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杨柳滩电站闸坝砂卵砾石地基固结灌浆加固

2019-09-05

四川水利 2019年4期
关键词:闸室砾石渗透系数

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院,四川 德阳,618000)

1 闸坝概况

杨柳滩水电站拦河闸坝总长130m,坝高30m,沿坝轴线由左至右依次布置为:3孔冲砂闸、5孔泄洪闸和调节闸。右岸重力坝与坝肩相接,左岸与主厂房进水室相邻。

冲砂泄洪闸段长105m,坝顶高程344.00m,闸室顺水流方向长度40m,基础置于砂卵砾石层上。

调节闸布置于右岸,调节闸室净宽9.0m,闸顶高程344.00m,基础置于粉砂质泥岩上。

图1 杨柳滩电站上游立视图

2 地质情况

冲砂泄洪闸段桩号0+41.50~0+150.00为河床段,河床高程315.0m~322.0m,覆盖层总厚度5m~19m,最大厚度位于河床中部,其中高程316m~320m以上为Q4s人工堆积砂砾石层(第①层),以下为Q4al冲积砂卵砾石层(第②~第④层);第②层松散,厚度1m~8m,底界高程310.5m~317m;第③层稍密,厚度0~6.2m,底界高程304.4m~314.2m;第④层中密~密实,厚度0~5m,设计建基高程为315m,位于第②层松散砂卵砾石层中,建基面以下第②、第③层承载能力不能满足要求,且各层地基均匀性都较差,存在压缩变形和不均匀变形问题。闸基砂卵砾石层渗透系数K=1.9×10-2cm/s~2.78×10-1cm/s,属强透水层,存在渗漏和渗透变形问题。

河床砂卵砾石取样试验成果资料(见表1、表2):Q4al砂卵砾石层中<2mm粒径含量14.1%~14.8%;2mm~60mm粒径含量49.46%~70.43%;60mm~200mm粒径含量32.61%~14.50%;>200mm粒径含量3.10%~0.92%。天然密度2.21g/cm3,相对密度0.47~0.57,不均匀系数62.2~33.0,曲率系数5.7~10.8。

坝基覆盖层以砾石(2mm~60mm)为主,次为卵石、砂,并含少量漂石,其渗透系数平均值上部为1.11×10-1cm/s,下部为2.23×10-2cm/s,属强透水层。

表1 河床砂卵砾石层试验成果

表2 河床砂卵砾石层试验成果

从试验资料可知,该砂卵砾石地层是松散的,其空隙率大、渗透性强。

3 基础处理方案

根据砂卵砾石试验成果,分析砂卵砾石地基的可灌性。其可灌性主要取决于地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、浆液的稠度、灌浆压力和施工工艺等因素。砂卵石地基的可灌性一般用以下几种指标衡量:

(1)可灌比:M=D15/d85

式中:D15为砂卵砾石层的颗粒级配曲线上含量为15%的粒径(mm);d85为灌注材料的颗粒级配曲线上含量为85%的粒径(mm)。

可灌比值M≥15,故水泥浆将可顺利灌入。

(2)砂卵砾石层中粒径小于0.1mm的颗粒含量百分数愈高,则可灌性愈差。当其含量<5%时,可进行水泥粘土浆的灌注,本工程粒径小于0.1mm的颗粒含量为<1%。

用砂卵砾石层的有效粒径D10或渗透系数K判断其可灌性,一般认为,渗透系数K>3×10-4m/s的地层具有可灌性。

(3)不均匀系数反映了砂卵砾石层中颗粒大小的均匀程度,可供研究地层可灌性时参考,本工程砂卵砾石层的不均匀系数为62.2~33.0,孔隙率22%左右。

通过上述分析结合考虑浆液配比、灌浆压力及灌浆工艺等因素,再通过灌浆实验,确定本工程砂卵砾石具有良好的可灌性。

通过对全挖方案、振冲加固、高压旋喷加固、固结灌浆等处理方案进行了比较。综合考虑各种处理方案的施工工艺、工期、投资及后续补强处理等因素,采用固结灌浆加固方案。

固结灌浆实施方案:清除1#、2#闸孔中间基础(靠下游侧)中的崩坡积块碎石夹土层并用砂卵砾石换填;固结灌浆采用普通硅酸盐水泥,标号P.O32.5;灌浆孔采用梅花形布置,闸底板范围排距2.4m,孔距2.4m~3.0m,孔底高程308.00m,孔深7.00m。在闸室底板上布置了120个固结灌浆孔,灌浆长度约1380m;在闸墩上布置了68个固结灌浆孔,灌浆长度约2200m。

4 固结灌浆施工

固结灌浆施工按分序加密的原则,共分两序进行施工;采取先灌周边,再灌中间,先边排后中排的方式进行,灌浆前进行先导孔注水试验。

4.1 灌浆工艺

闸室基础砂卵砾石层固结灌浆采用预埋花管自上而下灌浆法,固结灌浆孔使用钻机钻孔,套管护壁,一次连续钻孔完成。

其施工工艺为:

钻孔平台固定——孔位确定——造孔(套管护壁)——清孔——下花管——下填料——起套管——卡塞——开环——灌浆——终孔后封孔。

4.2 灌浆压力

该工程砂卵砾石孔隙率较大,可灌比较高,上部有闸室底板作为盖重,可采用较大的灌浆压力,但砂卵砾石基础加固的目的是提高基础的承载力和抗变形能力,无必要让浆液扩散过远,通过试验确定首段采用0.2MPa的灌浆压力,下部逐渐加大至0.6MPa。

4.3 水灰比

固结灌浆采用纯水泥浆灌注,浆液水灰比(重量比)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1四个比级。

4.4 灌浆效果

灌浆质量检查孔于灌浆施工结束14d后,检查孔数量为灌浆孔总数的5%。检查孔的合格标准:注水试验设计要求其渗透系数K≤3×10-4cm/s。孔段合格率不少于85%以上,不合格孔段渗透系数不超过设计规定值的150%并不集中,灌浆质量可认为合格。闸室基础固结灌浆灌浆质量检查孔共布置10个,最大透水率12.6Lu,孔段合格率为100%。

灌浆总平均单位注入量呈递减趋势,即一序孔985kg/m>二序孔541kg/m,符合一般灌浆规律,由注浆前注水试验成果和注浆后压水试验成果可知,注浆后透水率明显减小。

4.5 蓄水观测

枢纽监测的主要内容有:水平位移、垂直位移、坝基扬压力、上下游水位等项目。

垂直位移观测点布置在各闸墩上游水平位移观测墩旁,观测路线采用:右岸上游起测水准基点M-2至垂直位移点M-3、至M-16往返观测,二等水准观测。

电站已竣工蓄水发电,蓄水运行16个月后垂直位移观测情况如表3。

表3 大坝上游垂直位移观测成果

从上表可知,累计沉降量最大2.1mm,出现在2#、3#泄洪闸,也即是河床沙卵石层厚度最大段,但总沉降量较小。

5 结语

冲砂泄洪闸建基位于松散砂卵砾石层中,承载能力不能满足要求,且各层地基均匀性较差,存在压缩变形和不均匀变形问题;闸基砂卵砾石层渗透系数K=1.9×10-2cm/s~2.78×10-1cm/s,属强透水层,可灌性较好,可采用固结灌浆的方式加固地基;灌浆工艺采用预埋花管法灌浆,可一次性成孔,施工效率较高,但需埋入花管,成本较高;灌浆分序进行,并采取先周边孔后中间孔的施工顺序,能减少浆液的无效流失;灌后基础整体性得到加强,通过蓄水运行观测,其坝基沉陷较小。

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