姚 陽(yáng), 楊繼華, 張黨立, 楊風(fēng)威
(黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003)
CCS水電站工程[1]位于厄瓜多爾Napo省和Sucumbios省境內(nèi)的COCA河下游。電站總裝機(jī)容量1 500 MW,是厄瓜多爾最大的水電站。首部樞紐工程位于Salado河和Quijos河兩河交匯處下游約1 km的Coca河上,主要包括溢流壩、取水口及沉沙池、混凝土面板堆石壩等工程。其中溢流壩布置在壩址區(qū)左側(cè)埡口處,壩頂高程1 289.50 m,壩頂長(zhǎng)度約271.75 m。依次布置有左岸擋水壩段,8孔開敞式WES實(shí)用堰以及三孔沖沙閘。
帷幕試驗(yàn)區(qū)地層為第三系花崗閃長(zhǎng)巖侵入體(gd),巖體似斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。由于巖相的變化,存在蝕變現(xiàn)象,侵入體邊緣有重結(jié)晶作用。
鉆孔揭露的地質(zhì)條件:巖體風(fēng)化較嚴(yán)重,風(fēng)化層厚度由左至右有所減小,全強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖開挖后表現(xiàn)為砂土,類似于第四紀(jì)沉積物,但是在未開挖時(shí)卻與砂土有本質(zhì)區(qū)別,鉆進(jìn)過程中由于鉆頭的擾動(dòng),芯樣呈“砂礫狀”,未見柱狀巖芯,全強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度10~15 m。弱風(fēng)化至新鮮巖層,裂隙較發(fā)育,裂隙面為略微粗糙的平面,充填物為黏土及氧化物,巖芯呈柱狀、塊狀。
首部樞紐帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)位于防滲墻右側(cè),樁號(hào):S0+245.088 m~S0+257.088 m,地面高程1 254.0 m。灌漿孔呈單排布置,區(qū)內(nèi)布置灌漿試驗(yàn)孔13個(gè),其中Ⅰ序孔2個(gè),間距為8 m;Ⅱ序孔1個(gè),間距為4 m;Ⅲ序孔4個(gè),間距為2 m;Ⅳ序加密孔6個(gè),間距為1 m,灌漿結(jié)束后封閉灌漿孔。為檢查灌漿效果在灌漿孔中間布置2個(gè)檢查孔(圖1)。
圖1 灌漿孔布置圖
試驗(yàn)采用水、水泥、膨潤(rùn)土及減水劑作為主要灌漿材料,各項(xiàng)材料均符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。
灌漿漿液水灰比采用1.5∶1、1.2∶1、1∶1、0.8∶1四個(gè)配合比,漿液中摻加水泥重量0.5%的膨潤(rùn)土和0.5%的超流態(tài)添加劑,采用ZJ—400C制漿機(jī)制漿。開灌水灰比為1.5∶1[3],漿液由稀到濃使用。灌漿施工過程中,試驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配置的漿液進(jìn)行了取樣,試驗(yàn)結(jié)果見表1。
漿液變換原則如下:
(1)當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時(shí),或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí),不得改變水灰比。
表1 漿液性能試驗(yàn)成果表
(2)當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1 h,而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí),應(yīng)改濃一級(jí)。
(3)當(dāng)注入率>30 L/min時(shí),可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。
鉆孔采用GX-1TD鉆機(jī)鉆孔。孔口非灌段采用Φ110 mm鉆頭鉆孔埋設(shè)Φ98 mm孔口管,灌漿段采用Φ75 mm或Φ91 mm鉆頭鉆進(jìn)。鉆孔結(jié)束后采用大流量水和壓縮空氣進(jìn)行鉆孔沖洗,沖洗至回水清凈即可。
部分孔灌前、灌后進(jìn)行壓水試驗(yàn)[4-5],壓水持續(xù)10 min 結(jié)束,每2 min 測(cè)一次壓入流量,取最后一個(gè)流量進(jìn)行透水率計(jì)算。因鉆孔地質(zhì)條件復(fù)雜,吸水量巨大而無(wú)法達(dá)到既定壓力的試段,將泵調(diào)整最大排量壓水10 min,按實(shí)際測(cè)得的壓力、流量進(jìn)行透水率計(jì)算。透水率按下式計(jì)算。
q=Q/PL
(1)
式中:q為透水率,Lu;Q為壓入流量,L/min;P為壓水壓力,MPa;L為壓水段段長(zhǎng),m。
根據(jù)鉆孔地質(zhì)條件采取:自上而下分段灌漿或自下而上分段灌漿的方法[6-9],并參考國(guó)內(nèi)已建工程實(shí)踐[10-12]。
自上而下灌漿法的施工順序:開孔埋孔口管→第一段鉆孔、清孔→壓水→灌漿→第二段鉆孔、清孔→壓水→灌漿……→終孔段鉆孔、清孔→壓水→灌漿→封孔。
自下而上灌漿法的施工順序:鉆孔、清孔→孔底段灌漿……→孔口段灌漿→封孔。
灌漿壓力按式(2)選取,最大灌漿壓力2.5 MPa。試驗(yàn)過程中對(duì)灌漿壓力進(jìn)行了調(diào)整,具體灌漿段的壓力見表2。
P=0.4+0.03H
(2)
式中:P為灌漿壓力,MPa;H為灌漿深度,m。
表2 灌漿壓力控制值
以表3列出的時(shí)間內(nèi)每米灌漿量<2 L,結(jié)束該段灌漿。
表3 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
透水率區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)、單位耗灰區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)、灌漿成果分序統(tǒng)計(jì)及壓水成果分序統(tǒng)計(jì)見表4-表7。
由上表可以看出,灌前壓水Ⅰ序孔19段,最大透水率92.9 Lu,最小透水率7.4 Lu,平均透水率46.7 Lu;Ⅱ序孔壓水5段,最大透水率98.6 Lu,最小透水率2.5 Lu,平均透水率42.3 Lu;Ⅲ序孔壓水13段,最大透水率746.4 Lu,最小透水率5.12 Lu,平均透水率122.4 Lu;加密孔壓水18段,最大透水率78.4 Lu,最小透水率0.08 Lu,平均透水25.1 Lu。Ⅰ序孔單耗灰394.7 kg/m,Ⅱ序孔單耗灰246.1 kg/m,Ⅲ序孔單耗灰171.3 kg/m,加密孔單耗灰103.0 kg/m,耗灰量的遞減表明灌漿隨分序加密進(jìn)行,耗灰量逐次序遞減,符合灌漿施工的一般規(guī)律,初步確定最佳灌漿孔距約0.8~1.2 m。
Ⅰ序孔鉆孔后孔口涌水量超過60 L/min,隨著灌漿孔按次序推進(jìn),孔口涌水量明顯減小,直至檢查孔鉆孔后孔口基本無(wú)涌水,說(shuō)明經(jīng)過灌漿漿液擠壓、充填地層中的孔隙、裂隙,有效降低了地層的透水性。
質(zhì)量檢查孔壓水采用1 MPa壓力進(jìn)行,檢查孔19段壓水,最大透水率34.3 Lu,最小透水率0.39 Lu,平均透水率12.9 Lu,與Ⅰ序孔相比透水率遞減72.4%。但與設(shè)計(jì)要求有一定的差別,分析原因主要是上部巖體風(fēng)化較嚴(yán)重。后來(lái)增加了壩基上下游的固結(jié)灌漿,并增加帷幕灌漿孔的排數(shù)后,滿足設(shè)計(jì)要求。
表4 透水率區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)表
表5 單位耗灰量區(qū)間頻率統(tǒng)計(jì)表
表6 灌漿成果分序統(tǒng)計(jì)表
表7 壓水試驗(yàn)成果分序統(tǒng)計(jì)表
根據(jù)本次試驗(yàn)灌漿前后孔內(nèi)涌水量變化、各次序孔單耗灰遞減、檢查孔試段透水率來(lái)看,灌漿取得了明顯的效果,提高了防滲能力。
CCS水電站首部樞紐壩基灌漿試驗(yàn)結(jié)果表明,帷幕灌漿對(duì)降低壩基巖體的透水性,具有明顯的防滲效果。試驗(yàn)結(jié)果可為全面施工的灌漿方案、漿液配合比、灌漿孔間距等提供科學(xué)依據(jù)。
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