李曉平 李現(xiàn)飛 沙繼明

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

施工技術(shù)

廟林電站攔河壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)和施工

李曉平 李現(xiàn)飛 沙繼明

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

廟林水電站；固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)；施工

1 工程概況

廟林電站位于云南省昭通市彝良縣，金沙江一級(jí)支流橫江的支流洛澤河下游，壩址以上流域面積4674km2。工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)是單一發(fā)電。

電站首部樞紐攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高52m，攔河壩壩頂軸線長(zhǎng)127m，總庫(kù)容1158.4萬(wàn)m3。電站總裝機(jī)容量65MW。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。該工程地震設(shè)防烈度為7度。

廟林電站工程于2006年6月開(kāi)工建設(shè)， 2009年9月30日大壩下閘蓄水，2009年12月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2012年3月完成竣工驗(yàn)收。截至目前大壩已安全運(yùn)行了5年。

該工程由于地形狹窄，地質(zhì)條件復(fù)雜，大壩的穩(wěn)定和安全與基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理休戚相關(guān)。

本文針對(duì)壩段不同的受力情況，在壩趾、壩踵和節(jié)理裂隙發(fā)育及斷層的位置采用不同的灌漿孔排距、深度、灌漿壓力和施工方案，使開(kāi)挖后形成的松動(dòng)體、節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)及斷層破碎帶得以充填密實(shí)，提高了大壩基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力，增強(qiáng)了大壩基礎(chǔ)面與基巖的抗剪斷能力，灌漿后經(jīng)質(zhì)量檢查達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

2 大壩樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件

3 攔河壩壩體結(jié)構(gòu)布置

攔河大壩為混凝土重力壩，壩頂寬度6m，最大壩高49.5m，下游坡比1∶0.75，壩體從左至右分為六個(gè)壩段：第一壩段長(zhǎng)15m；第二壩段長(zhǎng)22.7m，布置1號(hào)沖沙孔；第三壩段長(zhǎng)22.5m，布置2號(hào)沖沙孔和1號(hào)溢流表孔；第四壩段長(zhǎng)27.8m，布置3號(hào)沖沙孔和2號(hào)溢流表孔；第五壩段長(zhǎng)26m，布置電站進(jìn)水口；第六壩段長(zhǎng)12.9m。河床壩段基面高程769.00m。最大壩底寬40.7m。壩體基礎(chǔ)為C15混凝土，厚度為1.5m。

4 固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

固結(jié)灌漿是提高地基彈模和壩基整體性及穩(wěn)定性的主要手段。

4.1 壩基開(kāi)挖

攔河壩清基深度按規(guī)范要求挖至弱風(fēng)化頂面界限以下0.5～1m。對(duì)壩基開(kāi)挖出露的斷層采取設(shè)置混凝土塞的方式處理。壩體設(shè)計(jì)的平面開(kāi)挖采用梯段爆破，開(kāi)挖斜面采用預(yù)裂爆破，為使壩體開(kāi)挖盡量減少對(duì)巖體的破壞，壩體開(kāi)挖后預(yù)留1m厚的巖石進(jìn)行小藥量爆破并結(jié)合人工開(kāi)挖。

4.2 固結(jié)灌漿對(duì)象

根據(jù)廟林電站攔河壩壩基工程開(kāi)挖后暴露的地質(zhì)情況確定壩基固結(jié)灌漿的主要對(duì)象為：?建基面淺層爆破后形成的松動(dòng)巖體；?節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)；?f1、f2、f3斷層破碎帶。

4.3 固結(jié)灌漿范圍

由于壩基爆破開(kāi)挖后不可避免地形成的裂隙和清基后原巖石自身存在的節(jié)理裂隙對(duì)壩體的穩(wěn)定不利，故對(duì)壩基進(jìn)行全壩基面的固結(jié)灌漿，同時(shí)壩踵和壩趾區(qū)的壩體以外5m范圍和兩岸壩體以外4m區(qū)域也為固結(jié)灌漿的范圍。

4.4 各部位固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

固結(jié)灌漿孔的布置按分序加密的原則，分為Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)情況結(jié)合壩體的受力和地質(zhì)情況設(shè)計(jì)灌漿孔的排距、孔深和灌漿壓力。

4.4.1 各壩段的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

整個(gè)壩段開(kāi)挖后，緩于1∶1的邊坡和水平段的固結(jié)灌漿在有蓋重的情況下進(jìn)行，其蓋板厚度大于3m，并且鉆孔灌漿等相應(yīng)部位的混凝土達(dá)到50%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才可開(kāi)始灌漿。對(duì)于壩基開(kāi)挖邊坡陡于1∶1的邊坡段，采用無(wú)蓋重灌漿。

a.第一、第六壩段最大壩高分別為33m和28m，為次要壩段。有蓋重情況：孔排距一般為4.5m，孔深一般為3.5m，灌漿壓力一般為0.4MPa(灌漿壓力是孔口表頭讀出的壓力數(shù))；無(wú)蓋重灌漿：孔排距一般為4m，孔深一般為4m，灌漿壓力一般采用0.4MPa。

b.第三至第五壩段為主要受力壩段，壩體布置主要泄水建筑物，最大壩高均為49.5m。有蓋重情況：孔排距一般為4m，孔深一般為4.5m，灌漿壓力一般為0.5MPa；無(wú)蓋重灌漿：考慮巖石的抬動(dòng)問(wèn)題，孔排距一般為4m，孔深一般為4.5m，灌漿壓力一般采用0.6MPa。

4.4.2 壩趾處的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

壩趾及其下游是主壓應(yīng)力區(qū)，壩趾處布置了4排灌漿孔，孔距均為2m，排距從上游至下游分別為2.2m和2m，除壩體范圍外，在壩體外下游5m范圍，布置2排灌漿孔，孔排距2.5m，孔深均為6m，灌漿壓力均為0.7MPa。

4.4.3 節(jié)理裂隙發(fā)育地段的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)主要分布在第三、第四壩段中部，比其他一般部位的固結(jié)灌漿有所加強(qiáng)，孔排距均為3.5m，孔深5m，灌漿壓力均為0.6MPa。

4.4.4 斷層處的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

斷層f2、f3橫穿壩基，由于斷層夾泥，開(kāi)挖時(shí)雖然已清除碎石并回填混凝土，但必須通過(guò)固結(jié)灌漿達(dá)到巖基整體受力，分別在斷層兩側(cè)增加2排固結(jié)灌漿，排距1.5m，孔距2m，孔深7m，灌漿壓力均為0.6MPa。

4.4.5 帷幕灌漿附近固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

考慮防滲帷幕附近又是壩踵主拉應(yīng)力區(qū)，結(jié)合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》要求，分別在防滲帷幕的上、下游布置2排固結(jié)灌漿，排距2m，孔距2.5m，孔深10m，灌漿壓力均為0.6MPa。除壩體范圍外，還延伸至壩體上游4m，壩踵處壩軸線上游1.4m處布置1排灌漿孔，孔距4m，壩軸線下游2.5m處布置1排灌漿孔，孔距4m，孔深均為8m，灌漿壓力為0.6MPa。

5 固結(jié)灌漿施工

5.1 固結(jié)灌漿試驗(yàn)和洗孔

固結(jié)灌漿施工前首先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案和確定合理的灌漿施工參數(shù)與施工工藝。灌漿試驗(yàn)孔主要選擇在壩踵和壩趾及壩底面中部，在節(jié)理裂隙發(fā)育和斷層處增加灌漿試驗(yàn)孔。壩基的鉆孔和洗孔均采用常規(guī)的施工方法，沖洗壓力為0.3MPa，對(duì)壩基出露的3條斷層和節(jié)理裂隙片區(qū)特別是f2斷層處進(jìn)行重點(diǎn)沖洗，沖洗壓力為0.4MPa，鉆孔完成后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以了解巖石的透水性、確定起始灌注水灰比。

試驗(yàn)孔共計(jì)35個(gè)，總進(jìn)尺241m，在節(jié)理裂隙較發(fā)育的位置和斷層處增加試驗(yàn)孔。

5.2 固結(jié)灌漿施工

5.2.1 施工工序

施工工序?yàn)椋簻y(cè)量放線布孔→鉆孔→洗孔→灌前壓水檢查→灌漿→有壓封孔→灌漿完成后檢查。

5.2.2 施工工藝

固結(jié)灌漿孔徑50mm。鉆進(jìn)灌漿的基巖段長(zhǎng)小于6m時(shí)，采用全孔一次灌漿法；大于6m時(shí)，采用自上而下孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。施工以隔孔分序加密的原則進(jìn)行，采用兩次分序施工，開(kāi)孔間距為8m。

5.2.3 水灰比

灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。固結(jié)灌漿漿液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌水灰比一般采用5∶1。節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)，灌漿起始水灰比為3∶1；f1、f2、f3斷層破碎帶灌漿起始水灰比為1∶1。

5.2.4 灌漿特殊處理

左岸第二壩段壩趾位置，在無(wú)蓋重處發(fā)生漿液沿巖層層面冒出現(xiàn)象，可能是該部位f2斷層位置和巖層裂隙發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜所致。為此決定對(duì)此段進(jìn)行加密、表面封堵，降低灌漿壓力為0.25MPa，并將孔距由4m減為2m。按間歇灌漿的方法施工后，檢測(cè)結(jié)果顯示透水率和巖石波速滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

第四壩段中部和第五壩段的壩踵位置，在灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿。采取6個(gè)孔同時(shí)進(jìn)行灌漿，一泵灌一孔，串漿孔周邊的孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，在串漿孔內(nèi)再進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。群孔同時(shí)進(jìn)行灌漿后，檢測(cè)結(jié)果顯示透水率和巖體波速滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

第五壩段中部節(jié)理裂隙發(fā)育，灌漿段注入量大，灌漿難以結(jié)束，對(duì)此選用了下列措施處理：先使用最大濃度漿液灌注，吸漿量仍然很大，每段單耗達(dá)到400kg/m時(shí)，采用低壓慢灌、間歇灌漿。對(duì)該處耗灰量較大的灌段，灌后要求待凝。為避免待凝時(shí)間過(guò)短導(dǎo)致水泥結(jié)石強(qiáng)度過(guò)低，無(wú)法承受較大的灌漿壓力而被沖開(kāi)，待凝時(shí)間超過(guò)12h，此后再掃孔復(fù)灌，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。該處檢測(cè)結(jié)果顯示透水率和巖體波速滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5.3 固結(jié)灌漿工程質(zhì)量檢查

固結(jié)灌漿的質(zhì)量檢查以測(cè)量巖體波速為主、壓水試驗(yàn)完畢后的透水率檢查為輔。

5.3.1 質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

a.灌后的巖體縱波速均超過(guò)4000m/s，斷層破碎帶f1、f2、f3縱波速超過(guò)3700m/s，節(jié)理裂隙發(fā)育片區(qū)縱波速超過(guò)3850m/s，達(dá)不到上述波速的點(diǎn)位小于5%。

b.灌漿后巖體的透水率。一般巖體q≤5Lu，斷層破碎帶q≤6Lu，節(jié)理裂隙發(fā)育帶q≤5.5Lu。波速檢查在灌漿結(jié)束28d后進(jìn)行。

5.3.2 檢查孔布置

檢查孔的數(shù)量超過(guò)總灌漿孔數(shù)的10%，該工程共布置了421個(gè)檢查孔，總進(jìn)尺2105m。

檢查孔主要布置在壩踵和壩趾及壩底中部，在節(jié)理裂隙較發(fā)育的位置和斷層處增加檢查孔。

5.3.3 檢查成果匯總

按第三方檢測(cè)成果分別統(tǒng)計(jì)列入表1、表2。

表1 巖體縱波速檢測(cè)成果

表2 單位吸水率檢測(cè)成果

從檢查成果可以看出：各壩段、壩踵、壩趾、節(jié)理發(fā)育片區(qū)和斷層破碎帶，固結(jié)灌漿后的巖體縱波速均滿(mǎn)足質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，均大于4000m/s，固結(jié)灌漿后巖體縱波速的提高率為4.4%～118%，波速檢查的合格率為100%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；固結(jié)灌漿后巖體的吸水率均小于5Lu，固結(jié)灌漿后巖體的吸水率降低率為13.5%～49.5%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

灌漿后的鉆孔取芯也表明漿液黏結(jié)良好，質(zhì)量可靠。

6 結(jié) 語(yǔ)

廟林電站首部樞紐大壩基礎(chǔ)灌漿針對(duì)不同的地質(zhì)條件和不同的受力部位，設(shè)計(jì)不同的孔排距、孔深和灌漿壓力；施工采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌注不待凝的灌漿方法，不同的位置采用不同的起灌水灰比使建基面淺層爆破后形成的松動(dòng)巖體、節(jié)理裂隙和斷層破碎帶得以充填密實(shí)。檢查成果表明：各壩段、壩踵、壩趾、節(jié)理發(fā)育片區(qū)和斷層破碎帶，固結(jié)灌漿后的巖體的縱波速和吸水率均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，固結(jié)灌漿提高了大壩基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力，增強(qiáng)了大壩基礎(chǔ)面與基巖的抗剪斷能力，設(shè)計(jì)方案是合理可行的，施工方案切實(shí)有效。廟林電站首部樞紐攔河壩的基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)和施工方案是成功的。

[1] DL 5108—1999 混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[2] DL/T 5148—2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[3] GB 50287—2006 水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[4] 王宏碩，翁情達(dá).水工建筑物[M].北京：水利電力出版社,1990.

[5] SD/T 5144—2001 水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[6] GB 50204—2015 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

[7] SL 191—2008 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

[8] 李國(guó)勝.簡(jiǎn)述混凝土面板堆石壩趾板段的固結(jié)灌漿試驗(yàn)[J].中國(guó)水能及電氣化,2015(3).

[9] 于濤,韓春影.觀音巖水電站右岸大壩首次基礎(chǔ)固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)成果分析及建議[J].中國(guó)水能及電氣化,2013(10).

[10] 劉濤.固結(jié)灌漿技術(shù)在太平灣水電站壩基加固中的應(yīng)用[J].中國(guó)水能及電氣化,2015(10).

[11] 盧元海,方偉.小灣水電站壩基固結(jié)灌漿特點(diǎn)和施工質(zhì)量控制[J].西北水電,2008(1).

[12] 張文倬.巖石壩基的固結(jié)灌漿問(wèn)題探討[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),1991(3).

[13] 曾紀(jì)全,來(lái)結(jié)合,全海.溪洛渡水電站軟弱巖帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)效果檢測(cè)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué),2001(S1).

[14] 張文舉,盧文波,陳明，等.基于灌漿前、后波速變化的巖體固結(jié)灌漿效果分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué),2012(3).

Design and Construction of Foundation Consolidation Grouting for Miaolin Power Station Barrage

LI Xiaoping, LI Xianfei, SHA Jiming

(YunnanProvinceWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignResearchInstitute,Kunming650021,China)

Miaolin power station; consolidation grouting design; construction

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.005

TV543+.5

B

1673- 8241(2017)03- 0013- 05