劉 濤

(葫蘆島平山供水有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

固結(jié)灌漿技術(shù)在太平灣水電站壩基加固中的應(yīng)用

劉 濤

(葫蘆島平山供水有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

水電站作為我國(guó)水利建設(shè)工程的重要組成部分，在發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉、生活供水等方面發(fā)揮著不可替代的作用，而大壩作為水電站的主體工程，其結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固和穩(wěn)定直接決定了水電站的運(yùn)行和使用壽命。固結(jié)灌漿技術(shù)對(duì)提高大壩壩基穩(wěn)定性和承載力具有顯著效果，因而在復(fù)雜地段得到廣泛應(yīng)用。本文以遼寧省太平灣水電站為實(shí)例，介紹了該技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)以后類似的工程施工具有一定的借鑒意義。

固結(jié)灌漿技術(shù)；太平灣水電站；壩基加固；應(yīng)用分析

水電站大壩對(duì)地質(zhì)條件要求較高，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將壩址選在堅(jiān)固地段。如果無法避免地質(zhì)條件較差地段，則需要采取相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)壩基進(jìn)行加固處理。深化固結(jié)灌漿作為一種技術(shù)成熟、效果顯著、綜合成本小的加固手段，目前在水利工程建設(shè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

1 固結(jié)灌漿技術(shù)介紹

固結(jié)灌漿技術(shù)的本質(zhì)是為改善節(jié)理裂隙發(fā)育較多或破碎帶巖層的物理力學(xué)性質(zhì)而進(jìn)行必要的灌漿加固。灌漿方式分為循環(huán)式和純壓式兩種，其施工工藝和帷幕注漿基本相似。固結(jié)灌漿技術(shù)的主要作用有三個(gè)：?提高巖體的整體性和均質(zhì)性；?提高巖體的抗壓強(qiáng)度和彈性模量；?減少巖體的變形量及不均勻沉陷。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于水庫(kù)大壩的壩基加固工程中[1]。

在壩體加固工程中，當(dāng)壩型為混凝土重力壩時(shí)，一般對(duì)壩基全面積進(jìn)行固結(jié)灌漿；當(dāng)壩型為混凝土拱壩或重力拱壩時(shí)，除了對(duì)壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿外，還要對(duì)部分受力較大的壩肩拱座巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿；當(dāng)壩型為土石壩時(shí)，可將該技術(shù)應(yīng)用于加固墊層下部的巖體。在隧洞加固工程中，一般是在襯砌作業(yè)之后對(duì)巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿；當(dāng)施工段地質(zhì)條件特別差時(shí)，可采用超前固結(jié)灌漿技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。

2 工程概況

太平灣水電站位于遼寧省丹東市和朝鮮平安道朔州郡交界處。該電站始建于20世紀(jì)80年代，由我國(guó)和朝鮮共同投資建設(shè)，是一座以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、生活與農(nóng)業(yè)供水的綜合性水利樞紐工程。

太平灣水電站的控制流域面積約為53500km2,正常蓄水位29.5m，庫(kù)容達(dá)到1.7億m3。該水電站總裝機(jī)容量為190MW，年發(fā)電量為7.2億kW·h。主要建筑物包括大壩、溢流壩、河床式廠房及變電站等。大壩為混凝土重力壩，總長(zhǎng)為1185.01m，高度為31.5m。

經(jīng)地質(zhì)勘查得知，太平灣水電站大壩壩基為變質(zhì)巖系，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層發(fā)育很多(多達(dá)200條)，而且這些大小斷層分布較為雜亂。經(jīng)過勘察分析，三條主要斷層F1、F2、F3均勻分布于壩基之中(見圖1)，因此決定對(duì)壩基全面積進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

圖1 太平灣水電站大壩斷層分布

3 深化固結(jié)灌漿技術(shù)應(yīng)用分析

深化固結(jié)灌漿技術(shù)的施工工序主要分為鉆孔、灌漿、質(zhì)量檢查和封孔四步。下面以太平灣水電站大壩壩基為例，按照施工工序?qū)υ摷夹g(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 鉆孔作業(yè)

3.1.1 確定鉆孔參數(shù)

鉆孔的直徑、深度、布置密度等參數(shù)直接影響著注漿作業(yè)及工程效果。目前還沒有準(zhǔn)確的公式來確定相關(guān)鉆孔參數(shù)，不過可參照類似工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在該項(xiàng)目中，要求鉆孔直徑為40mm，鉆孔進(jìn)入穩(wěn)定巖層的深度不低于3m，鉆孔排距和間距均設(shè)置為3m，呈梅花形布置(見圖2)。在大斷層附近，鉆孔密度和深度適當(dāng)加大，但應(yīng)保證和其他灌漿設(shè)備相配套[2]。

圖2 鉆孔布置平面示意圖

3.1.2 鉆孔作業(yè)

a.每個(gè)鉆孔都要進(jìn)行編號(hào)，在正式施工前要進(jìn)行試鉆，保證設(shè)備運(yùn)行良好后可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。要求孔位偏差小于10cm，鉆孔孔底偏差小于1/30孔深。

b.鉆孔沖洗的方法有大水量敞開沖洗、壓力風(fēng)沖洗和風(fēng)水聯(lián)合沖洗三類。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)試鉆的結(jié)果和具體的地質(zhì)條件進(jìn)行選擇。沖洗水壓力一般為灌漿壓力的80%，但不得超過1MPa；風(fēng)壓力一般為灌漿壓力的50%，且不得超過0.5MPa。

c.在對(duì)裂隙進(jìn)行沖洗時(shí)，當(dāng)回水為清凈狀態(tài)時(shí)，還要再持續(xù)清洗10min，且單孔總清洗時(shí)間不少于30min。當(dāng)鄰近孔正在灌漿或灌漿完成不足24h時(shí)，則不得進(jìn)行裂隙沖洗[3]。

3.2 灌漿作業(yè)

3.2.1 漿液水灰比

在固結(jié)灌漿技術(shù)中，一般采用普通硅酸鹽水泥。漿液水灰比共有2∶1、1∶1、0.7∶1和0.5∶1四個(gè)等級(jí)，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況實(shí)時(shí)加以調(diào)整。但是要注意以下事項(xiàng)：

a.當(dāng)灌漿壓力不變但漿液注入率持續(xù)降低或注入率不變但灌漿壓力持續(xù)上升時(shí)，不可改變漿液的水灰比。

b.當(dāng)某一級(jí)漿液注入量超過300L或灌注時(shí)間超過30min，而灌注壓力及注入率都沒有明顯改變時(shí)，可以更換為濃度較大的漿液進(jìn)行灌注。

c.如果注入率超過30L/min，可以越級(jí)變濃水灰比[4]。

3.2.2 漿液制作

在制作漿液時(shí)，如果采用高級(jí)攪拌機(jī)，則攪拌時(shí)間應(yīng)超過30s；如果使用普通攪拌機(jī)，則應(yīng)超過3min。此外，從漿液開始制作到灌注入孔所經(jīng)歷的時(shí)間應(yīng)小于4h，溫度適合維持在15～35℃之間。如果超時(shí)或超溫，則應(yīng)當(dāng)作廢漿處理。該工程采用的是普通攪拌機(jī)，灌注作業(yè)避開了冬季施工。

3.2.3 灌漿壓力

灌漿壓力是固結(jié)灌漿中最主要的參數(shù)之一。由于該工程地質(zhì)條件較差，在施工中采用了分段灌漿，各段長(zhǎng)度最大不超過5m。灌漿壓力和地質(zhì)條件密切相關(guān)，而地質(zhì)條件又直接影響了注入率，因此可以根據(jù)灌注壓力和注入率之間的關(guān)系來指導(dǎo)作業(yè)(見下表[5])。

灌漿壓力和注入率參照表

該項(xiàng)目在灌漿時(shí)壓力控制在3MPa以內(nèi)，根據(jù)注入率的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)灌注壓力。采用分段灌漿，完工一段后，在地質(zhì)條件好的區(qū)域可直接進(jìn)行下一段的鉆灌作業(yè)；在斷層附近則需要進(jìn)行待凝處理。當(dāng)灌漿壓力維持在規(guī)定值但注入率不超過1L/min時(shí)，再繼續(xù)灌注30min后可結(jié)束該孔的灌漿作業(yè)[6]。

3.3 灌漿質(zhì)量檢查

灌漿作業(yè)完工3d后，可進(jìn)行灌漿質(zhì)檢，該項(xiàng)目采用的是單點(diǎn)壓水法，要求質(zhì)檢數(shù)量不低于總孔數(shù)的5%，且透水率小于3Lu，孔段合格率應(yīng)大于80%，且不合格的孔段透水率不得低于50%的規(guī)定值[7]。

3.4 封孔作業(yè)

質(zhì)檢結(jié)束后要進(jìn)行封孔作業(yè)，一般采取的封孔方法有全孔灌漿法、導(dǎo)管注漿法、壓力封孔法等。該項(xiàng)目選擇壓力封孔法，用于封孔的漿液濃度要大，水灰比適宜為0.5∶1。在灌漿作業(yè)結(jié)束24h后，需清除孔內(nèi)存在的污水、浮漿等雜物，若存在脫空現(xiàn)象，應(yīng)使用水泥砂漿及時(shí)填筑。

4 結(jié) 語(yǔ)

固結(jié)灌漿技術(shù)具有投資成本低、效果顯著、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到較為廣泛的應(yīng)用。本文介紹了該技術(shù)的作用及施工工序，詳細(xì)闡述了每道工序的質(zhì)量控制要點(diǎn)。在實(shí)際工程中應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，要在詳細(xì)掌握施工區(qū)域地質(zhì)條件的前提下進(jìn)行施工，這對(duì)提高施工效果、節(jié)約成本有顯著作用。太平灣水電站大壩壩基加固工程通過應(yīng)用該技術(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了規(guī)定值，大壩在運(yùn)行多年后依然穩(wěn)固可靠，充分說明了固結(jié)灌漿技術(shù)的價(jià)值。

[1] 江興南，李濤.高嶺頭一級(jí)水電站大壩壩基滲漏處理及效果分析[J].大壩與安全，2010(4)：24-26.

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[6] 凡亞，王立海.振沖碎石樁在宗仁海軟弱壩基加固處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)水能及電氣化，2012(11)：15-16.

[7] 田維忠，李凱.吉林臺(tái)一級(jí)水電站壩基F32特大斷層處理技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2004(6)：20-22.

Application of consolidation grouting technology in dam foundation reinforcement of Taipingwan Hydropower Station

LIU Tao

(HuludaoPingshanWaterSupplyCo.,Ltd.,Huludao125000,China)

Hydropower station plays an irreplaceable role in the aspects of power generation, agriculture irrigation, domestic water supply, etc. as an important part of China water conservancy construction projects. Dam is the main work of hydropower station. Operation and service life of hydropower station are directly determined by the solidity and stability of dam structure. Consolidation grouting technology has significant effect to improve the stability and bearing capacity of dam foundation, thereby it is widely applied in complex areas. In the paper, Taipingwan Hydropower Station in Liaoning Province is adopted as an example. Application condition of the technology is introduced, which has certain reference significance for similar projects in the future.

consolidation grouting technology; Taipingwan Hydropower Station; dam foundation reinforcement; application analyzing

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.005

TV212

A

1673-8241(2015)10-0012-03