蒲石河水庫庫區水井封堵技術

2016-06-28 08:31:40董秋艷

水利科學與寒區工程 2016年5期

董秋艷

(遼寧省農村水利建設管理局，遼寧沈陽 110003)

蒲石河水庫庫區水井封堵技術

董秋艷

(遼寧省農村水利建設管理局，遼寧沈陽 110003)

摘要：文章以蒲石河水庫庫區內水井封堵為研究對象，通過數值模擬的方法對封堵前后的水井滲漏量進行計算，結果顯示水井封堵十分必要。根據庫區的土壤地質環境確定了合理的封堵技術，并取得了良好的封堵效果。

關鍵詞：蒲石河水庫；灌漿封堵；滲漏量

1項目概況

1.1自然地理

遼寧蒲石河抽水蓄能電站位于鴨綠江右岸的一級支流蒲石河下游，上下游水庫庫區位于遼寧省寬甸滿族自治縣長甸鎮境內[1]。其中上游水庫位于長甸鎮東洋河村境內，下游庫區位于長甸鎮小孤山子村境內。水電站距離遼寧省丹東市約60 km，距離長甸火車站約10 km，地理位置十分優越，交通便利。

1.2工程概況

蒲石河抽水蓄能電站是我國東北地區正在建設的大型水利工程項目，工程設置4臺機組，裝機總容量120萬kW，工程總投資約45億元。主要包括上下游水庫、上水庫鋼筋混凝土面板堆石壩、下水庫泄洪排砂閘壩、地下廠房以及上下游水庫進出水口，預計建設工期為5 a[2]。蒲石河抽水蓄能電站的主要任務是擔負東北電網的調峰、填谷任務。

1.3水文地質條件

蒲石河流域屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫濕多雨。多年平均氣溫6.6 ℃，多年平均降雨量為1171.5 mm，多年平均蒸發量1155.8 mm。蒲石河是鴨綠江右岸的一級支流，全長121.8 km，流域面積約1213 km2，多年平均流量為22.9 m3/s。庫區的地下水埋深為3.32 m至5.67 m，主要接受大氣降水和蒲石河側滲補給，地下水的主要排泄途徑為蒸發和徑流。

2滲漏量模擬計算分析

2.1計算條件及計算參數

上下游水庫淹沒區內原有生活用水井和少量的灌溉水井，數量為132眼，深度20～30 m不等。部分水井已經穿透不透水層，在水庫蓄水前要進行回填封堵，水井中的碎石反濾體是否需要封堵，是工程建設時必須要考慮的問題。

由于庫區內的水井大多穿透了不透水層，同時水庫堆石壩的壩基處設置了混凝土防滲墻，當水庫蓄水之后，不透水層以上的水會經過透水層和反濾體向井內流動，在經過不透水層之后再進一步向四周擴散，從而產生明顯的滲漏作用[3]。不透水層之上的地層的滲透系數可以取這些地層的滲透系數的平均值，不透水層以下相同；不透水層以上的水頭高度取水庫蓄水位，不透水層以下則取庫外地下水水位[4]。根據鉆探結果結合相關經驗，獲得如表1所示的各地層滲透系數。

表1　不同地層的滲透系數　cm/s

2.2計算工況與計算方案

上游水庫的最高水位為231.00 m，最低水位為220.00 m;下游水庫的最高水位為218.00 m，最低水位為208.00 m。庫區內共有直徑為35 cm的水井78眼、40 cm的水井45眼、60 cm的水井6眼、80 cm的水井2眼、100 cm的水井1眼。因此選取五種不同井徑，按單井分別計算出封井和不封井情況下的滲漏量。

2.3計算結果分析

利用GEO-SLOPE軟件進行有限元滲流計算，并獲得如表2和表3所示的結果。

表2　封堵前庫內水井滲漏量模擬計算結果

表3　封堵后庫內水井滲漏量模擬計算結果

封堵前與封堵后相比，在最大蓄水位情況下，滲漏總量由1646.02 m3/d減小到341.76 m3/d；在死水位情況下滲漏總量由145.40 m3/d減小到17.99 m3/d。兩者相比，滲漏量減少了79.2%～87.6%。滲漏不僅會造成水資源流失，影響水庫效益的發揮，同時還會對周圍環境造成不良影響，因此需要對庫內水井進行封堵[5]。

3庫內水井封堵施工

3.1封堵設計

根據庫區地層的實際情況、水井的結構，在充分聽取專家意見后，決定采用袖閥管灌漿的方式對井壁反濾體進行水泥黏土漿灌漿封堵，以阻斷水的通道，達到防滲漏的目的。

3.1.1封堵漿液的配合比

采用水泥黏土漿，其中水泥的含量不低于20%。一般在注漿開始時應采用稀漿液灌注，如果注漿量過大或灌注速度過快，則采用較濃的漿液進行灌注[6]。

3.1.2注漿壓力

灌漿封井的注漿壓力受到上部載荷、注漿量以及注漿速度等多種因素的影響，因此在注漿過程中應根據上述因素的變化而不斷調整[7]。根據相關經驗，注漿過程中的開環壓力可以掌握在0.5～1.5 MPa，開環方法以快速法為宜。

3.1.3注漿孔布置

對每一眼水井均按照120°角均勻布設三個注漿孔(如圖1)。為提高注漿封井效果，注漿孔要緊貼井壁，保證灌漿孔處于水井的反濾體中。灌漿孔的深度設計為25 m，孔徑90 mm，豎直偏差不超過1%。

圖1　注漿孔布設示意圖

3.1.4注漿結束標準

由于庫區地質情況復雜，不同水井的使用年限也相差很多，因此不宜利用注漿量作為注漿結束標準。經過對部分水井的灌注試驗，確定在設計壓力下注漿速度小于0.2 L/min時，再持續20 min，如果注漿速度沒有明顯變化，即可終止注漿。

3.1.5封堵方法

在水井上口開挖2.0 m×2.0 m×2.0 m的臺體土坑，在土坑的表面鋪設土工膜，再從井內開始回填壤土，在距離上口1.5 m時開始澆筑C20混凝土進行封填。對深度超過堆石壩防滲墻深度的水井，應該先向水井內回填壤土至防滲墻下2.0 m，然后回填4.0 m深的塑性混凝土，然后繼續回填壤土至地面以下4.0 m處，最后用塑性混凝土封填井口，并碾壓密實。

3.2注漿施工的具體流程

3.2.1定位

根據前期調查資料和監理人員提供的基礎參考點，采用全站儀對井口位置進行精確定位。在確定的鉆孔孔位上作出標記。孔位的確定要十分精準，與設計位置的偏差不得超過3 cm。

3.2.2鉆孔

根據施工要求，注漿孔采用回轉式鉆機進行鉆孔，孔徑設計為90 mm。在鉆孔作業時一定要保持鉆機的平穩運行，確保注漿孔的豎直精度。在鉆進過程中要不斷對灌漿孔的孔斜進行測量，一旦發現偏差超過設計要求，要及時采取糾正和補救措施。對于實在無法進行糾偏的注漿孔，要在征得監理人員和設計人員的同意后，重新鉆取替代孔。鉆進時利用鉆桿的長度測量注漿孔的深度，并適當留出沉渣余量，確保孔深滿足設計要求。

3.2.3下套殼料

當注漿孔鉆到設計深度之后，將預先配置完成的套殼料利用鉆機的鉆桿送至孔底，并持續灌注，直到將鉆孔內的漿液全部置換完畢為止。

3.2.4下注漿管

在下完套殼料并提出鉆桿之后，將預先準備好的注漿管下至設計深度。注漿管的管底要封閉，在管底上方2 m的范圍內每隔1 m鉆4個出漿孔，孔徑設計為10 mm，并設置單向止漿閥。在注漿管下至設計深度后，利用水泥砂漿封閉孔口。

3.2.5制漿

注漿選用的是水泥比不小于20%水泥黏土漿。注漿用的水泥選用32.5號普通硅酸鹽水泥即可。水泥的細度和質量必須符合相關的質量標準。水泥要做到隨時采購，隨時使用，存放時間不宜過長，最多不得超過三個月。此外，水泥要分批使用，當上一批次的水泥使用完畢后，再使用下一批次的水泥。制漿用的黏土可以就地取材，并嚴格過濾去除較大的顆粒。當地生態環境良好，蒲石河的水質符合國家飲用水標準，可以直接用作制漿用水。制漿時首先利用攪拌機制作黏土漿，在過濾后再加入水泥繼續攪拌成水泥黏土漿，漿液的容重掌握在1.4 t/m3左右。

3.2.6注漿與封孔

在套殼料和封孔材料達到注漿設計強度之后，即可進行注漿作業。注漿時的注漿壓力設計為0.3 MPa，注漿開灌壓力要適當加大，可以掌握在0.5～1.5 MPa左右。在設計壓力下注漿速度小于0.2 L/min時，再持續20 min，如果注漿速度沒有明顯變化，即可終止注漿。在注漿結束后，首先拔出注漿管再利用同樣的漿液進行回灌補漿，并不斷攪拌，直到灌滿不再下沉為止。

3.2.7注漿中的特殊情況處理

①灌漿量過大。如果利用最濃的漿液灌漿時灌漿量仍然過大，可能是出現了漏漿通道[8]。可以采取間歇式注漿或在漿液中摻入速凝劑的方式進行處理，盡量達到注漿結束標準，不可提前終止灌漿。②灌漿量過小。如果在灌漿過程中增加灌漿壓力的情況下灌漿量仍然很少，首先要檢查灌漿管路，排除管路堵塞等設備問題。然后采取增加灌漿壓力和降低漿液濃度等措施。③返漿。在注漿結束后，偶爾會出現持續性的返漿現象,其主要原因是單向閥破壞所至，要重新返工。④意外中斷。注漿工作必須連續進行。如果遇到極特殊的偶發狀況造成注漿中斷，應盡快排除事故，并對內管進行沖洗，然后恢復灌漿。恢復灌漿時應按照開灌濃度進行灌注，如果注入率與中斷前沒有明顯變化，則恢復中斷前的濃度進行灌注。

4結論

(1)利用有限元滲流模型對庫內水井滲漏量進行了計算與對比，結果顯示水井封堵極為必要。

(2)結合庫區地質情況，確定了袖閥管灌漿的灌漿方式，并由此制定出合理的灌漿施工方案。

(3)灌漿結束后的現場勘測及壓水實驗表明，灌漿質量良好，達到了設計要求。

參考文獻：

[1]車兆瑞，王相波，李曉軍.蒲石河抽水蓄能電站上水庫防洪調度方案研究[J].黑龍江水利，2015，1(1):60-62.

[2]溫中華，閆飛，解偉.蒲石河水庫預應力閘墩模型受力狀態研究[J].長江科學院院報，2009(8):73-75.

[3]張貴金，潘燁，彭春雷，等.松軟地層防滲灌漿帷幕結構性狀實驗研究[J].工程地質學報，2015(3):526-532.

[4]王樹軍.水利堤壩工程防滲加固工藝[J].水利科技與經濟，2014(9):138-139.

[5]羅永清.水泥黏土灌漿在海塘防滲加固中的可行性研究[J].中國水運(下半月)，2012(3):236.

[6]張貴金，楊松林，陳安重，等.適應深厚復雜巖土層防滲灌漿的可控性黏土水泥穩定漿材及快速配制[J].巖石力學與工程學報，2012(S1):3428-3436.

[7]張貴金，胡榮宗，鐘平，等.新型可控性黏土水泥膏漿試驗研究[J].水利水電技術，2013(2):66-70.