李正兵，黃 平

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

?

錦屏特高拱壩壩基帷幕防滲灌漿關(guān)鍵技術(shù)探討

李正兵，黃 平

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

本文以錦屏一級(jí)水電站拱壩壩基工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，確立帷幕防滲設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，并通過對(duì)不同地質(zhì)缺陷巖體帷幕防滲方案的研究，確定了帷幕防滲關(guān)鍵技術(shù)處理措施。大壩經(jīng)過四個(gè)階段的蓄水檢驗(yàn)，滲控監(jiān)測(cè)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，為高壩帷幕防滲處理累積了經(jīng)驗(yàn)。

錦屏水電站 特高拱壩 帷幕防滲設(shè)計(jì) 關(guān)鍵技術(shù) 成果分析 監(jiān)測(cè)

1 概述

錦屏一級(jí)水電站位于四川涼山州鹽源與木里縣交界的雅礱江上，大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高305m，水庫總庫容77.6億m3，裝機(jī)容量360萬kW，是雅礱江下游河段上的控制性龍頭水庫。

大壩左岸防滲帷幕線上巖體以Ⅱ級(jí)為主，次為Ⅲ1級(jí)，少量為Ⅳ2級(jí)；近建基面巖體多為深卸荷巖體，普遍為Ⅲ1(大理巖)級(jí)和Ⅲ2(砂板巖)級(jí)，微新無卸荷大理巖為Ⅱ級(jí)，變質(zhì)砂巖夾板巖層為Ⅱ級(jí)、板巖夾砂巖層為Ⅲ1級(jí)。開挖過程中揭示的深裂縫密集發(fā)育帶、小斷層及層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶集中發(fā)育段為Ⅳ2級(jí)巖體。

大壩右岸防滲帷幕線上巖體以Ⅱ級(jí)為主，次為Ⅲ1級(jí)，少量為Ⅲ2級(jí)和Ⅴ1級(jí)；第一段綠片巖層、第二段大理巖第1層含較多綠片巖層等為Ⅲ2級(jí)巖體，第二段第2層大理巖夾綠片巖層為Ⅲ1級(jí)巖體，其余第二段大理巖均為Ⅱ級(jí)巖體；斷層破碎帶及影響帶巖體屬于Ⅳ1～Ⅴ1級(jí)。

壩基兩岸地下水按賦存條件可分為巖溶裂隙水和基巖裂隙水。左岸壩基巖體內(nèi)地下水位低平,與江水位基本一致；右岸含水較豐富,地下水位明顯高于河水位。左岸壩基巖體受構(gòu)造、風(fēng)化卸荷影響強(qiáng)烈,巖體總體較破碎,透水性較強(qiáng)；右岸壩基巖體除淺表風(fēng)化卸荷巖體較破碎外,總體上多微新、較完整,透水性較弱。根據(jù)壩基鉆孔壓水試驗(yàn)成果,壩基巖體透水性由岸坡淺表部卸荷帶的中等～強(qiáng)透水,往深部逐漸過渡到弱、微透水,局部含中等透水性透鏡體。總體上左岸建基面以里巖體以中等透水(q=20Lu～70Lu)為主,微透水(q<1Lu)巖體埋藏較深;河床壩基以下垂直深度約20m～100m范圍內(nèi)巖體以中等偏弱透水性(q=10Lu～30Lu)為主,約130m垂直深度以下逐漸進(jìn)入以微透水為主的第1層綠片巖、鈣質(zhì)綠片巖巖體；右岸建基面以里巖體以弱偏中等透水(q=3Lu～10Lu)為主,其透水性隨水平埋深及垂直埋深的增加而減弱,水平埋深約230m以里進(jìn)入微透水巖體。建基面巖體滲透性屬中等～弱透水,左岸巖體q>10Lu,右岸巖體q=3Lu～10Lu,河床基巖q=3Lu～10Lu，局部q>10Lu。壩基巖體具有透水性較強(qiáng)、地下水位埋深較大和透水分布不均等特點(diǎn)。

2 錦屏特高拱壩帷幕防滲灌漿設(shè)計(jì)

2.1 帷幕灌漿設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

2.1.1 水泥灌漿灌后質(zhì)量檢測(cè)

(1)壩基防滲帷幕灌漿工程的質(zhì)量檢查以壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔、取巖芯資料、灌漿記錄等綜合評(píng)定其質(zhì)量。帷幕透水率檢測(cè)指標(biāo)見表1；

(2)在斷層、巖體破碎、裂隙發(fā)育等地質(zhì)條件復(fù)雜部位進(jìn)行的帷幕灌漿，灌后質(zhì)量檢查除透水率指標(biāo)外，還應(yīng)進(jìn)行包括鉆孔全景圖像和聲波縱波速項(xiàng)目的物探檢測(cè)。灌后巖體聲波標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 灌后防滲帷幕透水率檢測(cè)指標(biāo)

表2 灌后聲波速度值控制指標(biāo)

在表1和表2中，聲波速度測(cè)點(diǎn)以每個(gè)檢查孔為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。透水率合格率要求，混凝土與基巖接觸段及其下一段的透水率應(yīng)100%滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，其余各段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的150%，且不集中。

2.1.2 帷幕化學(xué)灌漿灌后質(zhì)量檢測(cè)

防滲帷幕部位化學(xué)灌漿，灌后巖體檢測(cè)指標(biāo)以透水率為主，聲波波速、孔內(nèi)變形模量、鉆孔全景圖象為輔。灌后帷幕巖體檢測(cè)控制指標(biāo)見表3。灌后巖體的各項(xiàng)檢查應(yīng)在化學(xué)灌漿結(jié)束30d后進(jìn)行。

表3 防滲帷幕化學(xué)灌漿灌后檢測(cè)控制指標(biāo)

2.2 帷幕灌漿的參數(shù)布置

左右岸1885.00m、1829.00m、1785.00m、1730.00m、1670.00m和1601.00m高程，各設(shè)置6層基礎(chǔ)帷幕灌漿平洞，各平洞及帷幕灌漿布置參數(shù)見表4所示。

表4 拱壩壩基帷幕灌漿參數(shù)布置

帷幕水泥灌漿施工參數(shù)見表5、表6。

表5 水灰比參考值

表6 帷幕灌漿壓力設(shè)計(jì)參考值

2.3 壩區(qū)滲流控制反饋分析結(jié)論

2.3.1 在防滲排水系統(tǒng)作用下，壩基揚(yáng)壓力水頭大多20m，揚(yáng)壓力折減系數(shù)小于0.1，壩基滲流場(chǎng)在排水孔幕作用下滲透壓力顯著降低，總水頭較其位置高程不超過5m。壩基防滲帷幕平均滲流梯度約17.0，最大滲流梯度23.0，可控制在30.0內(nèi)，大壩防滲帷幕滲控設(shè)計(jì)滿足要求。

2.3.2 水墊塘區(qū)域滲流總水頭在較廣泛區(qū)域范圍內(nèi)約1600.0m，滲透壓力水頭約10.0m。局部范圍揚(yáng)壓力水頭約15.0m。水墊塘滲流量約990m3/d左右。水墊塘區(qū)域的滲流控制基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 大壩下游抗力體在防滲帷幕及抗力體排水系統(tǒng)的共同作用下，得到較好的控制。左岸壩后抗力體地下水位埋深較大，緊鄰壩頭的地下水位埋深達(dá)100m以上，近河部位的埋深也達(dá)到60m～80m，對(duì)抗力體的穩(wěn)定較為有利。

3 主要技術(shù)問題研究

3.1 灌漿材料試驗(yàn)研究

3.1.1 顆粒性灌漿材料

通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)水泥漿液的基本性能檢測(cè)，獲得了普通水泥漿液的基本性能參數(shù)(如表7所示)。

表7 普通純水泥漿液的基本性能參數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)以乃托牌P.O.42.5普通硅酸鹽散裝水泥為原材料，在常壓條件下室內(nèi)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)。

普通水泥經(jīng)過濕磨后，顆粒細(xì)度D50小于12μm，D95小于40μm，使?jié){液能灌入0.05mm甚至更細(xì)小的裂隙。根據(jù)試驗(yàn)，常壓下普通水泥與濕磨水泥性能對(duì)比見表8。

表8 濕磨次數(shù)與漿液基本性能的關(guān)系

3.1.2 化學(xué)灌漿材料及配比的優(yōu)選研究

(1)根據(jù)低接觸角原則，并結(jié)合對(duì)不同化學(xué)灌漿材料進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，檢測(cè)其28d后的力學(xué)指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)成果，優(yōu)選出適宜的化學(xué)灌漿材料；

(2)通過化學(xué)漿材室內(nèi)漿材性能試驗(yàn)，測(cè)量其密度、起始粘度、可操作時(shí)間、初凝時(shí)間和28d漿液固結(jié)體的力學(xué)性能指標(biāo)包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、抗?jié)B性等，優(yōu)選適宜的灌漿配比；

(3)在新型的固化體系下的環(huán)氧漿材的初始粘度約為14mPa.s，可操作時(shí)間(達(dá)到粘度100mPa.s時(shí))約為30h，首次使用了漿液“η-t”的概念，當(dāng)漿材粘度達(dá)到100mPa.s時(shí)，漿材的可灌性就大大降低，不能滿足對(duì)斷層及層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶很好的浸潤滲灌。

同時(shí)開展相同的及不同配比的環(huán)氧樹脂灌漿漿材在相同及不同的環(huán)境條件下的η-t雙對(duì)數(shù)變化曲線走勢(shì)情況，為現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)灌漿施工作業(yè)提供篩選試驗(yàn)的技術(shù)數(shù)據(jù)，供對(duì)比選優(yōu)使用。

圖1 η-t雙對(duì)數(shù)曲線

3.2 斷層破碎帶處理技術(shù)

3.2.1 帷幕軸線附近斷層破碎帶分布及性狀

帷幕軸線附近斷層破碎帶分布及性狀見表9。

表9 帷幕軸線附近斷層破碎帶分布及性狀參數(shù)

3.2.2 斷層破碎帶主要處理方法

斷層破碎帶水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)及處理方法見表10。

表10 斷層破碎帶水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)及處理方法

3.3 陡傾裂隙和微細(xì)裂隙的灌漿處理

陡傾與微細(xì)裂隙在左右岸低高程防滲帷幕巖體有一定數(shù)量的分布。灌前壓水試驗(yàn)壓力為1MPa，而灌漿壓力最高達(dá)6.5MPa。灌漿過程中，部分孔段在1MPa～3MPa壓力下灌漿流量很小，當(dāng)壓力超過臨界值后流量激增，說明在自身應(yīng)力環(huán)境下巖體結(jié)構(gòu)面貼合緊密，低壓漿液無法對(duì)其形成劈裂作用，壓力升高后可對(duì)陡傾裂隙形成擴(kuò)縫，細(xì)小透水通道在漿液擾動(dòng)下透水率激增。此外，某些部位與孔段遇到灌后涌水，經(jīng)分析，是微細(xì)裂隙和陡傾裂隙所造成。處理的主要技術(shù)措施是：濕磨細(xì)水泥或者化學(xué)灌漿材料對(duì)類似孔段進(jìn)行灌漿處理，延長(zhǎng)屏漿和閉漿時(shí)間，都取得了良好的施灌效果。

3.4 帷幕防滲關(guān)鍵工藝控制

3.4.1 超深孔、高精度孔斜控制問題

拱壩超深主帷幕鉆孔深度達(dá)172m，且孔底偏差不大于2m，允許偏斜率為1.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求。為確保鉆孔精度要求，鉆孔過程中選用性能穩(wěn)定的XY-2B地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工。施工前，對(duì)各臺(tái)鉆機(jī)四角打地錨將鉆機(jī)牢牢固定。鉆孔時(shí)，前20m每5m測(cè)斜一次，孔深20m后每10m測(cè)斜一次，偏斜率超過設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)及時(shí)糾偏。鉆深孔時(shí)采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速施工，基本解決了孔斜控制問題。

3.4.2 回漿返濃、“抱鉆”問題

因灌漿壓力較大、灌漿歷時(shí)長(zhǎng)，灌漿過程中回漿返濃現(xiàn)象較明顯，出現(xiàn)“抱鉆”問題。中間排使用濕磨細(xì)水泥后，回漿返濃現(xiàn)象明顯減少。灌漿過程中同時(shí)嚴(yán)格控制漿液的粘度和溫度，如回漿變濃，溫度升高，可換原比級(jí)的新鮮漿液；若繼續(xù)發(fā)生回漿比重超過一個(gè)比級(jí)的現(xiàn)象，則為吸水不吸漿，可換用相同水灰比的新漿灌注，若效果不明顯，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌注。采用上述措施，在控制施灌質(zhì)量和防止“抱鉆”方面成效顯著。

3.4.3 鉆孔沖洗問題

根據(jù)現(xiàn)行灌漿規(guī)范的要求，鉆孔沖洗一般采用壓力水或風(fēng)水聯(lián)合沖洗至返水澄清即可。但由于帷幕軸線上巖層組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，斷層破碎帶、擠壓錯(cuò)動(dòng)帶、泥化夾層等均有不同程度的分布，采取單一的沖洗方式難以達(dá)到預(yù)期的效果?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多個(gè)地質(zhì)缺陷部位的沖洗試驗(yàn)，摸索出一套高壓旋噴沖洗的工藝措施，提高了帷幕防滲處理的效果。

4 帷幕防滲質(zhì)量檢查成果

4.1 水泥灌漿灌后透水率

帷幕水泥灌漿灌后檢查孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表11。

表11 帷幕水泥灌漿灌后檢查孔壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

部位檢查孔數(shù)量壓水試段合格孔段合格率部位檢查孔數(shù)量壓水試段合格孔段合格率左岸1601m層1293394336999.3%1670m層2361180115397.7%1730m層3441801177798.7%1785m層3241849181998.4%1829m層3211698169799.9%1885m層6570470199.6%右岸1601m層872166215999.7%1670m層16913261326100.0%1730m層2771885177594.2%1785m層3021426141899.4%1829m層123679679100.0%1885m層43596596100.0%

備注：不合格孔段部位，采用濕磨細(xì)水泥漿液進(jìn)行加密補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理，補(bǔ)灌后最終檢查結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 化學(xué)灌漿檢測(cè)效果

帷幕化學(xué)灌漿灌后檢測(cè)結(jié)果見表12。

表12 帷幕化學(xué)灌漿灌后檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

從表12可見，斷層部位通過采用水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿處理后，其灌后檢測(cè)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 拱壩蓄水過程中滲流滲壓監(jiān)測(cè)成果

5.1 壩基帷幕后滲壓計(jì)折減系數(shù)為α1=0.00～0.37，排水孔后α2=0.01～0.09，符合壩基揚(yáng)壓力分布一般規(guī)律，且全部小于設(shè)計(jì)折減系數(shù)控制值，即帷幕后α1≤0.40，排水孔后≤0.20。在第四階段蓄水(蓄至1880m高程附近)中，帷幕后的折減系數(shù)總體變化不大，且大多數(shù)小于設(shè)計(jì)控制值，帷幕整體效果較好。灌排廊道中水位變化量較大，主要位于帷幕前，左岸帷幕后本階段蓄水后水位變化量為-1.01m～8.87m(PLG-28)；排水孔后本階段水位變化量為0.05m～3.95m。右岸帷幕后本階段水位變化量為-0.05m～13.79m(PRG-21)，排水孔后本階段水位變化量為-0.10m～10.90m(PRD-3)。整體呈現(xiàn)出變化量較大集中于幕前，帷幕后水位變化量大于排水孔后變化量。

5.2 左、右岸抗力體繞壩滲流監(jiān)測(cè)成果表明，本階段蓄水前后抗力體水位孔水位變化量較小，左岸測(cè)點(diǎn)變化范圍-0.53m～1.42m，右岸測(cè)點(diǎn)變化范圍-1.82m～2.23m，水位控制到1880m高程后，各測(cè)點(diǎn)水位變化趨于平穩(wěn)。

5.3 從7月3日至8月26日，左岸1595m排水廊道滲流量(樁號(hào)0+226m以里)增加了3.28L/s，當(dāng)前的滲流量約25.55L/s；左岸1664m排水廊道滲流量約7.78L/s；左岸1730m排水廊道滲流量約2.22L/s；右岸1595m排水廊道滲流量約5.62L/s。其余大壩各層帷幕灌漿廊道、排水廊道、抗力體平洞滲流量基本小于2L/s，且蓄水期間無明顯變化。滲流量較大主要位于左岸1595m排水廊道，目前滲流量為45.67L/s，通過對(duì)該部位歷次蓄水與上游水位、降雨量相關(guān)性比較可得，該部位滲流量偏大，主要受上游水位的抬升以及該處地下水位較高等因素共同作用。滲壓、滲流與壩前水位歷時(shí)典型曲線圖如圖2、圖3所示。

圖2 左岸1730m帷幕灌漿洞幕后PLG-17滲壓與壩前水位歷時(shí)曲線

圖3 壩基1595m排水廊道滲流量與壩前水位歷時(shí)曲線

6 結(jié)語

錦屏300m級(jí)拱壩壩基工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，拱壩運(yùn)行工況復(fù)雜，帷幕防滲設(shè)計(jì)技術(shù)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高，其實(shí)施效果直接影響拱壩基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定、變形穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定。帷幕防滲各項(xiàng)措施實(shí)施后，通過對(duì)施工檢測(cè)成果及各階段蓄水的驗(yàn)證和滲流滲壓監(jiān)測(cè)效果分析表明，拱壩基礎(chǔ)帷幕防滲采取的設(shè)計(jì)技術(shù)方案及控制指標(biāo)、施工技術(shù)和工藝方法、關(guān)鍵技術(shù)難題的處理科學(xué)合理，措施得當(dāng)。錦屏高拱壩已成功蓄水至1880m設(shè)計(jì)水位高程，且運(yùn)行良好。

〔1〕孫 釗編著.大壩基巖灌漿.中國水利水電出版社，北京：2008.03.

〔2〕孫 亮，夏可風(fēng)編著.灌漿材料及應(yīng)用.北京：中國水利水電出版社，2013.08.

〔3〕蔣鎖紅.混凝土拱壩基礎(chǔ)處理工程技術(shù).科學(xué)出版社，2005.10.

〔4〕陸馬蘭.錦屏一級(jí)水電站防滲排水設(shè)計(jì)的探討.水電站設(shè)計(jì)，2008.06.

■

TV642.4：TV543.5

B

2095-1809(2015)05-0006-06