法

a.风化卸载带部位出现吸水不吸浆的问题。

原因分析：该部位的裂隙形状较为狭长，甚至可能是死裂隙；配置的浆液较浓，导致混凝土颗粒无法深入到裂隙中去[6]。

解决方法：首先使用浓度较稀的浆液，然后进行变浆施工。

b.水泥浆液及混凝土栓塞在冷水中不完全凝固的问题。

原因分析：温度较低可导致混凝土无法混合均匀，出现混凝土块、栓塞问题。

解决方法：提高水温，在温水中充分稀释搅拌混凝土后继续灌浆。

c.深水区无法进行准确的水面定位和岩石破碎带钻孔的问题。

原因分析：深水区能见度较低，水下扰动大，不便于灌浆作业的定位勘测与钻孔推进。

解决方法：修建隔水带，在浅水甚至无水的情况下施工。

5　结论与建议

a.风化卸载带部位出现吸水不吸浆的问题，可先用浓度较低的浆液进行灌浆，再进行变浆施工。

b.深水区的固结灌浆作业比较困难，需要设置隔水区域。

c.固结灌浆作业可以提高水丰水电站坝址趾板建基面的密实性、均一性，并有效提高了坝址趾板建基面的杨氏模量和抗压强度。

d.固结灌浆解决了水丰水电站坝址趾板建基面的相关问题，满足了大坝对于坝址趾板建基面的种种要求。

[1]戚会华,陈敏卫.在水利施工中基础灌浆的技术探讨[J].科技与企业,2013(5):174.

[2]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(2):57-59.

[3]王迅,董安宪,纪恒魁.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,2010,23(5):562-565.

[4]郝恩海,刘杰,王忠海,等.混凝土超声声速与强度和弹性模量的关系研究[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2002,35(3):380-383.

[5]张小泉.基础灌浆施工技术在水利工程中的应用[J].中国水能及电气化,2015(8):22-24.

[6]钱建辉.港口湾水库主坝趾板和面板混凝土施工工艺与质量控制[J].水利建设与管理,2003(5):47-48.

Analysis on the treatment of damsite toe slab foundation base in Shuifeng Hydropower Station

WANG Yawei

(BeipiaoLongtanReservoirManagementOffice,Beipiao122100,China)

Shuifeng Hydropower Station dam has high requirements on the stability and uniformity of damsite toe slab foundation base. However, the complex geological conditions of Shuifeng Hydropower Station cannot meet the requirements. In the paper, the effect of consolidation grouting operations in the problem processing of damsite toe slab foundation base in Shuifeng Hydropower Station is introduced, and acoustic detection method and borehole coring method are utilized for analyzing the treatment results. It is considered that consolidation grouting can be adopted for well solving various problems on damsite toe slab foundation base. And this paper provides reference basis for other projects.

Shuifeng Hydropower Station; consolidation grouting; damsite toe slab foundation base

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.003

TV543+.5

B

1673-8241(2016)04- 0012- 04