GIN法在西非科特迪瓦波波里水电站中的试验研究

2021-05-14李忠爽，苏星，周青

四川水力发电 2021年2期

李忠爽，苏星，周青

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

0 引言

GIN法是由瑞士灌浆专家隆巴迪等人提出的一项灌浆技术，创造性地提出了灌浆强度值(GIN)的概念，GIN值近似地等于最终灌浆压力P和灌入浆液体积V的乘积。隆巴迪认为在灌浆过程中，控制GIN值大体一致，得到的防渗帷幕比较均匀、连续。波波里水电站拟采用该方法在工程区进行试验研究，以探讨该方法的可行性。

2 工程概况

波波里水电站装机容量为11.23万kW，采用河床式开发，工程枢纽建筑物主要包括大坝、电站厂房和尾水渠。其中，大坝主要由土石坝、溢洪道及厂房坝段组成，总长约4.2 km、最大坝高约18.58 m。工程区位于平原地区，大坝具有“坝线超长、坝高较低”的特点。

坝址区基岩岩性主要为花岗岩与花岗片麻岩。河床部位为裸露的弱风化基岩，坝址两岸岸坡基岩风化较强，普遍分布全、强风化层，局部零星分布风化残积土层。坝址区岩体的卸荷作用主要为弱卸荷，垂直方向的卸荷深度约2～6 m，与岩体的弱风化深度基本一致。波波里坝基岩体总体透水性较弱，相对隔水层埋深较浅，总体呈弱～中等透水，局部强透水；相对隔水层垂直埋深为弱风化岩体上界以下8～10 m。

3 GIN法在波波里水电站中的试验

3.1 主要试验设备

钻机采用重庆探矿机械有限公司生产的XY-2PC回旋钻机；灌浆泵采用3SNS-A型，具有精密的压力和流量控制阀，可以精确细微地调节压力和流量的范围，从零到允许的最大值；灌浆记录仪采用HR-1型，可随时观测灌浆压力、单位注浆量等施工参数，并能监视灌浆压力和注浆量过程曲线在选定的GIN曲线图上的运作趋势，避免出现过高的灌浆压力和过大的、不必要的灌注量，保证灌浆质量。

3.2 灌浆浆液配比

所用的灌浆浆液水灰比为0.60∶1，为单一稳定的具有宾汉流体特性的稳定浆液。灌浆浆液主要性能指标满足表1所列标准[1]。

表1 灌浆浆液主要性能指标标准

3.3 灌浆参数的选用

3.3.1 钻孔分段

第一段0～2 m，即设计灌浆帷幕顶高程以下2 m(孔口管段)，段长2 m；第二段，建基面以下2～5 m，段长3 m；第三段，建基面以下5～10 m，段长5 m；第四段，建基面以下10～15 m，段长5 m。

3.3.2 GIN值分类

GIN值一般分为五类，但在坝基帷幕灌浆设计中GIN值选择未见明确的规定。GIN值一般性选用原则为表层段选用较低值，深部选用较高值；硬岩地段选用较高值，软岩地段选用较低值。目前工程应用中多是根据地质条件、岩体裂隙发育情况、帷幕深度、防渗标准、工程经验等综合考虑后确定[2]。波波里水电站灌浆参数选用如下：

对于0～2 m段：GIN=150 MPa×L/m，Pmax=1.0 MPa，Vmax=150 L/m。如图1所示。

图1 灌浆孔0～2 m灌浆段GIN值曲线

对于2 m以下的段落：GIN=200 MPa×L/m，Pmax=1.5 MPa，Vmax=200 L/m。如图2所示。

3.4 灌浆结束标准

GIN法包络线中用限制浆液灌入量的方法避免浆液渗透过远，但对裂隙发育的地层，即便使用浓浆也需要大体积的浆液，因此，认为灌浆曲线按图3、图4表现时，即在规定的曲线范围内，V值达到了规定的最大值(0～2 m：Vmax=150 L/m；2 m以下：Vmax=200 L/m)，不能保证灌浆质量。

图2 灌浆孔2 m以下灌浆段GIN值曲线

图3 0～2 m段GIN值不合格曲线示意图

图4 2 m以下段GIN值不合格曲线示意图

按照国内规范，坝基帷幕灌浆质量一般通过压水试验进行评价，压水试验透水率计算公式如下：

(1)

式中 q为透水率,Lu；l为试验长度,m；Q3和p3分别为第三阶段的压入流量和试验压力，单位L/min和MPa。

压水试验压入流量是与时间直接相关的，GIN法三个参数GIN、Pmax、Vmax没有考虑灌浆时间。灌浆效果严格来讲取决于浆液对于坝基宽度范围内裂隙的填充情况，难以直接判断浆液是否完全填充坝基宽度范围内的裂隙，一般以灌浆压力达到Pmax时，表明浆液将钻孔有效半径范围内的裂隙充填完全。因此，认为灌浆曲线按示意图5、图6表现时：在规定的曲线范围内，P值达到规定的最大压力值(0～2 m：Pmax=1.0 MPa，2 m以下：Pmax=1.5 MPa)；或者P值与V值的乘积达到GIN值(0～2 m：N=150 MPa×L/m，2 m以下：N=200 MPa×L/m)，作为灌浆结束标准。

图5 0～2 m段GIN值合格曲线示意图

图6 2 m以下段GIN值合格曲线示意图

结合国内GIN法研究理论[3，4]及灌浆规范，波波里水电站灌浆结束标准如下：

(1)每个灌浆段的结束标准达到GIN值或最大压力值Pmax，且灌浆流量小于1 L/min时，持续10 min结束；灌浆流量小于2 L/min但大于1 L/min时，持续20 min结束。

(2)达到最大注入量Vmax值，应采取限流、间歇灌浆等措施，动态调整灌浆压力，直至达到GIN值或最大灌浆压力Pmax，并满足(1)中对于灌浆流量的要求。

3.5 灌浆孔布置及施工流程

在坝轴线(D)2+315.01～2+343.61处开展灌浆试验，试验段总长度为28.6 m。灌浆孔布置为单排，孔距2.2 m，共13个钻孔，其中Ⅰ序孔4个，Ⅱ序孔3个，Ⅲ序孔6个，帷幕灌浆试验孔位布置见图7。

灌浆工艺流程如图8所示。

3.6 检查孔布置

为了检查GIN法灌浆的效果，布置了灌浆检查孔，通过压水试验评价处理后的坝基渗透特性，压水试验严格按照水利水电工程钻孔压水试验规程进行，检查孔布置见图9所示。

4 灌浆试验结果分析

4.1 检查孔压水试验结果分析

从表2所示，灌浆后，透水率全部满足坝基防渗标准，≤5 Lu，试验表明使用GIN法能够满足波波里工程项目的防渗要求，可应用于波波里项目的帷幕灌浆；试验也表明GIN法灌浆强度值以及灌浆结束标准的选用是比较合适的。

表2 检查孔压水试验结果

4.2 灌浆孔试验结果分析

4.2.1 灌浆孔0～10 m范围内的试验结果分析

在0～10 m范围内，单孔每米灌浆量平均值见表3所示，0～2 m范围内Ⅱ序孔与Ⅲ序孔相差不大，2～10 m范围Ⅰ序孔与Ⅱ序孔灌浆量相差不大。一般而言，灌浆规律为Ⅰ序孔>Ⅲ序孔，本次试验中，大体符合该规律，表明灌浆间距选取略大，局部相邻孔灌浆有效半径难以重合，为了保证灌浆的质量，后续施工应适当缩小孔间距。