響水澗抽水蓄能電站上水庫(kù)帷幕灌漿試驗(yàn)分析

張希孟，楊曉誠(chéng)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

響水澗抽水蓄能電站位于安徽省蕪湖市繁昌縣峨橋鎮(zhèn)，距蕪湖市區(qū)45km。電站樞紐工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和地面開(kāi)關(guān)站等組成，裝機(jī)容量1000MW。上水庫(kù)由主壩、南副壩、北副壩和庫(kù)岸山嶺組成，主、副壩均為鋼筋混凝土面板堆石壩。上水庫(kù)正常蓄水位高程220m，總庫(kù)容為1748萬(wàn)m3。

2 試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)

本次試驗(yàn)屬施工階段生產(chǎn)性試驗(yàn)，目的是從技術(shù)上論證擬采用水泥灌漿方案的可行性、效果的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，探索壩址基巖體及庫(kù)岸巖體的可灌性，對(duì)帷幕灌漿的設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)(孔距、排距、孔深、孔徑、灌漿壓力等)進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，推薦合理的施工工序及工藝，選擇適宜的灌漿材料和最優(yōu)的灌漿水灰比。

3 原材料室內(nèi)試驗(yàn)成果

在施工開(kāi)始前，對(duì)各個(gè)比級(jí)的漿液進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，摻加了JC－002型高效減水劑。主要試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。漿液試驗(yàn)結(jié)果表明能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表1 水泥漿液物理性能檢驗(yàn)成果表

4 帷幕灌漿試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇與試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)上水庫(kù)地質(zhì)條件以及設(shè)計(jì)要求，將灌漿試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在主壩ZZ21和NZ9兩塊趾板做趾板帷幕試驗(yàn)，上進(jìn)、出水口上方做無(wú)蓋重條件下的帷幕灌漿試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)給定的孔距條件下共分3個(gè)試區(qū)，各試區(qū)布孔情況如圖1、2、3所示。根據(jù)前期固結(jié)灌漿參數(shù)，擬定第一、二試驗(yàn)區(qū)灌漿壓力第一段為0.8MPa、第二段為1.1MPa，第三段以后為1.5MPa;第三試驗(yàn)區(qū)第一段為0.6MPa、第二段為0.9MPa，第三段以后為1.5MPa。

5 試驗(yàn)工藝方法

5.1 鉆進(jìn)與沖洗方法

造孔采用孔徑為75mm的金剛石鉆頭鉆孔。造孔試驗(yàn)表明第一試驗(yàn)區(qū)選用胎體硬度為20～25度的金剛石鉆頭、回旋地質(zhì)鉆機(jī)造孔比較合適;第二、三試驗(yàn)區(qū)選用胎體硬度為25～30度的金剛石鉆頭、回旋地質(zhì)鉆機(jī)造孔比較合適。

圖1 ZZ21第一試驗(yàn)區(qū)帷幕試驗(yàn)布孔圖

圖2 NZ9第二試驗(yàn)區(qū)帷幕試驗(yàn)布孔圖

圖3 第三試驗(yàn)區(qū)上進(jìn)出水口無(wú)蓋重帷幕試驗(yàn)布孔圖

第一、三試驗(yàn)區(qū)采用壓力水沖洗至返水清潔時(shí)止或不大于20min，第二試驗(yàn)區(qū)采用脈沖壓力水進(jìn)行鉆孔沖洗至返水清潔時(shí)止或不大于20 min，孔底巖粉沉渣厚度小于20cm，洗孔壓力為灌漿壓力的80%。

5.2 壓水試驗(yàn)

先導(dǎo)孔、檢查孔采用五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，其他孔采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水壓力為該段灌漿壓力的80%且不大于1MPa。

5.3 灌漿施工

5.3.1 施工工藝

灌漿采用先下游排，再上游排的施工順序，同排孔分為兩個(gè)次序，依據(jù)先Ⅰ序后Ⅱ序、逐漸加密的原則施工，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五個(gè)比級(jí)。具體施工工藝如圖4、5所示。

圖4 趾板帷幕灌漿施工工藝流程圖

圖5 上進(jìn)、出水口無(wú)蓋重帷幕灌漿施工工藝流程圖

5.3.2 灌漿方法

第一、二試驗(yàn)區(qū)第一段采用孔口卡塞、孔內(nèi)循環(huán)灌漿法施工，第三試驗(yàn)區(qū)以及趾板帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)第一段以后采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿法施工，其射漿管距段底不超過(guò)0.5 m。灌漿分段為灌漿段長(zhǎng)，第一段為2m，第二段為4m，以下各段均為5m。

5.3.3 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

帷幕灌漿各灌漿段的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:在該灌漿段最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注60min，結(jié)束灌漿。

帷幕封孔采用“全孔灌漿封孔法”，封孔漿液水灰比為0.5∶1，從孔底注漿至孔口后，封閉孔口，采用1.5MPa壓力孔口純壓1h后結(jié)束封孔。

表2 第一試驗(yàn)區(qū)注灰頻率和透水頻率統(tǒng)計(jì)表

表3 第二試驗(yàn)區(qū)注灰頻率和透水頻率統(tǒng)計(jì)表

表4 第三試驗(yàn)區(qū)注灰頻率和透水頻率統(tǒng)計(jì)表

表5 各試驗(yàn)區(qū)注入率與灌前透水率統(tǒng)計(jì)表

6 灌漿試驗(yàn)效果分析

6.1 各次序孔灌前單位透水率分析

由表2可知，第一試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序孔平均透水率為4.61Lu，Ⅱ序孔平均透水率為3.21Lu，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的69.6%。表4中第一試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序孔平均透水率為8.71Lu，Ⅱ序孔平均透水率為4.25Lu，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的48.8%;由表5可知，Ⅰ序孔平均透水率為30.1Lu，Ⅱ序孔平均透水率為10.6Lu。Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的35.2%。各試驗(yàn)區(qū)灌前單位透水率隨灌漿序次遞增減小明顯。

6.2 各次序孔單位注入量統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)表5中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，各次灌漿試驗(yàn)中:第一試驗(yàn)區(qū)平均單位注入量Ⅰ序孔為110.3kg/m，Ⅱ序孔為77.3kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的70.1%。第二試驗(yàn)區(qū)單位注入量Ⅰ序孔為251.0kg/m，Ⅱ序孔為143.6kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的57.2%;第三試驗(yàn)區(qū)平均單位注入量Ⅰ序孔為504.4kg/m，Ⅱ序孔為254.2kg/m，Ⅱ序孔為Ⅰ序孔的50.4%。單位注入量隨施工加密遞減的規(guī)律顯著。

6.3 注灰頻率與透水率頻率分析

6.3.1 注灰頻率分析

表2～4的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，第一試驗(yàn)區(qū)灌漿段共45段，Ⅰ序孔10～30kg/m的1段，頻率為3%，30～50kg/m的3段，頻率為10%;50～100 kg/m的12段，頻率為40%，100～500kg/m的14段，頻率為47%;Ⅱ序孔30～50kg/m的6段，其頻率為40%，50～100kg/m的5段，頻率為33%，100～500kg/m的4段，頻率為27%。

第二試驗(yàn)區(qū)灌漿段共78段，Ⅰ序孔﹤10kg/m的1段，頻率為2.6%，10～30kg/m的1段，頻率為2.6%，30～50kg/m的2段，頻率為5.3%，50～100kg/m的4段，頻率為10.5%;100～500 kg/m的6段，頻率為15.8%，﹥500kg/m的24段，頻率為63.2%;Ⅱ序孔﹤10kg/m的7段，頻率為17.5%，10～30kg/m的2段，頻率為5%，50～100kg/m的6段，頻率為15%，100～500kg/m的15段，頻率為37.5%，﹥500kg/m的10段，頻率為25%。

第三試驗(yàn)區(qū)灌漿段共31段，Ⅰ序孔10～30 kg/m的1段，頻率為5%，30～50kg/m的4段，頻率為19%，50～100kg/m的0段，頻率為0%;100～500kg/m的11段，頻率為52%，﹥500kg/m的5段，頻率為24%;Ⅱ序孔10～30kg/m的2段，頻率為20%，30～50kg/m的1段，頻率為10%，100～500kg/m的5段，頻率為50%，﹥500 kg/m的2段，頻率為20%。

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，三個(gè)試驗(yàn)區(qū)灌漿效果均較明顯，巖石可灌性較好。6.3.2透水率頻率分析

對(duì)表2～4中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知第一試驗(yàn)區(qū)壓水試驗(yàn)計(jì)45段，Ⅰ序孔﹤1Lu的4段，頻率為9%，1～3Lu的13段，頻率為29%，3～5 Lu的13段，頻率為29%，5～10Lu的14段，頻率為31%，10～50Lu的1段，頻率為3%;Ⅱ序孔﹤1Lu的2段，頻率為13%，1～3Lu的6段，頻率為40%，3～5Lu的4段，頻率為27%，5～10Lu的2段，頻率為20%。

第二試驗(yàn)區(qū)壓水試驗(yàn)計(jì)78段，Ⅰ序孔﹤1Lu的3段，頻率為7.9%，1～3Lu的5段，頻率為13.2%，3～5Lu的7段，頻率為18.4%，5～10Lu的21段，頻率為55.3%，10～50Lu的1段，頻率為2.6%，﹥50Lu的1段，頻率為2.6%;Ⅱ序孔﹤1Lu的3段，頻率為7.5%，1～3Lu的9段，頻率為22.5%，3～5Lu的15段，頻率為37.5%;5～10Lu的12段，頻率為30%，10～50Lu的1段，頻率為2.5%。

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說(shuō)明:隨序加密灌漿后透水率(Lu)各區(qū)間段數(shù)/頻率遞減規(guī)律顯著。

6.4 檢查孔透水率分析

對(duì)檢查孔壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，第一試驗(yàn)區(qū)WZ21－J1#檢查孔在灌漿孔孔距為2m，排距1.5m中間鉆孔進(jìn)行檢查，孔深42.7m，壓水試驗(yàn)9段，最大透水率為0.88Lu，最小透水率為0.45Lu。第二試驗(yàn)區(qū)檢查孔孔深41.5m，壓水9段，最大透水率為0.81Lu，最小透水率為0.31Lu。第三試驗(yàn)區(qū)WJ20－1#檢查孔在灌漿孔孔距2m，排距1.5m中間鉆孔進(jìn)行檢查，孔深29.85m，壓水試驗(yàn)6段，最大透水率為0.89Lu，最小0.63Lu。以上試驗(yàn)部位檢查孔壓水值均小于設(shè)計(jì)要求1Lu值的防滲標(biāo)準(zhǔn)且主帷幕深度均大于設(shè)計(jì)要求的0.5倍水頭，試驗(yàn)部位施工質(zhì)量均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，在三個(gè)試驗(yàn)區(qū)中采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段灌漿法施工，孔距為2m，排距為1.5m，分段情況為:第一段2m，第二段4m，以下各段均為5m，水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1五個(gè)比級(jí)的水泥漿液，趾板區(qū)域灌漿壓力為:第一段0.8MPa、第二段1.1 MPa，第三段以后為1.5MPa;無(wú)蓋重區(qū)在第一段0.6MPa、第二段0.9MPa，第三段以后為1.5MPa的灌漿壓力條件下均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。本次灌漿試驗(yàn)在灌漿參數(shù)、材料以及工藝上的成果均為今后帷幕灌漿施工提供了有力的技術(shù)指導(dǎo)。