某工程溢洪道右导墙加固方案浅析

2021-04-16朱展博李玉洁

陕西水利 2021年3期

关键词：明渠孔口溢洪道

朱展博，李玉洁，卞全

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安 710065）

1 工程概况

1.1 溢洪道右导墙

某水电站枢纽建筑物由河床式厂房、溢洪道、泄洪底孔、排沙孔、左右岸非溢流坝段、中控楼及开关站等组成。

左岸溢洪道由导流明渠改建而成，堰闸段需要后期改建，二期导流期溢洪道的堰闸段包括右导墙坝段、左边墩坝段及过流底板。右导墙坝段左侧为溢洪道堰体及中墩、右侧为厂房坝段。右导墙坝段上、下游范围为坝轴线0+000.00 m～坝下0+052.00 m；左右范围为坝左0+085.80 m～坝左0+112.80 m，其中，坝左0+085.80 m～坝左0+103.80 m 段为右导墙，坝左0+103.80 m～坝左0+112.80 m 段为二期导流明渠底板。

二期导流期要求右导墙坝段至少施工至1802.50 m，过流面高程为1775.00 m，见图1。

图1 溢洪道右导墙坝段平面图

1.2 导流设计

电站采用明渠分期导流，围堰全年挡水的方案施工，施工导流共分三期进行。二期导流时，主河床截流，形成二期上横围堰，由左岸导流明渠渲泄全年洪水。导流明渠右导墙、左侧挡水坝段至少施工至1802.50 m、导流明渠溢洪道闸室段过流底板为1775.00 m，宽33 m。度汛标准为20年一遇洪水，相应流量为5990 m3/s。

2 导墙裂缝检查成果分析

2.1 检测方案

二期导流明渠底板于2011年4月浇筑至1775.00 m 高程，2012年汛期，发现底板下部帷幕灌浆廊道出现裂缝。为查明裂缝分布情况，经参建各方共同研究制定了裂缝检测方法，选用全孔数字成像及孔内压水等方法检测，分别布设J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9 等9 个检查孔，见图2。

2.2 检测成果及分析

（1）裂缝在坝下0+005.50 m 帷幕灌浆廊道内形成环向裂缝，廊道顶拱部位裂缝位置为坝左0+103.80 m，底板部位为坝左0+104.10 m，廊道上游侧边墙缝宽度为2 mm，下游边墙及廊道顶拱、底板缝宽为0.5 mm～1 mm。

（2）导流明渠过流面坝左0+103.80 m～坝左0+112.80 m、坝轴线0+000.0～坝下0+052.00 m 范围内检查孔进行压水试验。除J1 和J3 检测孔没有与廊道内环向裂缝贯穿透水率较小外，其它检测孔均与廊道内环向裂缝贯穿，透水率为3.4 Lu～36 Lu。

（3）由全孔壁数字成像测试。

测试孔J1 和J3 无裂缝，测试孔J2、J4、J5、J6、J7、J8 分别出现2 条、1 条、4 条、5 条、2 条、3 条裂缝。

综上分析，推测至少存在两条近竖向分布、沿整个明渠底板上下游贯通的可能性较大的裂缝，分别分布在坝左0+103.80 m桩号以左、坝左0+108.70 m 附近；裂缝连通性较好，但均未贯穿于底板表面或右导墙表面，溢洪道右导墙推测裂缝平面位置示意见图2。

3 加固方案

由检查推测的两条裂缝分布于坝轴线0+000.0～坝下0+052.00 m 范围内的二期导流明渠底板上，裂缝的连通性较好，为保证溢洪道右导墙长期安全，必要对溢洪道右导墙进行加固处理。采用化学灌浆+排水孔（全水头折减0.5 倍）+1500 kN预应力锚索方案作为右导墙二期导流加固方案。

3.1 化学灌浆

（1）主要施工工艺流程

坝轴线0+000.00、坝下0+052.00 m 结构缝水泥灌浆封堵→导墙廊道内环向缝切槽、造骑缝孔、埋嘴、封缝→闸室段基面布（钻）孔、洗孔、封孔→安装射浆管、回浆管、孔口封闭→灌浆管网连接→压风、压水检查→灌区压水检查试验→廊道内上游侧化学灌浆→闸室段基面深孔灌浆→灌后处理→灌浆效果检查。

（2）坝轴线0+000.00、坝下0+052.00 m 结构缝水泥灌浆

为减少串浆风险，对坝轴线0+000.00、坝下0+052.00 m 结构缝进行水泥灌浆封堵处理。

（3）导墙帷幕灌浆廊道内环向缝凿槽、造骑缝孔、埋嘴、封缝

1）以裂缝为中线，凿V 型槽，槽宽、深约3 cm；造骑缝孔Φ25 mm，孔深3 cm，孔间距25 cm～30 cm；用堵漏灵砂浆埋设灌浆嘴，回填V 型槽。每条缝在灌浆嘴安装完毕后逐一对每孔进行登记编号，做好记录。

2）封缝8 h 后进行通风检测。通风压力最高限压0.4 MPa，压风从一端开始，逐孔进行。

（4）闸室底板布（钻）孔、洗孔

1）布孔、造孔

利用闸室底裂缝检查孔J1～J9 作为裂缝化学灌浆孔，为了保证灌浆效果在坝左0+109.30 m、坝左0+111.80 m 各增布3个灌浆孔，灌浆孔采用地质钻钻孔，孔径为φ76。新增化学灌浆孔参数见表1。

表1 裂缝化学灌浆孔（增加）参数表

2）洗孔

斜孔和深孔的灌浆孔，造孔后用Φ15 mm 钢管下放到孔底，采用系统水将孔内岩粉、悬浮物冲洗干净。对于裂缝连通性差的钻孔先采用有压单孔脉动水进行裂缝冲洗；连通性强的部位先采用群孔冲洗。

（5）射浆管、回浆管制安及孔口封闭

1）射浆管采用Φ15 mm 镀锌管制作灌浆管，下管至距孔底50 cm，射浆管孔口的外露大于30 cm，用球阀连接孔外管网；

2）回浆管采用Φ5 mm～6 mm 的耐压塑胶管制，外露大于20 cm；

3）用堵漏灵进行孔口封闭，在孔口封闭前，预先放置一根或两根Φ25 mm 螺纹钢，要求低于孔口约1 m，以加强混凝土抗裂性能。

（6）灌浆管网性能的测试与验收

通过模拟灌浆压水试验，对灌区内各孔口的封闭性能全面检查，合格后进行联合验收。

（7）廊道内上游侧化学灌浆

根据检查孔压水分析推测裂缝A、B 可能与其上游侧的坝轴线0+000.0 结构缝相串通，因此先用粘度相对较大的浆液灌注其上游侧，以形成裂缝封堵，待凝8 小时后，转到1775.00 m高程闸室底板灌浆。

（8）闸室底板深孔灌浆

1）灌浆压力及顺序：

闸室底板深孔灌浆压力为0.3 MPa～0.5 MPa，根据裂缝贯穿情况，灌浆由低到高，由下游侧向上游侧，依次灌注。

2）浆材及配比：材料选中华798 的KH-3 高渗透改性环氧灌浆材料，配比按材料使用说明的配比及技术手册操作。

3）灌浆方法

①灌浆前准备工作：接通电源，安装好灌浆设备，连接输浆管，排除设备及输浆管内的空气，打开所有灌浆嘴。

②灌浆：采用0.01 MPa 稳压慢灌、依序灌浆施工方法，根据进浆量适当调节灌浆压力，当进浆量小于1 L/min 时，每次升压0.01 MPa，直到0.5 MPa 的最大上限。回浆管出纯浆时，扎紧回浆管。每孔纯灌时间大于40 min 或当进浆量少于0.01 L/min后，可进行屏浆，开始进行下一孔灌浆施工，以保证灌浆质量。施工时先从第一个灌浆嘴开始灌注，当灌浆时间没有达到规定时间而邻近的灌浆孔串纯浆时，开始对其串浆的灌浆嘴（管）注浆，第一孔视进浆量大小，继续灌浆直到达到屏浆标准。当第一个灌浆嘴灌浆达到规定标准后，接上第二个灌浆嘴（此时，第一个灌浆嘴处于屏浆状态），依此类推，依序进行，直至最后一个灌浆嘴灌浆不进浆时（或少于进浆量0.01 L/min）稳压30 min结束灌浆。

③廊道内下游侧化学灌浆：由于廊道环向缝与深孔相串，随着浆液在裂缝中渗透，低水位的灌浆管先出水，再出浆水混合物，直至出纯浆后迅速扎紧封孔，等待相邻的上孔出纯浆，依次进行封孔，直到顶部出纯浆，表明环向缝已灌好。

④闭浆：当最后灌浆孔进浆量小于0.01 L/min 时屏浆30 min结束灌浆。

3.2 预应力锚索

预应力锚索为1500 kN 压力分散型锚索，内锚固段长9 m，锚索长度L=35 m～65 m，共59 束。

为避开帷幕及排水幕，靠近帷幕廊道附近两束锚索，向下游偏1.3°，其余锚索均与坝轴线平行；为保证与基础岩石的有效锚固，所有锚索俯角70°。锚索施工工艺流程为：凿除导墙表层混凝土—钻孔—锚索制作及安装—注浆—浇筑铺设垫板一期混凝土—锚墩制作—安装外锚头—张拉—二期混凝土封锚。

3.3 排水孔施工

为防止排水孔的堵塞，最后实施右导墙坝段的排水孔，并对坝基内可能堵塞的排水孔进行扫孔处理。

经对溢洪道右导墙结构初步研究分析认为，导墙基础面渗流压力荷载为二期导流时段影响其侧向抗滑稳定的主要不利因素。根据类似工程经验，排水孔对基础面渗流压力的消减作用明显，并可利用右导墙内顺河向交通廊道布置，实施难度较小。

基础面排水孔布置原则：沿顺河向交通廊道左侧壁高程方向布置两排，顺河向间距1 m～1.5 m，均布置在相邻两根加固预应力锚索的中间位置，排水孔孔径为φ110 mm，其中：上排孔口距廊道底板高度1.5 m，分别采用上仰角度为2.5°、7.5°的间隔布置形式，入岩深度8 m；下排孔口距廊道底板高度0.5 m，下倾角度为20°，入岩深度3 m。受导墙结构布置影响，对个别排水孔位置、孔口距廊道底板高度及上仰角度进行适当调整。

为避免基础渗水通过排水孔在交通廊道左侧壁发生漫流，通过Φ80 mmPVC 排水孔孔口装置及顺河向Φ110 mmPVC 汇水管将基础渗水收集并引流至坝下0+023.00 m 厂房操作廊道排水沟内汇入基础集水井。