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1 工程概況

1.1 工程規(guī)模及建設(shè)情況

斯登沃代水電站(Stung Atay Hydroelectric Power Project)位于柬埔寨王國西部菩薩省列文縣歐桑鄉(xiāng)的額勒賽河上游支流的沃代河上，共規(guī)劃二級水電站。

一級水電站為壩后電站。攔河大壩壩頂全長340.00m，壩頂高程519.50m，最大壩高約46.50m，正常蓄水位515.00m。裝機2臺，單機容量為10MW，總裝機20MW。第二級水電站為引水式電站。攔河大壩壩頂全長364.00m，壩頂高程480.00m，最大壩高約49m，正常蓄水位475.00m。裝機4臺，單機容量為25MW，總裝機100MW。

2011年5月28日-6月21日斯登沃代二級水電站完成大壩左岸壩肩覆蓋層高噴灌漿防滲墻現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗。試驗證明：高噴灌漿難以沖擊、切割、破碎硬塑性粘土覆蓋層地層，防滲質(zhì)量不滿足設(shè)計要求。監(jiān)理工程師隨即提出覆蓋層防滲帷幕的優(yōu)化建議。

2011年9月5日-2012年10月8日斯登沃代一、二級水電站完成大壩覆蓋層帷幕鉆灌施工及其質(zhì)量檢查工作。覆蓋層帷幕防滲質(zhì)量滿足設(shè)計要求，確保了大壩粘土覆蓋層壩基的安全穩(wěn)定運行。

1.2 工程地質(zhì)巖性

地質(zhì)巖性為：第四系(Q)殘坡積層(Qedl)粘土、粉質(zhì)粘土，局部為粉土，呈黃褐色、黃紅色，一般含5%～15%風(fēng)化含鐵質(zhì)結(jié)核角礫，局部混碎石，呈硬塑狀。大壩壩肩粘土覆蓋層最大深度40m左右。粘土覆蓋層下部地層為強風(fēng)化細砂巖，沿山坡走勢向上發(fā)育分布。

2 覆蓋層帷幕灌漿施工

2.1 防滲帷幕結(jié)構(gòu)設(shè)計

斯登沃代一、二級水電站大壩左右岸壩肩基礎(chǔ)防滲帷幕結(jié)構(gòu)由“上部雙排覆蓋層帷幕+下部單排基巖帷幕”組合構(gòu)成。覆蓋層帷幕灌漿孔沿大壩防滲軸方向共計布置2排，孔距2m，排距80cm，上下游排梅花形布孔，孔序共分2序。上游排覆蓋層帷幕灌漿孔與下部基巖帷幕灌漿孔孔位重合。覆蓋層帷幕灌漿底線深入下部弱風(fēng)化細砂巖地層1.50m。上游排覆蓋層帷幕為主防滲帷幕，下游排為輔防滲帷幕。

2.2 現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗

為保證大壩左右岸壩肩覆蓋層防滲帷幕結(jié)構(gòu)的長期安全、可靠運行，現(xiàn)場首先選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)域，進行覆蓋層帷幕灌漿現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗。

2011年09月05日-2011年10月19日，二級水電站左岸上壩公路覆蓋層帷幕灌漿現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗全部完成。試驗最終確定了：適宜的鉆灌施工設(shè)備；鉆灌施工方法、施工工序、質(zhì)量檢查方法和灌漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等重要施工技術(shù)參數(shù)。大壩左右岸壩肩基礎(chǔ)防滲帷幕施工順序為：先施工上部覆蓋層帷幕，后施工下部基巖帷幕。大壩覆蓋層帷幕灌漿施工工序為：鉆孔→鉆孔沖洗→壓水試驗→灌漿→封孔→質(zhì)量檢查。

2.3 鉆孔

沿大壩防滲軸線，在上游排Ⅰ序覆蓋層帷幕灌漿孔中，每間距30m布置1個先導(dǎo)孔。先導(dǎo)孔必須分段鉆取粘土芯樣，單點法標(biāo)準(zhǔn)壓水試驗，觀測全孔地下水位。

各覆蓋層帷幕灌漿孔的終孔深度為：進入弱風(fēng)化砂巖或玄武巖地層1.50m。終孔段必須鉆取巖芯，其地層巖性以設(shè)計地質(zhì)工程師鑒定為準(zhǔn)。終孔段段長可適當(dāng)縮短或加長，但不宜大于5.00m。

大壩覆蓋層帷幕灌漿孔采用XY-2PC地質(zhì)鉆機鉆孔。自上而下、分段清水鉆進。鉆孔孔徑為φ75mm。先導(dǎo)孔必須分段鉆取芯樣；其余帷幕孔則采用無芯鉆進方法進行。無芯牙輪鉆頭采用金剛石取芯鉆頭加工而成。覆蓋層帷幕鉆灌施工技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 斯登沃代水電站大壩左右岸壩肩

2.4 孔口管埋設(shè)

大壩左右岸壩肩繞滲段，沿大壩防滲軸線防線，先行澆筑C10蓋板混凝土(寬×厚=2.00m×0.50m)，混凝土到達70%設(shè)計強度后才能開始覆蓋層帷幕鉆灌施工。大壩左右岸堆石壩段覆蓋層帷幕鉆灌施工，直接在復(fù)合土工膜心墻混凝土基座上進行。

(1)大壩左右岸壩肩繞滲段，最上層覆蓋層為非灌漿段(一級水電站防滲上限515.50m高程以上、二級水電站防滲上限475.00m高程以上)。非灌漿段必須埋設(shè)鋼孔口管，鋼孔口管采用外徑φ102mm、壁厚3mm鋼管，并露出混凝土頂面20cm。

(2)上游排覆蓋層帷幕終孔段灌漿完成后，必須及時埋設(shè)下部基巖帷幕灌漿鋼孔口管，基巖帷幕灌漿孔口管采用外徑φ95mm、壁厚3mm鋼管，并外露出混凝土頂面20cm。鋼孔口管內(nèi)灌注W∶C=0.5∶1濃水泥漿，必須將鋼孔口管與弱風(fēng)化砂巖或玄武巖鑲鑄穩(wěn)固。下游排覆蓋層帷幕終孔段灌漿完成后，則立即進行封孔施工。

2.5 鉆孔沖洗、壓水試驗

鉆孔沖洗，采用鉆桿作為灌漿管，在安裝緊固孔口封閉器之前，啟動灌漿泵，向孔內(nèi)通入大流量水流，至孔口回水清凈或沖洗時間≥5min即可結(jié)束。

鉆孔沖洗結(jié)束后，安裝緊固好孔口封閉器，即可進行壓水試驗。先導(dǎo)孔各孔段標(biāo)準(zhǔn)壓水試驗采用單點法，其余灌漿孔各孔段壓水試驗采用簡易壓水法。壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，壓水時間20min，每5min測讀一次壓入流量，取最后的流量值作為計算流量，并計算覆蓋層灌前透水率q(Lu)。

2.6 灌漿

大壩覆蓋層帷幕灌漿采用孔口封閉灌漿法。灌漿分段、灌漿壓力詳見表1。

孔口管外露端絲扣連接安裝好孔口封閉器。鉆桿作為灌漿管，管口離孔底距離不得大于50cm。灌漿過程中，每間隔30min必須轉(zhuǎn)動和上下活動灌漿管。

灌漿水灰比級采用W∶C=1∶1、0.8∶1、0.5∶1三個比級。一般開灌水灰比為W∶C=1∶1；如遇明顯不吸漿孔段則采用W∶C=2∶1開灌。

水泥漿液比級變換原則按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5148-2001)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

第1段(接觸段)覆蓋層帷幕灌漿結(jié)束后，必須采取待凝措施，且待凝時間不得少于8h。復(fù)灌孔段待凝時間不得少于72h。除接觸孔段、復(fù)灌孔段外，其余孔段灌漿正常結(jié)束后，可不進行待凝，繼續(xù)鉆進下一孔段。

覆蓋層帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在該灌漿段最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。

2.7 封孔施工

覆蓋層帷幕終孔段灌漿結(jié)束后，上游排各孔必須立即鑲鑄基巖帷幕灌漿鋼孔口管；下游排各孔則采用全孔灌漿法進行封孔施工。封孔灌漿壓力為：相應(yīng)部位最大覆蓋層帷幕灌漿壓力0.2MPa或0.3MPa。

2.8 質(zhì)量檢查

每一覆蓋層帷幕單元工程鉆灌施工完成后7d或14d，方可進行灌后質(zhì)量檢查。覆蓋層帷幕質(zhì)量檢查以鉆孔常水頭注水試驗檢查為主，全孔段壓水試驗檢查為輔。壓水試驗壓力采用相應(yīng)部位最大灌漿壓力的80%。

質(zhì)量檢查孔鉆孔取芯孔徑不宜小于75mm。鉆孔取芯、注水試驗分段均與鉆灌施工分段一致。

覆蓋層帷幕灌漿質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：灌后滲透系數(shù)K≤n×10-5cm/s(n<10)。斯登沃代一、二級水電站大壩覆蓋層帷幕灌漿質(zhì)量檢查成果詳見表2。

表2 斯登沃代水電站大壩覆蓋層帷幕

3 重要技術(shù)運用與研究

3.1 鉆孔工藝

(1)清水鉆進：覆蓋層帷幕孔鉆孔過程中，粘土混合冷卻水后，逐漸形成一定濃度的泥漿并敷著在鉆孔四周孔壁上，對水泥漿液壓入覆蓋層中和擴散范圍產(chǎn)生不利影響，必須采用清水鉆進工藝。

(2)鉆孔沖洗：既可將孔底粘土沉淀物沖洗、攜帶至孔口之外，也可適度沖蝕敷著在孔壁四周的泥漿皮，為后續(xù)水泥漿液壓入覆蓋層中創(chuàng)造條件。鉆孔沖洗的時間、壓力、流量數(shù)據(jù)，必須采用灌漿自動記錄進行記錄。

3.2 壓水試驗

灌前壓水試驗除了檢測覆蓋層灌前透水率、地層可灌性之外，主要為進一步適度沖蝕破壞、主動水力劈裂孔壁四周泥漿皮和粘土地層結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)水泥漿液順利壓入、充填進覆蓋層空洞或裂隙中，以使水泥漿液達到一定的擴散半徑并保證相鄰孔間、排間防滲帷幕彼此相互搭接，最終在覆蓋層地層中形成一道達到設(shè)計厚度的、封閉的防滲帷幕墻。

3.3 埋設(shè)孔口管

(1)非灌漿段鋼孔口管：為防止水泥漿液擴散進入防滲上限高程以上的粘土覆蓋層中，造成不必要的水泥漿液浪費，從而增加工程投資。因此，粘土覆蓋層非灌漿段采用埋設(shè)外徑φ102mm、壁厚3mm鋼孔口管技術(shù)措施，隔離阻斷水泥漿液向上串流。

(2)基巖帷幕灌漿鋼孔口管：為防止基巖帷幕鉆灌施工的有壓水流、有壓水泥漿液再次沖蝕、劈裂已經(jīng)形成的粘土覆蓋層防滲帷幕結(jié)構(gòu)，在覆蓋層帷幕終孔段灌漿正常結(jié)束后，立即埋設(shè)外徑φ95mm、壁厚3mm鋼孔口管，用于隔離阻斷基巖帷幕施工的鉆孔冷卻水、有壓水流、有壓水泥漿液，以達到保護粘土覆蓋層防滲帷幕結(jié)構(gòu)的目的。

3.4 限量灌漿

大壩左右岸壩肩粘土覆蓋層可灌性極好，在還未升壓到設(shè)計壓力值之前，水泥漿液在地面出露的滲漏點與帷幕灌漿孔之間的距離，常常大于帷幕孔距2m。

為防止水泥漿液串流擴散較遠，造成不必要的浪費?，F(xiàn)場控制水泥漿液擴散半徑R≤2.00m范圍。各孔段單次灌漿水泥注入總量≤3.00t，且復(fù)灌次數(shù)不得超過2次。最后一次復(fù)灌過程中，必須采取低壓(P≤0.10MPa)、濃漿(W∶C=0.5∶1)、限流(10L/min≤Q≤20L/min)、限量(單次注入水泥總量∑M≤3.00t)、間歇灌漿(間隔時間T≤30min)等綜合技術(shù)措施，以使各孔段水泥灌漿工序均達到設(shè)計、規(guī)范的正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 合理的待凝時間

在充分認識水泥漿液在覆蓋層中的滲透、充填、結(jié)石、防滲原理基礎(chǔ)上，考慮水泥漿液與粘土顆粒的初期粘結(jié)強度較低的因素，總結(jié)本項工程粘土覆蓋層帷幕灌漿現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗施工經(jīng)驗，同時借鑒四川冶勒水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿施工成功經(jīng)驗，確定了復(fù)灌孔段的合理待凝時間T≥72h。

3.6 鉆孔常水頭注水試驗

(1)注水試驗原理：大壩覆蓋層帷幕灌漿質(zhì)量以鉆孔常水頭注水試驗方法檢查為主，全孔段壓水試驗檢查為輔?，F(xiàn)行規(guī)范《水電水利工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》(DL/T 5331-2005)、《水利水電工程注水試驗規(guī)程》(SL 345-2007)中的鉆孔常水頭注水試驗，其實質(zhì)為靜水頭壓水試驗?；鶐r帷幕灌漿質(zhì)量檢查的單點法標(biāo)準(zhǔn)壓水試驗，則為動水頭壓水試驗。

(2)注水試驗水頭：為保證大壩覆蓋層防滲帷幕結(jié)構(gòu)的長期安全、可靠運行，注水試驗水頭特例規(guī)定：①當(dāng)檢查孔孔口高程等于或高于大壩正常蓄水位時，其常水頭水位與檢查孔孔口齊平；②當(dāng)檢查孔孔口高程低于大壩正常蓄水位時，其常水頭水位與大壩正常蓄水位保持一致。其目的在于：模擬大壩在正常蓄水位工況下，測量粘土覆蓋層防滲帷幕的實際滲流大小，以真實檢驗大壩粘土覆蓋層防滲帷幕的實際防滲質(zhì)量和防滲可靠性。

(3)孔內(nèi)地下水位觀測：質(zhì)量檢查孔每一孔段注水試驗之前，孔內(nèi)地下水位必須靜止2h以上，再每間隔5min觀測一次孔內(nèi)地下水位。當(dāng)水位下降速度連續(xù)2次均小于5cm/min時，觀測工作即可結(jié)束?？變?nèi)地下水位是注水試驗水頭的壓力起算零線高程。

(4)注水試驗儀器設(shè)備：250ml～1000ml玻璃量筒、50ml～200ml量杯、秒表、計算器、注水試驗連接管路等儀器設(shè)備。

(5)注水試驗流量觀測：先將檢查孔某一深度的全孔段注滿清水，待其孔內(nèi)水位下降速度相對緩慢時，再正式開始測讀和記錄5min內(nèi)注入孔內(nèi)的總水量。每隔5min分鐘測讀一次注入流量，連續(xù)6次讀數(shù)中的最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，注水試驗即可結(jié)束，取最終值作為計算值。

(6)質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)：粘土覆蓋層帷幕灌漿質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：灌后滲透系數(shù)K≤n×10-5cm/s(n<10)。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200-2004)分析：粘土覆蓋層灌后滲透系數(shù)K≤n×10-5cm/s(n<10)，其對應(yīng)的灌后透水率相當(dāng)于：q=1Lu～5Lu。

3.7 滲透系數(shù)計算

大壩覆蓋層帷幕灌后滲透系數(shù)K，采用現(xiàn)行規(guī)范《水電水利工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》(DL/T 5331-2005)中推薦的K=Q÷(2πHL)×ln(L/ro)公式進行計算(式中：K為地層滲透系數(shù)，cm/s；Q為注入流量，cm3/s；H為試驗水頭，cm；L試驗段長，cm；ro為鉆孔半徑，cm)。

注入流量Q的計算，根據(jù)飽和土層滲流的達西定律：在同一注水試驗水頭條件下，同一孔段飽和粘土覆蓋層地層的穩(wěn)定滲透流量近似相等。試驗孔段的注入流量Q=Qb-Qs(cm/s)，Qs為上一全孔段注水試驗總滲透流量；Qb為本次全孔段注水試驗總滲透流量。

H=Hk-H0(m)或H=Hz-H0，H0為注水試驗壓力起算零線高程；Hk為檢查孔孔口高程；Hz為大壩正常蓄水位高程。

4 結(jié)語

(1)2012年10月初，斯登沃代一、二級水電站大壩正式開始下閘蓄水。目前，大壩覆蓋層防滲帷幕已經(jīng)安全、可靠運行了7y有余。現(xiàn)大壩下游測壓管、滲壓計多年監(jiān)測值均較小且穩(wěn)定，未見明顯繞壩滲流現(xiàn)象。

(2)在水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，為增強覆蓋層防滲帷幕的安全性、可靠性，堆石壩段的防滲心墻混凝土基座底面宜設(shè)計成對稱的臺階狀，以延長混凝土底面滲流滲徑長度，有利于降低滲流水力坡度。

(3)借鑒類似工程經(jīng)驗，大壩覆蓋層基礎(chǔ)防滲處理采取了帷幕灌漿技術(shù)工藝，處理結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計要求。其特殊的鉆灌施工工藝、工序質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢查方法、充分利用基巖帷幕鉆灌設(shè)備等施工經(jīng)驗，可供后續(xù)類似水利水電工程施工借鑒和參考。

(4)從技術(shù)、經(jīng)濟角度對比分析原設(shè)計的高噴灌漿技術(shù)和覆蓋層帷幕灌漿技術(shù)，本項工程大壩覆蓋層基礎(chǔ)處理采用帷幕灌漿技術(shù)后，在工期、造價上均實現(xiàn)了“雙節(jié)約”的良好效果，為大壩覆蓋層基礎(chǔ)處理提供了另外一種可行的技術(shù)路徑。