布尔津山口水利枢纽工程基础帷幕灌浆施工技术_季晓冬.pdf

2023.No.3四 川 水 利布尔津山口水利枢纽工程基础帷幕灌浆施工技术季晓冬(新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆 昌吉，831100)【摘要】灌浆施工压力过大，会严重影响灌浆质量。为使灌浆施工压力保持在合理范围内，提升水利工程基础帷幕灌浆施工质量，文章以布尔津山口水利枢纽工程为例，研究该工程中基础帷幕的灌浆施工技术。提出了一种水利工程基础帷幕灌浆施工技术:选取低浆力的灌浆材料，提高材料的整体强度;布设基础帷幕简易灌浆孔，增强灌浆孔抗压能力;衔接帷幕形成封闭抗压屏障，降低帷幕渗透性能;采用压力封孔法封堵钻孔，避免灌浆裂缝及其他缺陷，进而实现工程帷幕的高质量灌浆施工。施工结果表明，应用新施工技术后灌浆压力在可接受范围内，灌浆施工质量较高，具有一定推广价值。【关键词】水利工程基础帷幕灌浆施工技术设计中图分类号:TV543.5文献标志码:A文章编号:20951809(2023)030067040引言灌浆技术是利用压力，将浆液通过灌浆孔注入相关建筑物的孔隙中的一种技术，其可以改善建筑物的力学性能，实用性较强，应用范围较为广泛，本文将其应用在布尔津山口水利枢纽工程中，提高工程大坝的抗渗、抗洪强度1。灌浆技术按照灌浆机理可以分为以下六类:充填灌浆主要应用于孔隙较大的区域，改善土体稳定性;劈裂灌浆主要应用于灌浆压力较大区域，改善浆液渗透性;基岩裂隙灌浆主要应用于水坝防渗与加固方面;界面灌浆主要应用于地层灌浆，改善地层的力学性能;混凝土裂缝灌浆主要应用于沉降裂缝地面灌浆，恢复混凝土结构的整体性;挤密灌浆主要应用于软土地基中，增加土体密实度，调整土体孔隙。无论是哪一种灌浆方式，均具有加固、改善力学性能的效果，对于建筑领域的发展具有重要作用2。从理论上讲，灌浆方式根据建筑物、大坝、岩体等结构而定，使用灌浆施工技术之后，建筑物、大坝、岩体等结构强度、抗渗性能均得到提升，结构性能得以完善3。基于此，本文在布尔津山口水利枢纽工程中，利用基岩裂隙灌浆方式，进行基础帷幕灌浆施工，并通过试验验证设计技术的有效性，以期为最大限度地保证该工程大坝的加固效果与低压施工水平提供一定帮助。1工程概况布尔津山口水利枢纽工程水库总库容 2.22亿 m3，电站总装机容量 220MW，属于大(2)型工程，大坝类型为混凝土拱形大坝，水库的常规水位在 646m 左右，死水位在 620m 左右。由于布尔津山口水库枢纽工程中的水库大坝渗透压力较大，大坝稳定性不佳，亟须进行帷幕灌浆改进设计4。本工程在施工区域右岸引入一个 500t 的水池，用作潜水泵、加压泵等抽水系统。在施工区域的左岸 1#缆机配电室中，接引一个 1250kVA 变压器，并接到施工工作面上。同时，在左岸缆机主机房下游 678m 高程处，布置一个集中制浆站，在站中放置两台 ZJ400 型高速搅拌机，为灌浆施工提供条件。2基础帷幕灌浆施工技术设计与施工2.12.1选取低浆力的灌浆材料选取低浆力的灌浆材料本文选取低浆力灌浆材料作为灌浆施工浆液主剂。为了使布尔津山口水利枢纽工程灌浆压力始终保持在合适压力范围内，将灌浆材料分为固粒材料与化学材料5。其中，固粒材料掺杂水76季晓冬:布尔津山口水利枢纽工程基础帷幕灌浆施工技术2023.No.3泥、砂石、粉煤灰、黏土等材料;化学材料掺杂丙凝树脂、酸性水玻璃、CW 系列灌浆材料。固粒材料中水泥矿物成分与化学成分如表 1 所示。表 1水泥矿物成分与化学成分成分含量(%)2CaOSiO27.2137.223CaOAl2O32.1815.883CaOSiO238.5265.934CaOAl2O3Fe2O35.7617.52SiO219.3723.13CaO66.0866.99Al2O34.157.63Fe2O31.555.85MgO0.784.92如表 1 所示，2CaOSiO2、3CaOAl2O3、3CaOSiO2、4CaOAl2O3Fe2O3为水泥材料中的矿物成分;SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO 为水泥材料中的化学成分6。通过上述矿物成分与化学成分的添加，灌浆浆液的可灌性能得以提升。再加上水溶剂，将灌浆浆液搅拌成流动性强的低浆力灌浆材料，以此从材料上降低施工灌浆压力。2.22.2布设基础帷幕简易灌浆孔布设基础帷幕简易灌浆孔布尔津山口水利枢纽工程的地质条件较为复杂，本文初步确定，在 575m 高程以下，基础灌浆廊道主副帷幕区域灌浆孔深度为主帷幕的一半，在此布设呈三角形排列的简易灌浆孔7。这种灌浆孔的稳定性较强，孔间距离为 200cm，排间距离为120cm。在575m 高程以上，基础灌浆廊道直接在 575m、605m、649m 处布设灌浆排孔，孔间距离为 200cm，排间距离为 150cm。同时，本文根据地质条件，对灌浆孔进行加密。灌浆孔布设加密状态下，最高灌浆压力控制在 2.0MPa 以内，保证灌浆质量，如图 1 所示。图 1灌浆孔布设示意在灌浆孔布设过程中，蓄水位上方的灌浆孔作为 先 导 孔，孔 深 度 在 帷 幕 深 度 的 500cm 1000cm 范围内，并将先导孔的分段与蓄水位下方的灌浆孔分段达成一致。蓄水位下方灌浆孔开孔孔径为 9.10cm，最小孔径为 5.95cm，并控制灌浆孔的方位角，终孔方位角控制在 2.5以内8。灌浆孔布设完成之后，利用金刚石钻头清洗灌浆孔，并利用注浆泵向灌浆孔中注浆，注浆泵的最大供水量控制在 150L/min 左右，泵间压力控制在10MPa 左右，即可保证注浆量的充足与稳定。2.32.3衔接帷幕形成封闭抗压屏障衔接帷幕形成封闭抗压屏障将主帷幕与副帷幕水平衔接，衔接接头为普通硅酸盐材料，能够抵御强腐蚀物质。在灌浆孔上游侧壁按照水平方向衔接并灌浆，衔接管路以高压胶管为主要材料，在主帷幕与副帷幕相衔接的基础上，保证灌浆浆液流通，进而形成封闭的抗压屏障，如图 2 所示。图 2抗压屏障示意抗压屏障形成之后，输浆压力在 0.5MPa 1.0MPa 范围内，输浆速度在 1.4m/s2.0m/s 以内，浆液始终保持在流动状态中，有效避免了浆液沉淀与凝结现象。此时，灌浆状态按照先下游后上游的顺序进行。本文采用基岩裂隙灌浆的方式，将灌浆管设置在灌浆孔底部 50cm 处，并采用自上而下，循环高压的顺序施工。受到布尔津山口水利枢纽工程环境条件的限制，容易在灌浆过程中出现压力突然增大的问题，需要立刻停止灌浆，中断灌浆的时间在 10min 以内，再由施工人员查明原因9。在抗压屏障区域处的灌浆孔深度为 300cm，一次灌浆结束后，该区域的浆液灌浆完成。灌浆孔深度超过 300cm，但未达到 500cm 时，灌浆过程出现相邻灌浆孔串浆的情况，立即控制灌浆压力，将其重新控制在 1.0MPa 以内，重新灌浆，即完成该区域的灌浆。灌浆孔深度超过500cm 时，灌浆过程中吸浆量减小，在同一屏障上灌注浆液，同时控制灌浆压力，即可完成该区域的灌浆。862023.No.3四 川 水 利2.42.4采用压力封孔法封堵钻孔采用压力封孔法封堵钻孔本次工程在不同灌浆段区域的注浆率不同，注浆率1L/min 时，灌浆时间90min;注浆率0.4L/min 时，灌浆时间在 60min 左右。在灌浆全部完成之后，采用压力封孔法封堵住灌浆孔，保证浆液不再流出，如图 3 所示。图 3灌浆孔封堵施工在灌浆孔区域以 0.5 1 的比例调制封堵浆液，并将封堵浆液的压力设定为该灌浆孔的最大灌浆压力，以注浆率 1L/min 的速度，封堵 30min后，即完成灌浆孔的封堵。由于封堵压力超过灌浆压力，封堵完成之后，浆液仍能继续保持同一灌浆压力，在灌浆孔内流通。完成灌浆孔封堵之后，一一检查各个灌浆孔的封堵情况，胶管口始终位于灌浆表面之下，回填紧致。检查过程中，发现了一个灌浆孔出现冒浆的情况，立即采取表面浆液限流封堵的方式，二次封堵 10min 之后，冒出的浆液得以凝结。随后，再次重复封堵步骤，确保灌浆孔完全封堵。3施工结果在上述施工环境下，帷幕灌浆基本完成，此时灌浆的相关质量参数如表 2 所示。表 2质量参数灌浆质量检查内容质量参数灌浆孔偏差5cm孔口管出露距离10cm灌浆孔深度300cm灌浆砂粒径0.25mm灌浆砂细度模数2.0透水率3Lu灌浆孔压力流量差1L/min浆液水灰比2 1吸浆量30L/min灌浆中断次数1 次中断时间10min封孔水灰比0.5 1根据此施工技术施工之后，灌浆孔偏差、孔口管露出距离、灌浆孔深度、灌浆砂粒径、灌浆砂细度模数、透水率、灌浆孔压力流量差、浆液水灰比、吸浆量、灌浆中断次数、中断时间、封孔水灰比等质量检查内容，均在合格参数范围之内。此时，利用灌浆记录仪中的压力测试功能，对灌浆压力情况进行分析，如图 4 所示。图 4灌浆记录仪灌浆记录仪的主机尺寸为 42.5cm30.5cm15.5cm，重量约 8.4kg，在室外携带较为适宜，压力测试结果较为准确。本文使用灌浆记录仪中的压力按钮，测试灌浆过程中的压力情况，该记录仪测得的压力数据分辨率为 0.01MPa，量程在 0 10MPa 范围内，供电电压为 AC220V10%，适应温度在40+60范围之内，工作湿度90%。由此得出的灌浆压力结果如表 3 所示。表 3施工结果灌浆孔基岩孔深(cm)基础灌浆压力(MPa)使用本文设计的施工技术之后灌浆实际压力(MPa)GJ_I1000.520.51GJ_II2000.580.57GJ_III3000.610.61GJ_IV4000.670.66GJ_V5000.730.73GJ_VI6000.790.79GJ_VII7000.820.80GJ_VIII8000.880.88GJ_IX9000.940.92GJ_X10001.031.02如表 3 所示，随机选取出 10 个灌浆孔，并将其以 GJ_IGJ_X 顺序进行编号，每一个灌浆孔深度对应着 100cm1000cm。本文将基础灌浆压力作为施工前提，超出或低于基础灌浆压力的 0.1MPa，很容易影响灌浆质量。在此条件下，使用本文设计的施工技术之后，实际灌浆压力与基础灌浆压力之间相差 0.01MPa。其中，在 GJ_III、GJ_V、GJ_VI、GJ_VIII 等灌浆孔处，实际压力与基础压力一致。其余灌浆孔均在可接受的灌浆压力范围内，灌浆施工质量较高，符合本文研究目的。4结语96季晓冬:布尔津山口水利枢纽工程基础帷幕灌浆施工技术2023.No.3为提升水利大坝的物理性能，须进行灌浆施工，强化水工建筑的安全。基于此，本文设计了针对布尔津山口水利枢纽工程基础帷幕的灌浆施工技术。分别从选取材料、布设灌浆孔、衔接抗压屏障、封堵钻孔等方面，将灌浆压力控制在合适范围内，保证灌浆施工质量。通过以上研究，旨在改善工程大坝的力学性能，在真正意义上实现水利工程的高质量建设。参 考 文 献 1 岳乾永循环式自上而下分段帷幕灌浆施工在花崖河水库坝基处理中的应用J 内蒙古煤炭经济，2021(15):193194 2 王 军，张 楚，鲁玉军，等帷幕灌浆施工技术在地下厂房岩溶系统中的应用J 云南水力发电，2021，37(04):146149 3 字政明，李仲钰，潘登喜，等乌弄龙水电站地下厂房帷幕灌浆施工管理实践J 云南水力发电，2021，37(02):5357 4 杨再志，张会员，刘 军，等乌弄龙水电站大坝帷幕灌浆工程施工质量管理与实践J 云南水力发电，2021，37(02):7578 5 王海艳，王树生，娄旭峰高海拔地区岩层性状变化下的帷幕灌浆施工重点浅析J 四川水利，2020，41(05):2224 6 王丽红基于帷幕灌浆法的水电站工程特殊地层施工技术研究 J 三峡大学学报(自然科学版)，2020，42(05):2427 7刘宗显，余 佳，吴斌平，等基于 LWOA 和 MKS-VM 算法的帷幕灌浆施工质量模糊综合动态评价研究 J 水利水电技术，2020，51(06):7283 8 胡其林，张家富，王昌平，等无盖重覆盖层下部砂岩地层帷幕灌浆施工技术应用J 四川水利，2020，41(03):5356 9 赵 路，刘 园，谢 诣水电水利工程压力钢管灌浆孔应力集中敏