巩水电站大2型围堰工程地质特征及灌浆技术

巩水电站大2型围堰工程地质特征及灌浆技术

红水河大桥水库是一座集能源、防洪、灌溉等综合利用于一体的水库。正常蓄水位84m，死水位82m。采用泡沫旁流式设备，安装功率为456mw，设计规模为（2）。一期导流碾压混凝土围堰位于左岸滩地,是为发电厂房、12#、13#溢流坝、船闸及冲沙闸、左岸接头坝等工程项目常年施工而设的施工围堰,围堰使用期2年。围堰由上游横向围堰、纵向围堰(含11#泄水闸坝)及下游横向围堰组合而成;围堰轴线全长673m,堰顶高程86.6m,堰顶宽5～9m,最大堰高38.5m,最大底宽27.5m。围堰基础防渗采用水泥灌浆帷幕。1堰基岩体岩溶形态堰基基岩主要为二叠系下统茅口阶深灰色中厚层状、局部巨厚层状灰岩,含少量燧石结核。岩层为单斜构造,走向275°～295°,倾向南西,倾角15°～25°。所见断层有NEE、NWW向陡倾角断层及层间错动带;由方解石充填,胶结较好。裂隙以NWW组最发育,其次为NNW、NNE两组;NWW组按成因分为顺层裂隙及卸荷裂隙,由泥质、方解石充填;NNW、NNE两组为陡倾角裂隙,多数沿裂隙面溶蚀,形成溶槽。堰基岩体岩溶形态主要表现为溶槽、溶蚀裂隙、溶洞,溶洞有沿层面裂隙发育的和沿陡倾角裂隙发育的两部分,一般半充填红色粘土。根据岩溶发育强度,堰基岩体分为强岩溶发育带和弱岩溶发育带。岩体透水性极不均一,透水率小于3Lu,上限线高程为60～-6.0m,相对不透水层埋藏较深,透水率小于3Lu,顶板以上岩体透水率平均值为17.5Lu,最小平均值为8.8Lu,最大平均值为176.7Lu。厂房基坑最低高程为35m,透水岩体厚度15～35m。2钻孔直径层根据堰基岩体岩溶发育及分布特征,沿纵向围堰迎水面并往上、下游围堰各延伸20m布置一排防渗帷幕,孔距2.0m,单排垂直孔,分二序钻灌,其中上游横向围堰钻孔孔底高程为55～42.5m,纵向围堰钻孔孔底高程为40～37.5m,下游横向围堰钻孔孔底高程为56～45m,并要求帷幕伸入岩基不小于10m。为防止灌浆时基岩抬动,布置有抬动观测孔,为辅助勘探、观测地下水位等,布置有先导孔。3钻灌、序孔质量检查灌浆施工程序为:测量放样→钻、设抬动观测孔→先导孔→钻灌Ⅰ、Ⅱ序孔→质量检查孔。灌段工艺流程为:钻孔(一段)→冲冼→压水→灌浆→起塞(不待凝)→钻进(下一段)→终孔检测→封孔。(1)地层开孔控制采用MD-50或MD-60锚杆钻机钻进造孔。先导孔、帷幕灌浆钻孔、检查孔孔径为ϕ80mm,钻孔方向竖直向下。施工中钻机安装平整稳固,利用地质罗盘和水平尺控制开孔的角度,钻进过程中及时采取措施控制孔位和偏斜。钻孔自上而下分段进行,孔口段段长2m,中间各段长度为6m,终孔段段长不大于10m。每段钻孔要准确控制孔深误差不大于20cm。钻孔时对岩层、岩性及孔内各种异常情况进行记录。钻孔过程中如果出现溶洞、塌孔或掉块难以钻进等问题时,及时进行处理或先行灌浆,然后继续钻进。(2)裂隙冲蒸法主要原理各灌浆孔段灌前均采用压力水进行裂隙冲冼,冲冼压力为相应段灌浆压力的80%,并不大于1MPa。裂隙冲冼冲至回水澄清后10min止,且总的时间不少于30min。对回水达不到澄清要求的孔段,继续进行冲冼,保证孔底残留物厚度小于20cm。(3)孔段的压水工艺先导孔各灌段灌浆前及检查孔各段的压水试验,采用单点法,其它灌浆孔各段灌前采用简易压水。压水试验压力为:第一段为0.3MPa,第二段及以下各段为0.5MPa。压水稳定标准:在稳定的设计压力下,每5min测记一次压入流量Q,当连续4次读数中(Q最大-Q最小)/Q终≤10%或Q最大-Q最小<1L/min或连续4次读数均小于0.5L/min,压水试验可以结束,以Q终值计算该孔段的透水率。简易压水:压力为该段灌浆段灌浆压力的80%,压力超过1MPa的,用1MPa,在稳定压力下压水20min,每5min测读一次流量,以Q终值计算该孔段的透水率。钻孔裂隙冲冼、压水和灌浆过程中均进行抬动观测,控制累计抬动值小于200μm。(4)泥浆冲冼及简易压水完成后,即进行灌浆工序。在上、下游围堰各设置一个集中制浆站,浆液搅拌采用高速搅拌机。(5)灌浆灌浆过程纵向围堰(坝上0+025.0～坝下0+150.0)堰基靠近河床,该段地质条件复杂,且受风化影响严重,溶槽、溶沟、黄泥夹层、断层裂隙较多,灌浆过程中出现地表漏浆、串浆、掉钻、卡钻情况较多,特别在97#～99#孔之间、130#～137#孔之间表现更为突出。施工中发现在帷幕线ᐁ48.0m～ᐁ54.0m高程范围内均为黄泥夹层充填。依据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001,采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆,待凝扫孔复灌等方法进行处理,各段均达到了灌浆结束标准。上游围堰帷幕13#、15#、31#、33#、65#、69#、77#孔第一段和下游围堰帷幕217#、227#、243#、247#、255#孔第一段在灌浆过程遇注入量较大且难以结束,其平均单耗均达至1000kg/m以上,是遇到溶洞、孔洞或断层等复杂地质情况。如再继续灌浆不但效果不大,而且还造成很大的材料浪费。针对此特殊情况,采取大排量砂浆泵,选取适宜粒径的粗砂做掺和料的砂浆先对溶洞及大的孔洞等进行灌注封堵,保证了水泥帷幕灌浆的有效性,也节约了施工成本。213#～216#孔在钻孔灌浆过程中,发现从河边有漏水、漏浆现象。在施灌过程中视漏浆的大小,采用低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、灌注速凝浆液(速凝剂主要为水玻璃)或灌注混合浆液等措施进行处理,把该部位的漏水、漏浆点进行了封闭及封堵。4计算的效果帷幕灌浆单点法压水检查合格标准为:透水率q≤3Lu。(1)序孔的灌浆从表1可看出,灌浆前岩层的透水率平均值为116.81Lu,透水率小于3Lu的孔段占30.7%,3～10Lu的孔段占13.1%,10～100Lu的孔段占31.3%,大于100Lu的孔段占24.9%,经过Ⅰ序孔的灌浆,至Ⅱ序孔灌浆前的透水率已减小到58.74Lu,透水率小于3Lu的孔段占33.3%,3～10Lu的孔段占20.3%,10～100Lu的孔段占42.8%,大于100Lu的孔段占3.6%,透水率平均值随灌浆的次序的增进而减小,说明灌浆效果是显著的。检查孔的透水率平均值为2.92Lu,为灌浆前的2.5%,合格率为95.1%,不合格孔段透水率区间在3～10Lu且分布不集中,说明帷幕灌浆质量满足设计要求。(2)单位注入量及灌浆顺序的增加量从表2看出,开始灌浆的Ⅰ序孔的单位注入量平均值为185.36kg/m,到Ⅱ序孔时减小到80.49kg/m,下降为Ⅰ序孔的43.4%,到检查孔时更减小到5.98kg/m,下降为Ⅰ序孔的3.2%,单位注入量随灌浆次序的增进而递减。单位注入量小于10kg/m的灌浆段的频率值,Ⅰ序孔为10.9%,Ⅱ序孔增为17.6%;10～100kg/m的灌浆段的频率值,Ⅰ序孔为31.7%,Ⅱ序孔增为55.2%;100～1000kg/m的灌浆段的频率值,Ⅰ序孔为50.3%,Ⅱ序孔减为25.2%;大于1000kg/m的灌浆段的频率值,Ⅰ序孔为7.1%,Ⅱ序孔减为0.7%;即灌浆段总段数中,单位注入量小的灌浆段的频率值,随着灌浆次序的增进而增加,单位注入量大的灌浆段的频率值,随着灌浆次序的增进而减少,说明灌浆质量是好的。5水泥注入量红水河桥巩水电站一期导流碾压混凝土围堰基础帷幕灌浆于2006年1月～5月间施工,