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        長河壩水電站帷幕灌漿關(guān)鍵施工措施研究與應(yīng)用

        2019-09-05 07:34:04
        四川水利 2019年4期
        關(guān)鍵詞:平洞制漿帷幕

        (中國水利水電第五工程局有限公司工程管理部,成都,610066)

        1 工程概況

        長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站,攔河大壩為礫石土心墻堆石壩,攔河大壩最大壩高240m,水庫正常蓄水位1690m,正常蓄水位庫容為10.15億m3,總庫容為10.75億m3。

        壩址地處鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶和安寧河-小江斷裂帶所切割的川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位,處于川滇菱形塊體東緣外側(cè),區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。工程場地的地震危險性主要受外圍強震活動的波及影響,區(qū)地震基本烈度8度,大壩地震設(shè)防烈度為9度。壩址基巖為晉寧期-澄江期的侵入巖,其巖性以花崗巖(γ2(4))、石英閃長巖(δ02(3))為主。

        2 防滲帷幕設(shè)計布置

        大壩主防滲面灌漿帷幕包括:在灌漿平洞內(nèi)實施的壩肩帷幕、在岸坡混凝土板上實施的兩層灌漿平洞間的三角區(qū)帷幕、在河床基礎(chǔ)廊道內(nèi)實施的主防滲墻底帷幕、在主防滲墻與副防滲墻之間設(shè)置的水平連接帷幕及在灌漿平洞內(nèi)實施的搭接帷幕。鉆灌總工程量為294403.43m。

        左右岸共設(shè)置5層灌漿平洞(斷面尺寸3m×4m),各層平洞底板高程依次為1697m、1640m、1580m、1520m和1460m,各層帷幕除底層灌漿平洞為垂直帷幕外,向上游的傾角為5°~9°,上層帷幕伸入下層帷幕灌漿平洞底板以下5m。

        為確保上、下層帷幕在平洞附近封閉形成整體,又避免由于帷幕灌漿壓力過大,造成對下層平洞洞壁巖體的破壞和漿液流失,1640m、1580m、1520m和1460m高程平洞上游側(cè)設(shè)8m~10m長的淺孔搭接帷幕,與主帷幕孔連接并使上、下層帷幕封閉成為整體。帷幕灌漿主要技術(shù)參數(shù)見表1所示。

        表1 長河壩水電站帷幕灌漿主要技術(shù)參數(shù)

        注:灌漿采用“孔口封閉,孔內(nèi)循環(huán)灌漿方法”,當(dāng)采用段頂卡塞灌漿時,灌漿塞應(yīng)阻塞在灌漿段段頂以上0.5m處,防止漏漿。

        3 施工技術(shù)特點、難點

        (1)巖性以花崗巖、石英閃長巖為主,巖性級別高,巖體弱風(fēng)化、強卸荷,存在5cm~20cm的軟弱夾層,鉆孔深度大,鉆孔過程中容易出現(xiàn)孔斜超標(biāo)及卡鉆、掉鉆事故。

        (2)灌漿壓力大,最大灌漿壓力為5MPa,在最大設(shè)計壓力下,注入率不大于1L/min,繼續(xù)灌注30min,即可結(jié)束灌漿;灌漿施工過程中容易出現(xiàn)“鑄鉆”現(xiàn)象,且灌漿穩(wěn)壓難控制。

        (3)帷幕灌漿使用普通硅酸鹽水泥,水泥的細(xì)度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%,細(xì)微裂縫可灌性差。

        (4)三角區(qū)帷幕在蓋板混凝土上施工,左岸坡度為1∶0.55、1∶0.7、1∶0.95,右岸坡度為1∶0.5、1∶0.7、1∶0.95,采取高懸空排架的方式進行施工,污水與粉塵收集難度大。

        4 施工關(guān)鍵技術(shù)

        4.1 輔助系統(tǒng)建設(shè)

        (1)原材料管理引進數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)

        長河壩水電站灌漿水泥為甲方統(tǒng)供物資,為了合理規(guī)劃使用,避免水泥二次倒運、水泥不足、現(xiàn)場污染浪費等問題,在各個地泵站、制漿點安裝高清攝像頭,并通過無線傳輸系統(tǒng),將現(xiàn)場畫面實時動態(tài)傳輸至項目部物資部門,實現(xiàn)進場水泥過泵稱重、裝卸、使用等全過程無死角監(jiān)控。采用四參數(shù)灌漿記錄儀(JT-Ⅵ型),外置加密儲存裝置,密匙由業(yè)主專人保管,每周進行一次數(shù)據(jù)的拷貝,保證原始灌漿數(shù)據(jù)的真實性。在監(jiān)控室配置備用電源,以便緊急斷電情況下仍能繼續(xù)進行監(jiān)控,建設(shè)施工區(qū)域全覆蓋的無線局域網(wǎng),斷網(wǎng)時用來傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)。

        (2)建設(shè)環(huán)保自動化制漿站

        傳統(tǒng)人工制漿耗費工時多,漿液比重波動大,且供漿能力有限,難以滿足現(xiàn)場施工需求。本工程通過引進全自動制漿設(shè)備(ZDZJ-1),可以在計算機屏幕上輸入各種水灰比、制漿數(shù)量及外加劑數(shù)量,按確認(rèn)鍵或回車,該系統(tǒng)可自動實現(xiàn)上灰、供水、攪拌、放漿等連續(xù)動作,真正實現(xiàn)了自動化管理。自動化制漿站提高了漿液質(zhì)量,保障了漿液提供的連續(xù)性和及時性,減少了原材料的拌制耗損量,降低了制漿、貯漿、輸送漿液的機械用量,提高機械利用率,減少了勞動力,從而節(jié)約水泥漿液的生產(chǎn)成本,具有較明顯的經(jīng)濟效益;同時,自動化制漿站綠色環(huán)保,保證了作業(yè)人員的職業(yè)健康安全,具有顯著的社會效益。

        (3)修建邊坡灌漿截污多級沉淀箱

        為避免鉆孔粉塵、灌漿污水污染蓋板混凝土和流入下部心墻區(qū),影響下部心墻區(qū)施工質(zhì)量,且滿足文明施工要求,在灌漿與填筑層之間的混凝土蓋板上設(shè)置污水截排措施,經(jīng)四級沉淀后將廢水排入堆石體內(nèi)。沉淀箱放置平臺采用I14B工字鋼搭設(shè),底部采用插筋固定,沉淀箱用0.5mm厚鋼板焊接,長4m寬2m,頂部和四個棱角用角鋼加固。

        本工程施工中制作的邊坡灌漿截污多級沉淀箱配合邊坡截污槽,解決了土石壩心墻區(qū)廢水、漿液、廢渣的合理處理,排放達到了文明施工要求,保障了壩體填筑施工質(zhì)量,進一步提高了壩體的安全穩(wěn)定。

        4.2 合理選取并改進鉆灌設(shè)備,降低成本投入

        (1)采用無芯金剛石鉆頭,達到兼顧工效和經(jīng)濟的雙重目的

        傳統(tǒng)金剛石取芯鉆頭適應(yīng)硬性巖層,本工程帷幕灌漿平均孔深為65m,主防滲墻下帷幕最大深度達117m,但通常5m的灌漿段長,需取、下鉆桿至少3次,且鉆具提升過程中易出現(xiàn)掉塊卡鉆情況,作業(yè)人員勞動強度大且工效低。故本工程除先導(dǎo)孔與檢查孔有取芯要求外,均采用內(nèi)置φ60mm合金牙輪的φ62mm金剛石無芯鉆頭,既解決了沖擊鉆頭封閉裂隙影響灌漿效果的問題,又解決了取芯鉆頭反復(fù)提取鉆桿影響工效的問題。經(jīng)測算,日鉆進進尺比取芯鉆機提高約20%。

        (2)壓水檢查采用“頂壓塞”

        “頂壓塞”,顧名思義是依靠一種向下壓力,使頂壓塞膠球受壓膨脹達到阻水的目的。傳統(tǒng)灌漿塞用于檢查孔壓水檢查時,卡塞位置不易控制,反饋的灌后透水率值不精確。本工程采用的“頂壓塞”,能夠通過膠球底部鉆桿長度精確調(diào)節(jié)壓水檢查段長,并借助鉆機自身重力擠壓,使膠球膨脹緊貼孔壁,達到封閉壓水檢查段的目的,其原理簡單、施工快捷,且有利于灌后壓水檢查的質(zhì)量管控工作。

        圖1 頂壓塞工作原理示意

        (3)應(yīng)用水壓式灌漿塞進行灌漿孔封孔

        目前市場上銷售的灌漿塞型式很多,按膨脹塞體材料和構(gòu)造型式主要可分為:膠球式和膠囊式。但帷幕灌漿時間長、孔深較大時容易發(fā)生抱管、固管事故,這也是灌漿施工中的通病。對固死的管要重新移位開孔,特別是在鉆進難度較大地段,近百米的進尺重新開孔,造成巨大的人力、物力浪費。

        本工程帷幕灌漿封孔采用水壓式灌漿塞阻塞,自下而上分段灌漿的方法施工。水壓式灌漿塞總長度為1500mm,中間850mm為耐磨雙層膠囊;兩端總長650mm,一端由進漿、回漿、水壓鋼管組成,另一端是射漿管。封孔直徑30mm~120mm,工作壓力1MPa~8MPa,安全閥啟動壓力0.4MPa~0.5MPa,工作流量每小時可注水4t~4.5t,封孔深度可根據(jù)施工要求決定,取得了良好的經(jīng)濟效益。

        (4)采用手提式金剛石水鉆,進行人工封孔質(zhì)量檢查

        在常規(guī)水泥灌漿施工中,除深孔帷幕外,大多采用孔口卡膠球式灌漿塞的方式進行封孔,在灌漿塞拔出后會形成30cm~50cm的脫空段?,F(xiàn)行規(guī)范要求:灌漿結(jié)束后,采用干硬性水泥砂漿對脫空段封堵密實,孔口壓抹齊平。但封堵質(zhì)量受工人責(zé)任心等因素影響,普遍存在振搗不密實或只封堵孔口的問題,以致于孔口出現(xiàn)滲水和析出鈣化物的情況,長此以往襯砌混凝土外表會產(chǎn)生大量鈣化物痕跡,且鋼筋會受到腐蝕,影響混凝土外觀質(zhì)量,威脅結(jié)構(gòu)安全。

        本工程在進行搭接帷幕灌漿孔脫空段封孔質(zhì)量檢查時,采用手提式金剛石水鉆取芯的方式進行,重點檢查析鈣化物的灌漿孔,對于人工封孔質(zhì)量管控起到了糾正、警示教育的積極作用。

        4.3 依靠科技創(chuàng)新,提高施工質(zhì)量與工效

        (1)研發(fā)搭接帷幕布孔裝置

        本工程采用20mm×20mm的方鋼制作一個矩形的樣架,樣架一側(cè)(稱為右側(cè))為灌漿平洞的中心線(即洞軸線的豎向垂線),另一側(cè)(稱為左側(cè))為開挖邊墻的設(shè)計邊線。為避免地板局部不平整導(dǎo)致樣架右側(cè)邊框與線錘線不平行,樣架右側(cè)邊框比左側(cè)邊框長10cm,以便調(diào)節(jié)樣架右側(cè)邊框線與線錘線平行。布孔時利用射線原理實現(xiàn)搭接帷幕孔精準(zhǔn)布孔,兼具施工便捷與質(zhì)量可控雙重優(yōu)勢。

        (2)開發(fā)帷幕灌漿孔斜自動整理程序軟件與快速繪制灌漿柱狀圖程序軟件

        帷幕灌漿施工中使用的測斜儀多為便攜式,僅能讀取某測點的頂角和方位角,且無法計算、分析、判定帷幕孔是否合格。傳統(tǒng)計算、分析帷幕孔測斜數(shù)據(jù)耗工耗時,且極易出錯。通過開發(fā)帷幕灌漿孔斜自動整理程序軟件,可下載安裝在智能手機上運行,實現(xiàn)了帷幕孔斜數(shù)據(jù)快速計算、分析,成為帷幕灌漿孔成孔質(zhì)量判定合格與否的必備工具。

        在帷幕灌漿先導(dǎo)孔與檢查孔巖芯描述時通常會根據(jù)手工記錄的數(shù)據(jù)與巖芯照片進行柱狀圖的繪制,極易出現(xiàn)偏差,本工程開發(fā)的快速繪制灌漿柱狀圖程序軟件可實現(xiàn)在作業(yè)現(xiàn)場隨時進行巖芯描述,通過局域網(wǎng)實現(xiàn)巖芯數(shù)據(jù)共享。

        圖2 帷幕灌漿孔斜自動整理程序軟件演示

        圖3 快速繪制灌漿柱狀圖程序軟件演示

        5 效果檢查

        帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水成果為主,結(jié)合鉆孔取芯資料、鉆孔全景圖像、灌漿記錄和測試成果等進行綜合評定。檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%,一個單元工程內(nèi)至少布置一個檢查孔,檢查孔在灌漿結(jié)束14d后進行分段卡塞單點壓水試驗,檢查孔壓水成果見表2。

        表2 長河壩水電站帷幕灌漿壓水檢查統(tǒng)計表

        注:設(shè)計要求透水率合格率90%以上,不合格段的透水率值不超過設(shè)計規(guī)定值的150%,上表中數(shù)據(jù)均未超過設(shè)計值的150%。

        長河壩水電站于2016年10月26日開始下閘蓄水,整個蓄水期間,電站大壩沉降、位移等變化值均較小,壩體滲流量小于設(shè)計值。2017年11月17日,國家能源局對長河壩水電站進行巡視檢查,通過數(shù)據(jù)分析,壩后滲漏量僅為設(shè)計值的1/4。國家能源局給予“可以復(fù)制、難以超越”的高度評價。

        6 結(jié)語

        長河壩水電站是一座集超高心墻堆石壩、河床深厚覆蓋層、高地震烈度、狹窄河谷四大難度于一體的世界級高壩,在大壩帷幕灌漿施工過程中總結(jié)提煉關(guān)鍵技術(shù),對后續(xù)同類工程施工與管控具有廣泛的推廣與應(yīng)用價值。

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