CCS水電站首部樞紐壩基帷幕灌漿試驗研究

姚　陽, 楊繼華, 張黨立, 楊風威

(黃河勘測規劃設計有限公司,河南 鄭州　450003)

1　概況及工程地質條件

CCS水電站工程[1]位于厄瓜多爾Napo省和Sucumbios省境內的COCA河下游。電站總裝機容量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左側埡口處,壩頂高程1 289.50 m,壩頂長度約271.75 m。依次布置有左岸擋水壩段,8孔開敞式WES實用堰以及三孔沖沙閘。

帷幕試驗區地層為第三系花崗閃長巖侵入體(gd),巖體似斑狀結構、塊狀構造。由于巖相的變化,存在蝕變現象,侵入體邊緣有重結晶作用。

鉆孔揭露的地質條件:巖體風化較嚴重,風化層厚度由左至右有所減小,全強風化花崗閃長巖開挖后表現為砂土,類似于第四紀沉積物,但是在未開挖時卻與砂土有本質區別,鉆進過程中由于鉆頭的擾動,芯樣呈“砂礫狀”,未見柱狀巖芯,全強風化巖層厚度10～15 m。弱風化至新鮮巖層,裂隙較發育,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。

2　帷幕灌漿設計

首部樞紐帷幕灌漿試驗區位于防滲墻右側,樁號:S0+245.088 m～S0+257.088 m,地面高程1 254.0 m。灌漿孔呈單排布置,區內布置灌漿試驗孔13個,其中Ⅰ序孔2個,間距為8 m;Ⅱ序孔1個,間距為4 m;Ⅲ序孔4個,間距為2 m;Ⅳ序加密孔6個,間距為1 m,灌漿結束后封閉灌漿孔。為檢查灌漿效果在灌漿孔中間布置2個檢查孔(圖1)。

圖1　灌漿孔布置圖

3　灌漿材料

試驗采用水、水泥、膨潤土及減水劑作為主要灌漿材料,各項材料均符合相關規范標準的要求[2]。

灌漿漿液水灰比采用1.5∶1、1.2∶1、1∶1、0.8∶1四個配合比,漿液中摻加水泥重量0.5%的膨潤土和0.5%的超流態添加劑,采用ZJ—400C制漿機制漿。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,試驗室對現場配置的漿液進行了取樣,試驗結果見表1。

漿液變換原則如下:

(1)當灌漿壓力保持不變,注入率持續減少時,或當注入率不變而壓力持續升高時,不得改變水灰比。

表1　漿液性能試驗成果表

(2)當某一比級漿液的注入量已達300 L以上或灌注時間已達1 h,而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時,應改濃一級。

(3)當注入率>30 L/min時,可根據具體情況越級變濃。

4　灌漿試驗

4.1　鉆孔及鉆孔清洗

鉆孔采用GX-1TD鉆機鉆孔。孔口非灌段采用Φ110 mm鉆頭鉆孔埋設Φ98 mm孔口管,灌漿段采用Φ75 mm或Φ91 mm鉆頭鉆進。鉆孔結束后采用大流量水和壓縮空氣進行鉆孔沖洗,沖洗至回水清凈即可。

4.2　壓水試驗

部分孔灌前、灌后進行壓水試驗[4-5],壓水持續10 min 結束,每2 min 測一次壓入流量,取最后一個流量進行透水率計算。因鉆孔地質條件復雜,吸水量巨大而無法達到既定壓力的試段,將泵調整最大排量壓水10 min,按實際測得的壓力、流量進行透水率計算。透水率按下式計算。

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,m。

4.3　灌漿方法

根據鉆孔地質條件采取:自上而下分段灌漿或自下而上分段灌漿的方法[6-9],并參考國內已建工程實踐[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。試驗過程中對灌漿壓力進行了調整,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列出的時間內每米灌漿量<2 L,結束該段灌漿。

表3　灌漿結束標準

5　試驗成果分析

透水率區間頻率統計、單位耗灰區間頻率統計、灌漿成果分序統計及壓水成果分序統計見表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行,耗灰量逐次序遞減,符合灌漿施工的一般規律,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,孔口涌水量明顯減小,直至檢查孔鉆孔后孔口基本無涌水,說明經過灌漿漿液擠壓、充填地層中的孔隙、裂隙,有效降低了地層的透水性。

質量檢查孔壓水采用1 MPa壓力進行,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%。但與設計要求有一定的差別,分析原因主要是上部巖體風化較嚴重。后來增加了壩基上下游的固結灌漿,并增加帷幕灌漿孔的排數后,滿足設計要求。

表4　透水率區間頻率統計表

表5　單位耗灰量區間頻率統計表

表6　灌漿成果分序統計表

表7　壓水試驗成果分序統計表

根據本次試驗灌漿前后孔內涌水量變化、各次序孔單耗灰遞減、檢查孔試段透水率來看,灌漿取得了明顯的效果,提高了防滲能力。

6　結語

CCS水電站首部樞紐壩基灌漿試驗結果表明,帷幕灌漿對降低壩基巖體的透水性,具有明顯的防滲效果。試驗結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依據。

參考文獻:

[1]Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd.The Basic Design Report of Coca-Codo Sinclair Hydroelectric project[R].Zhengzhou:Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd.,2011.

[2]DL/T 5148-2012,水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].

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[12]張世寶,郭艷利,郭建邦,等.南水北調中線干渠卵石透水地基帷幕灌漿試驗研究[J].混凝土,2012(12):106-108.