淺談某抽水蓄能電站上水庫(kù)壩基斷層處理方案

林 志 旺

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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淺談某抽水蓄能電站上水庫(kù)壩基斷層處理方案

林 志 旺

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

某抽水蓄能電站上水庫(kù)壩基F1斷層地質(zhì)條件復(fù)雜，無(wú)論原招標(biāo)地質(zhì)資料，還是施工前的補(bǔ)充勘探，均認(rèn)為該處存在較大的滲漏問(wèn)題，需采取一定的防滲措施。原設(shè)計(jì)方案為截滲墻，但施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及施工難度，提出了帷幕灌漿處理方案。水庫(kù)蓄水后防滲效果良好。對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了闡述，可為類似工程提供施工技術(shù)參考。

壩基；斷層處理；帷幕灌漿；抽水蓄能電站

1 概 述

某抽水蓄能電站上水庫(kù)坐落于浮山花崗巖侵入體上，巖性主要為花崗巖及閃長(zhǎng)玢巖巖脈。庫(kù)區(qū)構(gòu)造主要為斷層及節(jié)理裂隙，F(xiàn)1斷層屬北北西向斷層(NW345°～360°SW∠80°～85°)，為電站上水庫(kù)規(guī)模最大的斷層，由南埡口貫穿整個(gè)庫(kù)區(qū)經(jīng)北埡口延伸至庫(kù)外。北埡口處斷層寬1～2.4 m，上盤影響帶寬3.5～10.2 m，下 盤 影 響 帶 寬

1.5 m，南埡口處由數(shù)條破裂面組成，包括影響帶寬3～5 m，裂面之間有較完整的巖塊，裂隙發(fā)育成組性較強(qiáng)，相互切割，一般切割間距為0.3～2 m，局部可見裂隙密集帶，對(duì)巖體的整體完整性有影響。斷層帶內(nèi)充填角礫巖、碎裂巖，膠結(jié)一般。下盤充填閃長(zhǎng)玢巖巖脈及2～5 cm厚的次生泥，巖脈呈黃色，全風(fēng)化，夾泥呈灰色，受其影響，兩側(cè)巖石呈全～強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)度低，影響帶寬7 m。為確保壩基穩(wěn)定及庫(kù)區(qū)防滲，需對(duì)F1斷層進(jìn)行防滲處理。

2 壩基斷層處理方案的確定

壩基斷層開挖至172 m高程時(shí)，根據(jù)補(bǔ)充勘探孔資料：斷層破碎帶巖芯破碎，斷層影響帶160 m高程以上巖石完整性較差，透水率達(dá)到15 Lu，水庫(kù)蓄水后仍有50 m的水頭差，F(xiàn)1斷層及上盤節(jié)理發(fā)育區(qū)仍將是最主要的滲透途徑，產(chǎn)生滲透破壞的可能性仍然存在，防滲處理宜以斷層斷裂面附近為重點(diǎn)。

原設(shè)計(jì)壩基斷層處理采取截滲墻，截滲墻槽寬1 m，槽深10 m，槽挖情況如圖1所示。槽挖由測(cè)量人員放出截滲墻槽挖的邊線，考慮到斷層部位手風(fēng)鉆鉆孔存在卡鉆、難以成孔的風(fēng)險(xiǎn)而采用高風(fēng)壓鉆機(jī)沿開口線打預(yù)裂孔，周邊預(yù)裂采取一次爆破，且主爆分兩層(5 m)進(jìn)行。開挖料先用長(zhǎng)臂反鏟甩至上游176.5 m高程平臺(tái)，再用反鏟裝20 t自卸汽車運(yùn)至庫(kù)區(qū)棄渣場(chǎng)。截滲墻方案存在很大的施工難度且費(fèi)用較高。

在保證防滲效果的情況下，為減小施工難度、降低施工成本，施工單位提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。根據(jù)壩基斷層處理專題會(huì)意見，為加快施工進(jìn)度，節(jié)約資源投入，對(duì)F1壩基斷層處理進(jìn)行了優(yōu)化，將原基礎(chǔ)處理截滲墻方案取消，在原設(shè)計(jì)帷幕線上下游各增加一排帷幕灌漿。

3 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

因F1斷層影響帶寬，為保證防滲效果，布置了4排帷幕灌漿孔，主帷幕孔深為32 m，加強(qiáng)帷幕、副帷幕為主帷幕孔深的0.6倍，排距為1.5 m，孔距為沿中心線2 m，灌漿孔分Ⅰ、Ⅱ序孔，灌后質(zhì)量檢查采取“五點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)，合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤1 Lu，壓水試驗(yàn)孔需提取巖芯，按取芯次序統(tǒng)一編號(hào)，填牌裝箱，繪制鉆孔柱狀圖并進(jìn)行巖芯描述，巖芯采取率必須≥85%。

4 帷幕灌漿施工

4.1 施工程序

F1斷層加強(qiáng)帷幕先施工邊排加強(qiáng)帷幕孔，再施工副帷幕，最后施工主帷幕(圖2)。

帷幕灌漿總體施工程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→測(cè)量放點(diǎn)→抬動(dòng)觀測(cè)孔→先導(dǎo)孔→加強(qiáng)帷幕Ⅰ序孔→加強(qiáng)帷幕II序孔→副帷幕Ⅰ序孔→副帷幕II序孔→主帷幕Ⅰ序孔→主帷幕II序孔→檢查孔→清面撤鉆。

圖1 截滲墻槽挖及外運(yùn)示意圖

圖2 帷幕灌漿孔位示意圖

單孔施工程序?yàn)椋簻y(cè)量放點(diǎn)→鋪設(shè)鉆機(jī)固定系統(tǒng)→鉆機(jī)就位固定、角度校核→鉆進(jìn)第一段→第一段洗孔及壓水→第一段灌漿→第一段埋管及待凝→鉆進(jìn)第二段→第二段洗孔及壓水→第二段灌漿→鉆灌以下各段→終孔、封孔。

4.2 施工工藝

帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段鉆灌、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。帷幕灌漿段長(zhǎng)5 m，終孔段長(zhǎng)不大于8 m?；炷林喊迮c基巖的接觸段先行單獨(dú)灌漿、埋管并進(jìn)行待凝，接觸段長(zhǎng)度為2 m。

帷幕灌漿孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)配金剛石鉆頭自上而下分段鉆進(jìn)，孔徑為75 mm，取芯孔及質(zhì)量檢查孔孔徑為91 mm。灌漿孔開孔孔位按施工圖紙要求進(jìn)行，開孔孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于10 cm。在鉆孔過(guò)程中，20 m以后每鉆完10 m使用測(cè)斜儀測(cè)斜，測(cè)斜按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)執(zhí)行。

鉆孔完成后，用導(dǎo)管通入大流量水流從孔底向孔外沖洗。裂隙沖洗壓力采用灌漿壓力的80%，壓力超過(guò)1 MPa時(shí)則采用1 MPa。裂隙沖洗至回水澄清后10 min結(jié)束，且總的沖洗時(shí)間不少于20 min，孔底殘?jiān)怀^(guò)20 cm。遇鄰近孔正在灌漿或灌漿結(jié)束不足24 h時(shí)，不得進(jìn)行裂隙沖洗。沖洗后該孔段立即進(jìn)行灌漿；因故中斷超過(guò)24 h時(shí)，灌漿前重新沖洗。

壓水試驗(yàn)在鉆孔及裂隙沖洗后進(jìn)行。先導(dǎo)孔和檢查孔采用五點(diǎn)法壓水，其余孔做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。壓水按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)附錄A執(zhí)行。簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)的段長(zhǎng)與灌漿段長(zhǎng)一致，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。

帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下分段鉆灌、孔內(nèi)循環(huán)、不待凝灌漿法。所有鉆孔均需鑲注孔口管，安裝孔口封閉器。集中制漿站使用高速攪拌機(jī)拌制水灰比為0.5∶1的純水泥漿，制備的漿液分別泵送至各施工部位的低速攪拌機(jī)內(nèi)。灌漿設(shè)備為3SNS型和SGB6-10型灌漿泵，灌漿記錄采用WE/GJ-A型和NW-2005型灌漿自動(dòng)化系統(tǒng)。

漿液采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1五個(gè)比級(jí)。漿液由稀至濃逐級(jí)變換的控制條件按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2001)執(zhí)行。

在灌漿過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量進(jìn)漿和回漿比重，當(dāng)回漿變濃時(shí)，換用與進(jìn)漿相同比級(jí)的新漿進(jìn)行灌注；若效果不明顯，延續(xù)灌注30 min即可停止灌注。

灌漿過(guò)程中經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)并上下活動(dòng)灌漿管，且保持回漿量大于15 L/min，防止灌漿管在孔內(nèi)被水泥漿凝住而造成灌漿中斷。將漿液溫度控制在5 ℃～40 ℃。

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在該灌漿段最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，結(jié)束灌漿。

灌漿孔和檢查孔封孔采用置換和壓力灌漿封孔法。全孔灌漿結(jié)束后，用0.5∶1的水泥漿置換孔內(nèi)漿液；取出所有灌漿管后，用0.5∶1的水泥漿純壓60 min，壓力為最大灌漿壓力。待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，采用干硬性水泥砂漿人工封堵灌漿孔孔口。

5 特殊情況的處理

在帷幕灌漿過(guò)程中，針對(duì)特殊情況采取的處理措施有嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法。在該工程壩基斷層處理帷幕灌漿中采取了低壓濃漿、限流慢灌兩個(gè)方法，具體方法如下：

(1)低壓濃漿。

F1斷層帷幕灌漿壓力及段長(zhǎng)按表1執(zhí)行。

表1 防滲帷幕灌漿壓力及分段表

注：① 如果第一、二段巖石透水率q≤10 Lu，則開灌壓力提高0.2 MPa；反之，如果第一、二段巖石透水率q≥100 Lu，則灌漿壓力減少0.2 MPa甚至更小。如果第三段巖石透水率q≤10 Lu，則灌漿壓力采用1.5 MPa，否則采用1 MPa。② 由于11 m范圍內(nèi)灌漿注入率較大，在低壓甚至“無(wú)壓”下就能注入大量漿液，注意不能過(guò)快升壓，以免破壞地層；11 m以下注漿率逐漸減小或一開始就小于20～30 L/min的情況下，應(yīng)當(dāng)盡快將壓力升到設(shè)計(jì)值。如果在升壓過(guò)程中引起注漿率突然增大，應(yīng)立即查明原因并采取措施處理。灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合灌漿規(guī)定要求。③ F1斷層帷幕灌漿開灌比按表2執(zhí)行。

表2 F1斷層巖石破碎、裂隙發(fā)育灌漿執(zhí)行的濃漿原則與開灌比表

注：表中呂榮值為簡(jiǎn)易壓水測(cè)得的透水率。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)1斷層檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果見表3。

(2)細(xì)流慢灌：對(duì)于巖石破碎、裂隙發(fā)育的淺部地層(11 m以內(nèi))，在控制灌漿壓力的同時(shí)必須控制注漿率。在注漿率為5 L/min·m的情況下灌注，若流量大于5 L/min·m則降壓直至注漿率不大于5 L/min·m。當(dāng)注漿率小于3 L/min·m時(shí)，持續(xù)10 min后進(jìn)行緩慢升壓；如升壓過(guò)程中注漿率增加至6 L/min·m以上時(shí)，立即降低壓力，使注漿率不大于5 L/min·m。

6 結(jié) 語(yǔ)

F1斷層地質(zhì)條件復(fù)雜，采取帷幕灌漿后，檢查孔壓水試驗(yàn)全部合格，巖芯采取率符合設(shè)計(jì)要求，通過(guò)1年多時(shí)間蓄水，壩后量水堰測(cè)量值在正常值范圍內(nèi)，說(shuō)明在 F1斷層采用帷幕灌漿防滲方案是可行、可靠的，為進(jìn)一步摸索在壩基斷層中采取帷幕灌漿防滲提供了有力的施工依據(jù)。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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1001-2184(2017)03-0037-03

林志旺(1987-)，男，湖南株洲人，項(xiàng)目副總工程師，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.