落脚河水电站大坝围堰控制性灌浆防渗处理技术

摘要:落脚河水电站大坝上游围堰基础为碎、块石夹粘土,大小混杂,通过采取控制性灌浆技术处理,围堰防渗取得了良好效果,可供同类工程参考。

关键词:围堰 防渗 技术

1.概述

落脚河电站工程位于贵州省西北部乌江流域上游六冲河一级支流的白甫河上,工程坝址座落在毕节地区大方县双山镇境内的落脚河段,落脚河电站装机容量2×1.0万KW,电站枢纽由大坝、发电引水隧洞、厂房、冲沙底孔、开关站等主要建筑物组成。

落脚河电站挡水建筑物为混凝土双曲拱坝,大坝所处河道夹窄,两岸岩石,地形陡峭,覆盖层为残、坡积～崩塌堆积层,为碎、块石夹砂土,大小混杂,厚度不稳定,一般厚6～12m,为强透水层,形成了独特的防渗地质构造。

根据大坝河床的原地形地质条件,需修筑围堰并进行基础防渗处理,才能进行基坑水下开挖施工。依据本工程围堰地层的特殊性,一般常用的粘土防渗、铺盖防渗、高喷板墙等,在技术上均不适应本工程地质的防渗处理。参考洪家渡水电站上游围堰防渗体选用控制性水泥灌浆防渗帷幕新技术,较为可靠、合理,经分析,从而决定采用适合本工程特性的控制性灌浆技术进行防渗处理。

大坝上游围堰轴线长110m,采用3台套钻灌设备进行控制性水泥灌浆防渗帷幕施工,实际施工期约15天即满足闭气条件,达到了基坑开挖的要求,取得了较为理想的效果。

2.控制性水泥灌浆的防渗机理分析

按照水泥浆液在岩石裂隙注入理论中的沉积说认为,当浆液在压力下注入裂隙后,随着渗透距离的增加,浆液所受阻力和流动断面面积增大,浆液压力减小,从而导致浆液流速减小。当浆液流速小到临界流速后,悬浮在浆液中的水泥颗粒在某点沉淀,并逐步向注浆孔方向沉积堵塞裂隙,其机理类似于泥沙水力学的沉淀理论。按照这一理论,浆液浓度和最大注浆压力都是次要因素。

虽然高压灌浆有助于扩大浆液的注入量及扩散距离,但对于非岩石地层而言,容易出现串、冒浆及抬动等现象,增加灌浆难度及增大施工成本。

综上所述,结合本工程的以下几个特点:1)防渗体地质为碎、块石夹砂土,渗透性好,有利于水泥防渗灌浆;2)围堰面积小,上下游水位差小;3)防渗体所受的最大水头不大,约为14m,防渗体厚度2～4m即可满足防渗要求。本工程采取了有别于目前以控制灌浆压力对地层产生的附加压应力值达到足够值后而对地层进行回填置换和挤密、挤实的控制性水泥灌浆防渗机理,而采用渗透注浆充填空隙的防渗机理。

依据渗透注浆充填空隙的防渗机理,注浆压力的选择应根据地基的透水性、浆液凝胶时间、注浆量及渗透范围来决定。透水性好、浆液凝胶时间长、渗透范围小时,可采用较低的灌浆压力。注浆量的多少是以充填加固范围内的孔隙为标准来确定的。根据本工程地质特性,采取了中低压密孔距限量灌注的施工工艺原则。

3.主要施工程序和方法

3.1 施工范围和孔位布置

围堰控制性水泥灌浆防渗施工范围原则沿围堰轴线单排孔布置,两端头至岸坡基岩边,帷幕中心线长110m,孔距1.0m,孔深至基岩1.5m。孔深入岩1.5m,是防止钻孔遇到孤石,引起误判。

3.2 施工程序

控制性水泥灌浆防渗帷幕施工主要工序分为以下三个,即①充填灌浆;②局部加强;③质量检查。

第一步采用灌浆系统将水泥浓浆按计划灌入,浆液量压入孔隙内,回填密实。

第一阶段施工完毕后,根据围堰渗漏水情况,有针对性的局部进行加强和防渗堵漏。加强和防渗灌浆以低压灌浆为主,灌注l:1纯水泥浆。

控制性水泥灌浆的质量检查以压水试验为主。压水试验压力为1.0 MPa(表压),防渗标准为10.0Lu。

所有灌浆孔的钻孔与灌浆按两序进行施工,先钻灌I序孔,然后再钻灌II序孔;每一灌浆孔,均自上而下分段钻灌。钻灌分段无定量要求,主要视钻孔情况而定:

(1)钻孔一旦出现孔内不返水,或有严重塌孔问题,则立即停止钻孔进行灌浆;

(2)钻孔返水出现塌孔问题,或有小范围塌孔现象,但灌浆段长已超过1.0m的,则一般控制在2.5～3.0m;

3.3 施工工艺和施工方法

控制性水泥灌浆防渗工程工序施工工艺流程为:浇筑压浆块定帷幕轴线放孔位固定钻机φ76mm钻孔并镶1.5m深的孔口管下一段次钻孔按计划浆液量控制进行灌浆终孔灌浆全孔段重复灌浆封孔结束。

压浆块宽4m,厚2m,在围堰防渗轴线掏槽浇筑,压浆块同时也是围堰堰体防渗墙的基础块。

钻孔采用地质钻机,配用φ44～φ56mm合金钻头进行。

控制性水泥灌浆选用单液灌浆系统,SGB6―10型灌浆大泵灌水泥浆液,水泥浆液配比选为1:1、0.8:1、0.5:1。水泥为425#普通硅酸盐水泥。

灌浆压力以控制水泥灌浆泵的机身压力表读数为准,一般I序孔控制在0.5～0.8MPa范围。Ⅱ序孔控制在0.8～1.2MPa范围,Ⅱ序孔的终孔段或全孔段重复灌浆控制压力在1.2MPa。由于灌注时基本在静水中施工,主要采用单液灌注,灌浆浓度按1:1、0.8:1、0.5:1三级变换,每一级灌浆时按多间歇、待凝、复灌的控制方法施工,待凝时间(2～6小时)根据具体情况选择,不起压时待凝时间长些,吃浆量少,可起压时,待凝时间短些。初次灌浆耗灰量控制不超过200kg/m,应填充受灌浆范围孔隙的1/3～2/3,经待凝,在一次或二次续灌后即可结束该段。

灌入浆液量以控制灌入计划浆液量为主, I序孔的平均耗灰量为500kg/m,Ⅱ序孔的平均耗灰量为300kg/m。

灌浆结束条件:达到要求计划浆液量和要求灌浆压力后即可结束灌浆。

4.实施效果

基坑经开挖后,经检查,覆盖层厚6m～13m无集中渗漏点,围堰拆除后可见覆盖层夹有脉状水泥结石,说明空隙得到了较好充填,围堰防渗效果良好。

5.结语

落脚河水电站大坝上游围堰运用控制性水泥灌浆防渗帷幕新技术,同时根据工程特点,采用较低的灌浆压力,不掺化学浆液促凝,简化了施工程序,方案是合理、可行的,为这一特定地质结构的防渗处理提供了一个工程实例。

围堰防渗控制性灌浆结束后,经统计平均耗灰量为820kg/m,与高压喷浆防渗耗灰量相近,但设备、工艺简单,占用场地小,布置灵活,同时防渗效果好,经济技术效益明显,对同类工程有借鉴意义。

参考文献:

[1]梁炯. 锚固与注浆技术手册. 北京:中国电力出版社,2006.

作者简介:杨学伏,1981-,男,回族,大专,助理工程师,从事水利水电工程施工管理工作。