CCS水电站首部枢纽坝基帷幕灌浆试验研究

姚　阳, 杨继华, 张党立, 杨风威

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州　450003)

1　概况及工程地质条件

CCS水电站工程[1]位于厄瓜多尔Napo省和Sucumbios省境内的COCA河下游。电站总装机容量1 500 MW,是厄瓜多尔最大的水电站。首部枢纽工程位于Salado河和Quijos河两河交汇处下游约1 km的Coca河上,主要包括溢流坝、取水口及沉沙池、混凝土面板堆石坝等工程。其中溢流坝布置在坝址区左侧垭口处,坝顶高程1 289.50 m,坝顶长度约271.75 m。依次布置有左岸挡水坝段,8孔开敞式WES实用堰以及三孔冲沙闸。

帷幕试验区地层为第三系花岗闪长岩侵入体(gd),岩体似斑状结构、块状构造。由于岩相的变化,存在蚀变现象,侵入体边缘有重结晶作用。

钻孔揭露的地质条件:岩体风化较严重,风化层厚度由左至右有所减小,全强风化花岗闪长岩开挖后表现为砂土,类似于第四纪沉积物,但是在未开挖时却与砂土有本质区别,钻进过程中由于钻头的扰动,芯样呈“砂砾状”,未见柱状岩芯,全强风化岩层厚度10～15 m。弱风化至新鲜岩层,裂隙较发育,裂隙面为略微粗糙的平面,充填物为黏土及氧化物,岩芯呈柱状、块状。

2　帷幕灌浆设计

首部枢纽帷幕灌浆试验区位于防渗墙右侧,桩号:S0+245.088 m～S0+257.088 m,地面高程1 254.0 m。灌浆孔呈单排布置,区内布置灌浆试验孔13个,其中Ⅰ序孔2个,间距为8 m;Ⅱ序孔1个,间距为4 m;Ⅲ序孔4个,间距为2 m;Ⅳ序加密孔6个,间距为1 m,灌浆结束后封闭灌浆孔。为检查灌浆效果在灌浆孔中间布置2个检查孔(图1)。

图1　灌浆孔布置图

3　灌浆材料

试验采用水、水泥、膨润土及减水剂作为主要灌浆材料,各项材料均符合相关规范标准的要求[2]。

灌浆浆液水灰比采用1.5∶1、1.2∶1、1∶1、0.8∶1四个配合比,浆液中掺加水泥重量0.5%的膨润土和0.5%的超流态添加剂,采用ZJ—400C制浆机制浆。开灌水灰比为1.5∶1[3],浆液由稀到浓使用。灌浆施工过程中,试验室对现场配置的浆液进行了取样,试验结果见表1。

浆液变换原则如下:

(1)当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或当注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。

表1　浆液性能试验成果表

(2)当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应改浓一级。

(3)当注入率>30 L/min时,可根据具体情况越级变浓。

4　灌浆试验

4.1　钻孔及钻孔清洗

钻孔采用GX-1TD钻机钻孔。孔口非灌段采用Φ110 mm钻头钻孔埋设Φ98 mm孔口管,灌浆段采用Φ75 mm或Φ91 mm钻头钻进。钻孔结束后采用大流量水和压缩空气进行钻孔冲洗,冲洗至回水清净即可。

4.2　压水试验

部分孔灌前、灌后进行压水试验[4-5],压水持续10 min 结束,每2 min 测一次压入流量,取最后一个流量进行透水率计算。因钻孔地质条件复杂,吸水量巨大而无法达到既定压力的试段,将泵调整最大排量压水10 min,按实际测得的压力、流量进行透水率计算。透水率按下式计算。

q=Q/PL

(1)

式中:q为透水率,Lu;Q为压入流量,L/min;P为压水压力,MPa;L为压水段段长,m。

4.3　灌浆方法

根据钻孔地质条件采取:自上而下分段灌浆或自下而上分段灌浆的方法[6-9],并参考国内已建工程实践[10-12]。

自上而下灌浆法的施工顺序:开孔埋孔口管→第一段钻孔、清孔→压水→灌浆→第二段钻孔、清孔→压水→灌浆……→终孔段钻孔、清孔→压水→灌浆→封孔。

自下而上灌浆法的施工顺序:钻孔、清孔→孔底段灌浆……→孔口段灌浆→封孔。

灌浆压力按式(2)选取,最大灌浆压力2.5 MPa。试验过程中对灌浆压力进行了调整,具体灌浆段的压力见表2。

P=0.4+0.03H

(2)

式中:P为灌浆压力,MPa;H为灌浆深度,m。

表2　灌浆压力控制值

以表3列出的时间内每米灌浆量<2 L,结束该段灌浆。

表3　灌浆结束标准

5　试验成果分析

透水率区间频率统计、单位耗灰区间频率统计、灌浆成果分序统计及压水成果分序统计见表4-表7。

由上表可以看出,灌前压水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序孔压水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序孔压水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;加密孔压水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序孔单耗灰394.7 kg/m,Ⅱ序孔单耗灰246.1 kg/m,Ⅲ序孔单耗灰171.3 kg/m,加密孔单耗灰103.0 kg/m,耗灰量的递减表明灌浆随分序加密进行,耗灰量逐次序递减,符合灌浆施工的一般规律,初步确定最佳灌浆孔距约0.8～1.2 m。

Ⅰ序孔钻孔后孔口涌水量超过60 L/min,随着灌浆孔按次序推进,孔口涌水量明显减小,直至检查孔钻孔后孔口基本无涌水,说明经过灌浆浆液挤压、充填地层中的孔隙、裂隙,有效降低了地层的透水性。

质量检查孔压水采用1 MPa压力进行,检查孔19段压水,最大透水率34.3 Lu,最小透水率0.39 Lu,平均透水率12.9 Lu,与Ⅰ序孔相比透水率递减72.4%。但与设计要求有一定的差别,分析原因主要是上部岩体风化较严重。后来增加了坝基上下游的固结灌浆,并增加帷幕灌浆孔的排数后,满足设计要求。

表4　透水率区间频率统计表

表5　单位耗灰量区间频率统计表

表6　灌浆成果分序统计表

表7　压水试验成果分序统计表

根据本次试验灌浆前后孔内涌水量变化、各次序孔单耗灰递减、检查孔试段透水率来看,灌浆取得了明显的效果,提高了防渗能力。

6　结语

CCS水电站首部枢纽坝基灌浆试验结果表明,帷幕灌浆对降低坝基岩体的透水性,具有明显的防渗效果。试验结果可为全面施工的灌浆方案、浆液配合比、灌浆孔间距等提供科学依据。

参考文献:

[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,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

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[5]SL31—2003,水利水电工程钻孔压水试验规程[S].

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[9]张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002:158-168.

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