鄧少遠(yuǎn)

(廣東水電二局股份有限公司,廣東增城,511340)

1 工程概況

金元水電站位于四川省甘孜藏族自治州的康定縣境內(nèi)、大渡河左岸支流金湯河干流中游,是金湯河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第二級(jí)水電站,為引水式開(kāi)發(fā)。電站以發(fā)電為主,兼顧生態(tài)環(huán)境用水。水庫(kù)正常蓄水位 2610.0m,死水位 2602.0m,總庫(kù)容13.3萬(wàn) m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容 9.6萬(wàn) m3,具有日調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī) 2臺(tái),總裝機(jī)容量 12.0萬(wàn) kW。

電站為Ⅲ等中型工程,樞紐建筑物由首部樞紐、左岸引水隧洞、左岸地面廠房、鐘鼓樓溝調(diào)水建筑物及公地溝調(diào)水建筑物等組成。首部樞紐建筑物由混凝土重力壩、泄洪沖沙閘、排污閘及引水系統(tǒng)進(jìn)水口組成。

壩址處河谷橫斷面形態(tài)呈對(duì)稱“V”形橫向谷,河床常水位 2590.7m,水面寬 19.5m,河谷底寬 42.7m,正常蓄水位 2610m時(shí),河谷寬 46.6m。壩基河床覆蓋層厚 50m～65m。兩岸及河床下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)下段中上部灰白色 ～灰色厚層含生物骨屑細(xì)晶灰?guī)r、白云巖化細(xì)晶灰?guī)r,夾深灰色千枚巖。兩岸岸坡巖體崩塌現(xiàn)象突出,崩、坡積物遍布,局部發(fā)展為泥石流堆積物。

首部樞紐施工導(dǎo)流建筑物包括左岸導(dǎo)流隧洞和上、下游土石圍堰,上、下游圍堰處均為河床沖積砂卵(碎)石,含有較多漂石和塊石,最大粒徑達(dá) 1.2m～1.5m。其中,上游圍堰處覆蓋層厚40m～50m,下游圍堰處覆蓋層厚 40m～60m。圍堰體主要為砂卵(碎)石開(kāi)挖料,夾少量黏土,顆粒大小分布極不均勻。上游圍堰頂高程為2608m,2604.5m以下采用高壓噴射灌漿防滲,噴射界線下至 2587m,為懸掛式高噴防滲墻。

2 施工工藝

2.1 施工布置

高噴灌漿孔中心線置于圍堰軸線,共布置 65個(gè)灌漿孔,孔距 1.0m,旋噴套接成墻,灌漿分兩序施工,施工采用三重管法。高噴灌漿上下界線為:上至 2604.5m,下至 2587.0m或深入基巖 1.0m。高噴灌漿孔平面布置如圖 1所示。

圖 1 首部樞紐上游圍堰高噴灌漿孔位布置

2.2 施工流程及施工參數(shù)

造孔采用2臺(tái) XY-2BG沖擊式鉆機(jī)鉆孔,采用三重管法高噴灌漿設(shè)備 1臺(tái)進(jìn)行高壓旋噴灌漿。在孔造好后下高噴管,高壓噴射以水、氣、漿為介質(zhì),高壓噴頭使用一對(duì)水平噴嘴噴出 35MPa～40MPa的高壓水射流切割破壞被灌地層,出漿口垂直于高壓水嘴,在高噴管的底部灌入比重大于 1.5g/cm3以上的水泥漿充填被高壓水切開(kāi)的空間,并使地層中的泥、砂等細(xì)小顆粒排出地表,從而形成高噴板墻。主要施工流程為:場(chǎng)地平整→孔位放樣→鉆機(jī)就位→造孔→高噴平車(chē)就位→下入噴具→起拔導(dǎo)管→靜灌→高壓噴射灌漿及提升→孔口回灌→下一孔位鉆進(jìn)。

高壓噴射灌漿施工參數(shù)見(jiàn)表 1。

表 1 高噴灌漿施工參數(shù)

2.3 灌漿鉆孔施工

鉆機(jī)安放平穩(wěn),孔位偏差小于 5cm,均用水平尺校正機(jī)臺(tái)水平和鉆機(jī)立軸垂直度。鉆進(jìn)過(guò)程中,使用測(cè)斜儀對(duì)鉆孔測(cè)斜,當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔傾斜時(shí),及時(shí)采取補(bǔ)救措施,以確保成孔傾斜度小于 1%,鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)有效深度。鉆進(jìn)過(guò)程中詳細(xì)記錄鉆孔遇到的各種現(xiàn)象,并根據(jù)返渣情況、鉆進(jìn)深度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)行情況,判斷覆蓋層分層深度、地下水位、漂、卵石分布、埋深及架空、漏失、動(dòng)水等情況。鉆孔結(jié)束后,檢查孔深是否達(dá)到設(shè)計(jì)孔深,并妥善保護(hù)好孔口。

2.4 高壓旋噴施工

高壓旋噴灌漿采用三重管雙噴嘴自下而上連續(xù)噴灌。為保證先期形成的板墻與后期形成的板墻有效連結(jié),采用間隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工方法,即先施工完Ⅰ序孔,然后再施工Ⅱ序孔。漿液材料采用四川峨勝水泥股份有限公司生產(chǎn)的“峨勝牌”P(pán).C32.5R高性能復(fù)合水泥,漿液水灰比為1∶1～0.6∶1。旋噴程序如下:

(1)下噴具。將組裝好的噴具進(jìn)行試噴,保證漿、水、氣暢通,達(dá)到噴漿要求,保護(hù)好噴嘴,再將噴具下入護(hù)壁導(dǎo)管的孔內(nèi),并確保噴具下入到設(shè)計(jì)深度。

(2)靜灌。下入噴具后將護(hù)壁導(dǎo)管拔出,進(jìn)行孔底靜灌,同時(shí)對(duì)旋噴角度和提升速度加以調(diào)試。

(3)高噴灌漿。待靜灌 3min～5min或孔口返漿量較大時(shí),送入符合要求的風(fēng)、水、漿,邊旋轉(zhuǎn)邊提升,直至設(shè)計(jì)終噴高程停噴。在噴射灌漿過(guò)程中,隨時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)漿比重,回漿比重、流量,風(fēng)、水、漿的壓力、流量及旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù),并詳細(xì)記錄。

(4)孔口回灌。為解決噴孔頂部因漿液析水和滲漏而出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象,在高噴結(jié)束后,用相鄰孔噴漿冒出漿液自流進(jìn)行孔口靜壓回填灌漿,直到液面不再析水下降為止。

2.5 特殊情況的處理

2.5.1 孔口返漿量過(guò)大或過(guò)小,視具體情況調(diào)整水、氣、漿壓力與流量等參數(shù);對(duì)于孔口不返漿情況,采取降低壓力、增大漿液濃度、加砂子及速凝劑等進(jìn)行噴灌。

2.5.2 孔深且含砂過(guò)重造成機(jī)械負(fù)荷過(guò)大時(shí),視孔深情況分幾次拔護(hù)壁套管,從而減少噴桿與砂礫石、砂卵石、漂石之間的摩擦,使機(jī)械正常運(yùn)行,保證噴灌質(zhì)量。

2.5.3 高噴因故中斷,應(yīng)停止提升,記錄中斷深度,并盡快恢復(fù)。若短時(shí)間不能恢復(fù)的,應(yīng)提出噴具用水沖洗干凈,待故障處理后,將噴具下入原中斷位置以下 1.0m左右繼續(xù)進(jìn)行噴射灌漿。

2.5.4 下噴具過(guò)程中如下不到孔底,采用通風(fēng)、水、漿并旋轉(zhuǎn)噴具的方法處理,使噴具達(dá)到設(shè)計(jì)深度。噴具不能下到設(shè)計(jì)深度時(shí)應(yīng)重新造孔。

2.5.5 在漂卵石(塊石)架空地層噴灌,適當(dāng)調(diào)整施工參數(shù),降低噴射水壓和風(fēng)壓,增大供漿量,加大漿液濃度,孔口摻砂等,直到孔口返漿符合要求為止。

2.5.6 在厚度 50cm以上大塊石的孔段進(jìn)行高噴灌漿時(shí),為確保漿液對(duì)大塊石的裹袱效果,在大塊石上、下 20cm～30cm降低提升速度、風(fēng)壓和水壓,加大供漿量并下放噴具進(jìn)行復(fù)噴。同時(shí)加入砂子,以便在靠近大塊石處形成更大的成樁直徑。

3 高噴效果檢查及評(píng)價(jià)

上游圍堰完成高噴灌漿孔 65個(gè),最大孔深17.5m,完成高噴灌漿 1078m,共灌入水泥526.5t,平均水泥單耗 488.4kg/m。高噴灌漿結(jié)束后,在高噴軸線下游側(cè)布置一個(gè)四邊形圍井進(jìn)行開(kāi)挖直觀檢查,圍井底部澆筑 30cm厚素混凝土封閉,圍井內(nèi)進(jìn)行注水試驗(yàn)。

從圍井開(kāi)挖直觀檢查的結(jié)果來(lái)看,高噴板墻施工質(zhì)量很好,主要表現(xiàn)在以下兩方面:①砂卵石層大多數(shù)被噴射擴(kuò)散的水泥粘結(jié),比較堅(jiān)硬,人工用鎬開(kāi)挖十分困難。從板墻上可以看到,粒徑達(dá)150mm～250mm的大卵石也被水泥結(jié)石包裹,膠結(jié)很好;②圍井的封閉性相當(dāng)好,圍井板墻連接很好,板墻的防滲性強(qiáng),開(kāi)挖至上游河床水位以下3m左右未見(jiàn)水滲入。通過(guò)圍井注水試驗(yàn),測(cè)得高噴板墻的滲透系數(shù) k=6.26×106cm/s,滿足設(shè)計(jì)要求(k＜1×105cm/s)?？梢?jiàn),圍堰總體防滲效果良好,基坑抽水取得了一次成功,滿足開(kāi)挖施工要求。

4 結(jié)論與體會(huì)

4.1 綜合圍井開(kāi)挖直觀檢查、圍井注水試驗(yàn)結(jié)果和基坑抽水效果,說(shuō)明金元水電站首部樞紐上游圍堰采用高壓旋噴灌漿防滲效果良好,所取施工參數(shù)可行。

4.2 高壓噴射灌漿與普通灌漿的作用原理有著根本區(qū)別。普通灌漿借助壓力,使?jié){液沿孔隙或裂隙進(jìn)入被灌地層,在含泥的砂層、砂礫卵石層中具有不可控、不可灌等特點(diǎn)。高壓噴射灌漿則是借助于 35MPa～40MPa的高壓射流沖擊破壞被灌地層結(jié)構(gòu),切削攪動(dòng)地層,使水泥漿液與被灌地層顆粒摻混,形成水泥凝結(jié)體。同時(shí),水、氣、漿與地層中的細(xì)顆粒摻混,形成夾氣混合液,沿孔壁與噴管之間間隙排出地表,具有升揚(yáng)置換作用。因此,高壓噴射灌漿在含泥的砂層、砂卵石層中具有較好的可控性及可灌性。

4.3 高壓噴射灌漿系隱蔽工程施工,對(duì)施工參數(shù)必須嚴(yán)格控制才能保證施工質(zhì)量。其中,高噴管的提升速度、高壓水的壓力、水泥漿液的比重、回漿量等是高噴施工控制的關(guān)鍵。

4.4 控制好高噴管的提升速度及充分利用回漿是節(jié)約水泥消耗量的關(guān)鍵,在砂層、粉土層、粘土層中可以提升快些,為 0.1m/s～0.15m/s;而在礫石層、卵石層中,由于地層的滲透性強(qiáng),高噴管的提升速度不能太快,一般為 0.05m/s～0.1m/s,在沒(méi)有回漿的地段要停止提升直到有回漿出現(xiàn)。高噴過(guò)程中產(chǎn)生大量的回漿,含有較多的水泥成分,可以抽回?cái)嚌{機(jī)中加入適量的水泥后重新利用,以降低水泥的消耗量。

4.5 實(shí)踐證明,高壓噴射灌漿是處理砂卵石地層滲漏的有效方法,施工速度較快,具有較好的可灌性、可控性,施工質(zhì)量可靠,比較經(jīng)濟(jì),值得在砂卵石地層防滲工程中大力推廣。