锦屏水电站左岸帷幕灌浆试验与分析_图文

1、前言锦屏一级水电站是雅砻江水能资源最丰富的中下游河段,五级水电开发的第一级,坝址控制流域面积102560km 2,多年平均流量1200m 3/s 。设计双曲拱坝高305m ,正常蓄水位1880m 时,干流回水至卡拉下游,回水长约58km ;总库容77.6亿m 3,调节库容49.1亿m 3,为年调节水库。电站装机容量3600MW ,年平均发电量166.20亿kW h 。大坝左岸基础帷幕线近似平行拱坝轴线,沿基础廊道布置,帷幕中心线基本位于靠上游侧压应力区域内。左岸基础帷幕分别在1885.00m 、1829.00m 、1785.00m 、1730.00m 和1670.00m 高程共设置5层灌浆平洞

2、。由于左岸工程地质条件复杂,电站运行水头高、河床段对帷幕防渗质量要求高、防渗线路长以及灌浆工程量大等原因,按规定,需进行现场灌浆试验研究,探索合理的灌浆设计参数和最优施工方法,为帷幕结构优化和顺利实施创造条件。1工程地质条件锦屏水电站位于著名的“川滇菱形断块”东部,由雅江稻城断块内理塘前波断裂所分割的级断块-雅江九龙断块中部。断块内以褶皱为主,断裂构造不发育。岩石普遍变质,硬化程度较高。该区新构造运动以整体均衡抬升为主,无明显差异性活动,属构造稳定区。工程场区内不具备发生强震的地质构造条件,其地震效应属外围地震带强震活动的波及区,地震基本烈度为度。左岸出露的基岩为中上三叠统杂谷脑组第二段(T2

3、-3Z2大理岩和第三段(T2-3Z3变质砂岩、粉砂质板岩,另外还可见少量后期侵入的煌斑岩脉(X 。(1第二段(T2-3Z2大理岩,总厚度约600m ,分布于左岸谷坡1820m 高程以下,按岩性特征可细分为8层。试验区段主要涉及第48层大理岩,其中第4层岩性为中厚层厚层状杂色角砾状大理岩,夹透镜状、团块状绿片岩,层面裂隙不发育,该层分布的绿片岩岩质较软,片理发育。第5层岩性仇学明(湖南省水利水电科学研究所长沙市410007【摘要】在工程地质条件复杂、运行水头高、防渗要求高等不利条件下,对雅砻江锦屏水电站左岸进行了现场帷幕灌浆试验。灌浆试验采用金刚石钻头回转钻进的钻孔方法,采取孔口封闭、自上而下分

4、段、孔内循环式的水泥浆液灌浆工艺,对帷幕灌浆的可行性及灌浆参数进行了探讨。从灌浆试验成果、检查孔压水试验、物探测试及岩芯采样情况分析,灌浆效果明显,达到了试验的预期目的,并得出了帷幕灌浆施工必需的设计参数,为复杂条件下的帷幕灌浆积累了经验,可供同类大型工程帷幕灌浆时参考。【关键词】帷幕灌浆现场试验施工方法效果分析锦屏水电站左岸帷幕灌浆试验与分析湖南水利水电2008年第1期试验与研究为浅灰至灰白色厚层状大理岩,层面裂隙不发育,岩体新鲜较完整。第6层岩性为深灰色薄 中厚层状大理岩,少量角砾状大理岩,层面裂隙及层间挤压错动带较发育,完整性较差。第7层岩性为厚层状大理岩、条纹状大理岩,层面裂隙不发育,

5、岩体新鲜较完整。第8层岩性为深灰色薄中厚层状大理岩,底部发育较多的绿片岩。(2第三段(T2-3Z3砂板岩,出露于(18202300m 高程之间,厚度约400m ,按岩性组合特征细分为6层,1、3、5层为粉砂质板岩,薄层状;2、4、6层为变质砂岩,厚巨厚状。试验区段主要涉及1、3层粉砂质板岩和2层砂岩。(3煌斑岩脉(X ,煌斑岩脉厚一般(2.03.0m ,局部可达7m 。总体产状N5075°E ,SE 6075°,贯穿分布于左岸坝基及抗力体内。煌斑岩抗风化能力低,在1680m 高程以上普遍弱强风化;1680m 高程以下岩脉多微风化新鲜。2现场灌浆设计锦屏电站坝趾帷幕灌浆设计标

6、准采用透水率值来衡量,要求检查孔全孔压水透水率值均不得大于1L/min m MPa 。试验区孔位布置见图1,布置2排灌浆孔,共布置帷幕灌浆孔10个,孔深60m ,呈梅花形布置,灌浆试验孔为铅直孔。在帷幕轴线布置孔深30m 的抬动观测孔2个,孔深60m 的物探孔3个,检查孔4个,见图1。本次灌浆试验有以下4个目的:(1研究在多裂隙、断层岩石,薄底板混凝土条件下的灌浆施工方法、工艺措施、施工质量及其工效。(2进行灌浆压力试验,采用抬动观测系统与灌浆自动记录仪配套进行监控,以求不产生底板抬动破坏,尽可能地保证灌浆施工顺利进行。(3通过检查孔压水试验,以及采取钻孔芯样素描,研究基岩的可灌性,寻求适宜的

7、单位耗灰量,力求帷幕灌浆经济合理。(4验证、确定灌浆设计方案和有关设计参数,为灌浆优化和顺利实施提供依据。3帷幕灌浆试验3.1施工方法本次灌浆试验是根据锦屏电站水库地层岩性、地质条件的实际情况和国内已建工程的实践,采用孔口封闭、孔内循环、自上而下的分段灌浆法灌浆,同时采取控制注入率,待凝和进行抬动变形监测配合灌浆自动记录等措施,严格控制抬动变形。施工工艺流程如图2所示。帷幕灌浆孔先施工下游排孔,后施工上游排孔,按分序原则逐次进行施工,先施工序孔,然后施工序孔,最后施工序孔。(1钻孔。钻孔采用XY-2B 型回转式钻机,金钢石钻头钻进,物探孔孔径为75mm ,抬动观测孔孔径为59mm ,灌浆孔孔口

8、管段孔径为91mm ,以下各段孔径为59mm 。检查孔孔径为110mm 、130mm 。各试验孔在钻进过程中要严格控制偏斜,保证钻孔的垂直度。(2孔口管施工。灌浆孔第1段灌浆结束,置入1根89mm 钢管,钢管高出孔口以上约10cm ,并有丝扣。向孔内注入0.51的水泥浆,待孔口管与孔壁之间返出浓浆后,导正孔口管,待凝72h 。(3裂隙冲洗及洗孔。各灌浆段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗,回水澄清后结束。各灌浆段在灌浆前进行钻孔冲洗,冲洗方法为由导管向孔底通入大流量水流,污水自孔口返出,直到回水变清,孔内残存杂质沉积厚度小于20cm 后,结束洗孔。洗孔可结合裂隙冲洗同时进行。(4灌浆。帷幕灌浆试验

9、采用自上而下分段孔口封闭法,配备3台参数灌浆自动记录仪进行记录。灌浆采用云南水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥;水泥细度通过80m 方孔筛的筛余量不大于5%,初凝时间大于90min ,终凝时间小于10h ,其余指标必须符合国家水泥规定的质量标准。灌浆分段长度及压力试验范围见表1,最大灌浆压力为6.0MPa 。灌浆浆液遵循由稀变浓、逐级改变的原则。水泥浆水灰比按51、31、21、11、0.81、0.51六个比级进行试验,开灌水灰比一般采用51,可根据浆液注入情况进行调整,调整原则为:注入率(1020L/min ,开灌水灰比采用31;注入率(2030L/min ,开灌水灰比采用21;注入率(304

10、0L/min ,开灌水灰比采用11;注入率大于40L/min ,开灌水灰比采用0.81;注入率大于50L/min 时,采用0.51。图1试区各孔平面布置图表1灌浆孔灌浆压力设计值段次12345段长/m2.51.52.04.05.0灌浆压力/MPa23.04.05.06.0上游排下游排段长/m2.02.53.05.05.0灌浆压力/MPa1.52.03.03.54.0灌浆试验浆液变换标准: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;当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min,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;当注入

11、率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。灌浆过程中,灌浆压力的大小应根据浆液注入率的大小进行控制,见表2,并在试验中根据实际情况进行适当调整。3.2抬动变形观测在试区布置3个抬动观测孔。钻孔压水试验和灌浆过程中均严密监测抬动变形,未发现有较大抬动变形,仅在浅层的部分孔段发生了轻微抬动。根据试验结果,针对锦屏电站水库防渗帷幕岩石地质情况,试验的灌浆压力对岩石稳定是安全可靠的,仅对孔深20m范围内进行抬动观测即可。3.3帷幕灌浆效果检测方法(1物探测试。在试区布置了W-1、W-2、W-3物探孔,采用跨孔声波测试检验帷幕体的效果。(2检查孔压水试验。在灌前按规范要求进行简易压水,压力为该段灌

12、浆压力的80%且不大于2MPa。先导孔(即物探孔压水试验采用单点法压水。另外,在试验区J-2和J-4孔进行了耐久性压水试验,在最大压水压力2.0MPa的工况下,连续压水15d,以检验在高水头作用下防渗帷幕的耐久性。(3检查孔取芯检查。对常规检查孔J-1、J-3以及耐久性压水检查孔J-4进行全孔取芯,以检查帷幕体的防渗能力。4帷幕灌浆试验效果分析4.1单位注入率分析灌浆的单位注入率见表3。由表3可看出:各次序孔的单位注入率呈现递减规律,上游排又较下游排更为明显。上游排序孔的单位注入率较序孔递减61.78%;序孔的单位注入率较序孔递减76.21%,递减规律明显。下游排序孔的单位注入率与序孔基本一致

13、;序孔的单位注入率较序孔递减48.36%,递减规律明显。下游排序与序递减规律不明显,可能与下游排灌浆压力较小有关。4.2压水试验成果分析(1灌前压水试验。试区灌前压水透水率频率值见表4。从表4看出:试区帷幕灌浆试验、序孔透水率小于1Lu的孔段,累积频率分别为90.8%、92.5%、96%,且随着灌浆次序的加密而提高,规律明显。物探孔、帷幕灌浆试验、序孔整孔平均透水率分别为2.1Lu、0.75Lu、0.41 Lu、0.18Lu,且随着灌浆次序的加密而降低,递减规律明显。试区透水率小于1.0Lu的段数频率随着灌浆次序的增进而增加;透水率大于1Lu的段数频率则随着灌浆次序的增进而减少;最后1次序孔的

14、透水率基本满足防渗标准。这说明,各次序孔透水率随着灌浆次序的增进均稍有变化,灌浆帷幕设计参数是合理的。(2灌后检查孔压水试验。试区布设两个常规检查压水孔J-1和J-3,检查孔逐段进行单点法压水试验,压力按相应段灌浆压力的80%并不大于2MPa控制。压水试验结果见表5。从常规压水检查孔J-1和J-3的压水结果中可以看出,全部37段次的压水试验中,透水率均小于设计值1.0Lu,最大值仅为0.3Lu,其中有8个段次透水率为0Lu。检查孔压水试验结果表明,采用试区布孔形式和灌浆工艺,灌浆帷幕的防渗能力能达到防渗标准。(3耐久性压水试验。为了检查在高水头作用下防渗帷幕的耐久性,对检查孔J-2和J-4进行

15、了耐久性压水试验,其中J-2孔为接触段压水,J-4孔为全孔压水。起始压力采用0.5MPa,每隔10min后增加0.5MPa,直至压力达到2.0MPa 后不再升压,维持2MPa压水15d。在压力从0.5MPa上升到2.0MPa的这段时间内流量均接近于0,维持2MPa压水的15d内,最大流量为1.2L/min,最小流量为0,一般在0.18L/ min左右变动,随时间增长,流量基本为0。从耐久性压水试验操作来看,漏水量是稳定的,压水试验时间延续,压入流量略有增加后趋于稳定;这说明,在工作水头压力2.0MPa长表2灌浆压力与注入率关系灌浆压力/MPa1.02.02.03.0浆液注入率/Lmin-130

16、2030灌浆压力/MPa3.04.0>4.0浆液注入率/Lmin-11020<10表4灌前压水透水率频率项目物探孔总计总段数30654025160<1Lu27/9059/90.837/92.524/96147/91.9(15Lu1/3.33/4.62/51/47/4.4(510Lu1/3.32/3.11/2.50/04/2.5(10100Lu1/3.31/1.50/00/02/1.3>100Lu0/00/00/00/00/0平均值/Lu2.10.750.410.180.52段数/频率/%表5检查孔压水试验结果孔号E-1E-2总计总段数1212240Lu5/41.73/2

17、58/33.3(00.1Lu4/33.35/41.79/37.5(0.10.2Lu2/16.72/16.74/16.7(0.20.3Lu1/8.32/16.73/12.5>0.3Lu0/00/00/0平均值/Lu0.050.080.074段数/频率/%表3单位注入率部位上游排下游排单位注入率107841298275127481419kg/m3筛分设备选型一个好的并且有效的砂石料生产系统,不仅应该有好的合适的破碎设备,而且还应该有好的合适的筛分设备。为了使成品砂的细度模数、石粉含量合符要求,并且流程结构合理,筛分设备的正确选型也是十分重要的。正如前面在破碎设备所论述的,任何只用破碎设备的砂

18、石加工系统都不可能按所需要的比例进行砂石料生产。只有破碎机和筛分设备配合使用,才能有效地按所需要的比例进行砂石料生产。筛分设备有许多型号和规格,正确选用筛分设备型号和规格,并和破碎机匹配,可以提高破碎设备的生产能力,并节省投资和生产成本。例如,在大规模砂石料生产系统,配用大型香蕉筛,可以减少筛子使用台数,简化流程。筛网材质的选择,不仅关系到筛网的使用寿命,而且还关系到筛网开孔率和筛分效率。钢丝筛网开孔率和筛分效率都较高,但使用寿命非常短,而树脂筛网开孔率和筛分效率都较低,但使用寿命非常长。4辅助设施和自动控制破碎设备生产效率的发挥不仅和筛分设备的匹配有关,而且还和料仓大小和给料设备选型密切相关

19、。例如,实仓设计不够,很难保证破碎机连续、稳定和满负荷生产。自动化控制不仅可以使破碎设备处于最佳运行和自我保护状态,而且还可以和给料设备连锁,使破碎机总是处于满负荷运行。实践经验表明,加和不加自动化控制系统,可以使破碎机的效率相差20%30%。5结语总之,选择一个运行可靠、技术先进、经济合理的砂石料生产工艺是一项复杂的系统工程设计,不仅要考虑给料粒度,成品骨料的要求、岩石岩性等,而且还要对破碎设备,筛分设备,辅助设施进行合理匹配,同时还要选用自动化控制系统。每个工程项目都有其自身特点,从而也就决定了具有不同的生产工艺。计算机技术的推广应用,使得我们能够非常容易地对每一项目进行多方案技术经济比较

20、,从中选出最合理的工艺生产流程和设备设施配置。水利水电工程经过几十年的生产实践,在砂石料加工系统工艺方面积累了很多保贵的经验,也有不少的教训。可以说目前常用的生产工艺和设备配置已较成熟,但制砂工艺还需进一步完善和发展。(收稿日期:2007-12-28期作用下,帷幕体是稳固的。4.3物探测试在试区布置了W-1、W-2、W-3物探孔,采用跨孔声波测试检验帷幕体的效果。从检测资料可知,灌前波速值变化较大,明显存在低速段、局部波速相对较低部位,灌后波速变化范围相对较小。局部波速相对较高部位,灌后比灌前波速有较大幅度提高,平均提高14.79%。局部波速相对较低部分减少或部分消失,充分说明灌浆效果好。4.4检查孔取芯检查检查孔J-1及J-3钻进过程中,通过取样测试,测得灌浆体的垂直渗透系数为3.01×10-5cm/s,抗渗破坏压力为2.3 MPa。从试验情况可以看出,采用水泥灌浆的方式使水泥浆与充填物形成密实、稳定的有机体,可以满足防渗的要求。4.5特殊情况处理(1在灌浆过程中,出现了冒浆现象。此时根据具体情况采用了表面封堵、加浓浆液、降低灌浆压力等方法进行灌