深水抛石围堰防渗帷幕设计与施工探讨

一水利建设与管理　２０１４年・第１２期　深水抛石围堰防渗帷幕设计与施工探讨　范远东，郭青春　（辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳　１１０００３）　【摘　要】　东湖电站进水口拖工采用岩坎加围堰的挡水方案，由于其堰体为块石架空结构，孔隙率较大，无法进行　常规水泥灌浆形成防渗帷幕。根据该工程围堰特点，采用膏状浆液灌浆与水泥浆液灌浆相结合办法进行防渗。经　灌浆后质量检查，围堰灌浆帷幕防渗性能满足设计要求，为其他工程提供了借鉴和参考。　【关键词】　东湖电站；岩坎围堰；膏状灌浆；水泥灌浆　中图分类号：ＴＶ５４３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－４７７４（２０１４）１２－０００６－０４　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　Ｒｉｐｒａｐ　Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　Ｓｅｅｐａｇｅ—ｐｒｏｏｆ　Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＦＡＮ　Ｙｕａｎ—ｄｏｎｇ，ＧＵＯ　Ｑｉｎｇ—ｃｈｕｎ　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１　０００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｂａｎｋ　ａｎｄ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｆｏｒ　Ｄｏｎｇｈｕ　Ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｌｅｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｉｓ　ｉｎ　ｓｔｏｎｅ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｃｅｍｅｎｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｆｏｒ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｓｅｅｐａｇｅ　ｐｒｏｏｆ　ｃｕｒｔａｉｎ．Ｃｒｅａｍ　ｓｌｕｒｒｙ＂ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｅｎｌｅｎｔ　ｓｌｕｒｒｙ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ａｒｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｆｏｒ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　ｓｅｅｐａｇｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐ　ｅｃｔ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｈｅｃｋ　ａｆｔｅｒ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｓｅｅｐａｇｅ—ｐｒｏｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｃｕｒｔａｉｎ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｒｅｂｙ　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｒｅｔｅｒｅｎｅｅ　ｆｏｒ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｏｎｇｈｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ；ｒｏｃｋ　ｂａｎｋ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｃｒｅａｍ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｃｅｍｅｎｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　１概述　１．２围堰特点　１．１　工程概况　该工程采用岩坎加围堰挡水方案，岩坎位于底部，　高度为１３．５ｍ，岩坎上部修建施工围堰，围堰挡水高度　３１ｌＩｌ。由于当地缺乏筑坝材料，围堰只能由洞挖石渣　东湖电站取水口施工围堰长８１．７ｍ，堰顶高程　３０７．６ｍ，顶宽为６ｍ，最大堰高３１．６ｍ（轴线处），围堰上　游边坡为１：１．５，下游边坡为ｌ：１．７５，堰体由钻爆法洞　挖石渣料填筑而成。堰体防渗采用４排灌浆帷幕形　成，排距１．５ｍ，上下游２排为膏状浆液灌浆帷幕，中间　２排为水泥浆液灌浆帷幕，膏状浆液灌浆孔距１　ｍ，水泥　浆液灌浆孔距２ｍ。　围堰横剖面见下页图１。　料填筑而成。堰体成为块石架空结构，因部分块石　体积较大，造成孔隙率较大，达到了３０％，无法进行　常规水泥灌浆进而形成防渗帷幕。根据该工程围堰　特点，采用膏状浆液灌浆与水泥浆液灌浆相结合的　办法进行防渗。　・６・　范远东等／深水抛石围堰防渗帷幕设计与施工探讨　图１东湖电站取水口围堰横剖面　说明：１．图中尺寸单位除高程为ｍ外，其他均以ｍｍ计。　２．堰顶临水位３ｍ宽为安全距离。　２工程地质条件　基岩岩性较单一，均为元古界二长花岗岩，分布面　积大。水下沟底基本无松散堆积物。水下表层岩体为　弱风化，其下限埋深约为１０～３０ｍ，起伏较大，呈现上　游高下游低的规律。两岸岩体表层以弱风化为主，其　下限埋深为１０～３０．５ｍ，起伏较大，呈现两岸高谷底低　的规律。　１０．５ｍ至孔底（３４．５０ｍ）透水率４～６．８０Ｌｕ，为弱透水。　３帷幕灌浆设计　３．１　膏浆凝结体强度要求　３天设计强度大于５ＭＰａ，７天设计强度大于　７．５ＭＰａ，２８天设计强度大于１０ＭＰａ。　３．２灌浆帷幕防渗标准　帷幕厚度６＝３～５ｍ；透水率ｑ≤７～１０Ｌｕ；允许渗　弱风化岩完整性系数值为０．０７～０．７５，弱风化岩单　轴饱和抗压强度建议值为４０ＭＰａ。微风化岩完整性系　流梯度［Ｊ］Ｉ＞６。　３．３灌浆孔布置　围堰防渗帷幕孔按４排布置，上下游２排为膏状　浆液灌浆帷幕，中间２排为水泥浆液灌浆帷幕，从上游　至下游排距依次为１ｍ，１．５ｍ和１ｍ。膏状浆液灌浆孔　距为１ｍ，泥浆液灌浆孔距为２ｍ。灌浆孔布置见图２。　数值为０．５７～０．７９，单轴饱和抗压强度建议值为６０ＭＰａ。　根据钻孔压水试验成果，该区弱风化二长花岗岩，　透水率一般为４～１４Ｌｕ，为弱～中等透水。其中埋深　０～１０．５ｍ段，透水率１４Ｌｕ左右，为中等透水。埋深　膏状灌浆孔　．Ｌ　１　／　、‘ｙ　．　１ＩＦ、（　．　－、‘　．　－、‘　．　－、‘　．　－、（），　、‘），　－排　０　－＿　１　Ｊ．　．、．一２ｏｏ０～．一２ｏ００一．　’　————．查塑　鏊　／＼　排２　一　’一　’—０　ｌ　ｇ　一　＜　＝；＝　———　一　　『■　’＾Ｖ　Ａ　．、Ａ　、Ｊｒ　＇ｌ，　＼Ｊｒ　Ｉ，　排１　０　一　ｌ一　２０００　ｌ一　＾　Ａｍ．　一ｌ一　２０００　一ｌ一　　ＡＩｍ　ｎ　一ｌ　一ｌ　▲　＾　▲　ｎ　『　１　▲　－　＾＼　－　图２东湖电站取水口围堰灌浆孔布置　●一膏浆Ｉ序孔；　一膏浆ｌＩ序孔；．【）一水泥浆Ｉ序孔；（１Ｉ一水泥浆Ｉ序孔　排　・７－　范远东等／深水抛石围堰防渗帷幕设计与施工探讨　工艺流程见图３。　跟管钻孔到嵌入基岩１　Ｏｍ　在套管内下设灌浆内管　拔出第一段套管　安装灌浆装置　灌浆　浆液配置　＞　调整浆液配比继续灌浆　＜　三＝＝　拔出所有套管　本孔灌浆结束　图３东湖电站取水口围堰灌浆工艺流程　５．３灌浆过程中特殊情况处理　５．３．１灌浆中断　灌浆宜连续进行，灌浆过程中因故造成长时间灌　浆中断的，立刻用清水冲洗灌浆孔段，然后进行复灌。　５．３．２　串浆处理　采取多序次加密方式进行施工，尽可能避免发生　串浆现象。如发生串浆应立即停止钻孔，并拔出孔内　套管，对串浆孔孔口进行封堵处理，严防串浆导致钻孔　内套管被“固死”。　５．３．３　冒浆处理　堰体灌浆在无盖重的条件下进行，在进行孔口段　灌浆过程中不可避免地出现地表或孔口冒浆情况，导　致灌浆效果不佳。上述情况发生后，采用间歇待凝或　浆液变浓方法进行处理。　５．３．４灌浆注入量较大的处理　灌浆过程中，当灌注浆液出现吸浆量大、长时间不　能结束灌浆时，采用间歇３０ｍｉｎ左右时间、掺加速凝剂　的方法进行处理。　当灌浆达不到设计压力，而注入量达到５ｔ／ｍ时，　待凝后（时间经现场试验确定）进行复灌，复灌水灰比　逐级由稀变浓。吸浆量过大孔段，增大浆液密度，掺加　外加剂等；也可间歇灌浆，以２．５ｔ／ｍ、１．５ｔＹｍ逐渐减量　控制，间歇时间３０～６０ｍｉｎ。　如灌浆段遇见大量吸浆且难以结束时，首先重新　调制浆液，在浆液达到最大容许水固比后，再陆续添加　速凝剂、细砂，直至这些灌浆材料形成混合浆液。遇到　这种情况，在孔口返浆后不宜追求灌浆压力而应当及　时起拔套管，严防套管“固死”孑Ｌ内，同时，依据最后次　序孔的注入量情况决定是否在该孔周边补孔灌浆。　５．３．５灌浆注入量偏小的处理　灌浆过程中，如出现吸浆量过小，根据实际情况并　报监理批准后，调整浆液配比，增加浆液流动性，确保　灌浆效果。　６防渗效果评价　６．１灌浆注入量分析　围堰灌浆试验共完成膏浆试验孔２排，完成钻孔　工程量１０２１．５ｍ，灌入水泥量１８０３．６１ｔ。膏浆灌浆试　验区共计２８孔，共计６５９段，Ｉ序孔共计３３３段，平均　单位注入量２０８９．３８ｋｇ／ｍ，ＩＩ序孔共计３２６段，平均单　位注入量１４２７．６ｋｇ／ｍ。　水泥灌浆孔６个，完成钻孔工程量２８２ｍ，灌入水　泥量１４１．３７ｔ。帷幕灌浆试验共计１４７段，Ｉ序孑Ｌ共计　７２段，平均单位注入量５８９．８２ｋｇ／ｒｎ，ＩＩ序孔共计７５　段，平均单位注入４１２．８７ｋｇ／ｍ。　６．２岩芯分析　现场取出的最长岩芯为０．７ｍ，堰体不同填筑料与　膏浆胶结在一起，胶结和结石情况较好，证明在堰体空　腔部位膏浆可以保证充填。在堰体与下部沉积体和基　岩部位取出部分短柱状膏浆结石，结石情况密实，证明　堰体与基岩结合部位充填效果良好。　６．３压水试验分析　现场共布置２０个检查孔，压水试验结果为２～　３Ｌｕ，满足设计要求。　６．４无损声波测试　围堰无损声波测试采用声波透射法，目的是检测　钻孔声波的波速。现场采用跨孔方法，共检测深度　４７ｍ，检测波速范围为１．８６—４．６７ｋｍ／ｓ，满足要求。检　测仪器设备采用数字超声仪，包括双孔换能器、数据自　动连续采集。仪器设备及现场联接如（下转第５页）　・９・