小岩头水电站厂房基坑涌水处理设计与施工 3页

·4·水利水电工程设计DWRHE·2010年第29卷第2期小岩头水电站厂房基坑涌水处理设计与施工虞东亮摘要小岩头水电站厂房位于小菜园电站下游侧河漫滩上，下游侧为小菜园河。2009年4月26日在厂区基坑下卧至1192．00II1时，基坑内出现大量的涌水，最高达2000m3／h。为确保厂房工程干地施工，经地质补勘资料分析及对涌水成因的初步判断，设计提出涌水处理方案及详细的施工技术要求，2009午9月20日厂房基坑涌水堵截成功，厂区基坑恢复干地施工。关键词基坑涌水高喷灌浆帷幕灌浆干地施工小岩头水电站中图分类号TV223文献标识码B文章编号1(107—6980(2010)02—0O04—03小岩头水电站位于金沙江一级支流牛栏江中下游河段，地牛栏江河流流向N80~W，河面宽3O．oo～5O．00In。出露地层处云贵两省三县交汇之地，左岸为云南省会泽县，右岸分属云为二叠系中上统峨眉山玄武岩组的第2段至第3段(。一南省鲁甸县、贵州省威宁县。坝址距昭通市41kal，距昆明市。)，岩性为致密玄武岩、杏仁状玄武岩、火山角砾岩夹凝331km，是牛栏江流域“两库十级”梯级开发方案中的第6个灰质角砾岩；下伏二叠系下统阳新群(PIY)，生物碎屑灰岩梯级电站。夹自云质灰岩，与上伏玄武岩呈角度不整合。厂房最低建工程主要开发任务为发电，采用引水式开发形式。工基面高程在1178．50in，为中等至微风化生物碎屑灰岩，灰程总体布置主要由首部枢纽工程、左岸引水系统工程及左岩顶部炭质挤压带分布高程在1189．O0111左右，地质条件岸厂区枢纽工程组成。较好。漫滩高出河水面3．O0—6．O0m，顺河长80．0o一厂区枢纽位于坝址下游约7．0km处，牛栏江左岸小菜120．0011，宽70．00～100．00m，堆积有碎石、崩块石。地园电站下游侧河漫滩上，为引水式地面厂房。枢纽主要由表覆盖层深11．0～27．8nl，中等风化岩面高程为1177．00主厂房、副厂房、安装问、主变压器场、GIS开关站及尾水1195．00in，砂卵砾石渗透系数为1×10一～5×10～m／s，建筑物等组成。厂房内安装3台单机容量43．3MW水轮发透水性强。电机组，电站装机容量130MW。厂区枢纽平面布置见图1。厂区断裂结构面不很发育，仅推测F21断层，产状N35。～60~E，NW或sE85。一90~，延伸长大于150．00ITI。高倾角节理裂隙较为发育。厂区地下水主要为岩溶裂隙水、堆积物孔隙水，均向牛栏江排泄。安装间上游侧出露有一岩溶泉，被崩塌碎块石覆盖，在地表有一7m×4111(长×宽)大孤石盖着的深潭，终年积水，雨季时清时浊，每年5—9月雨季深潭水溢出，沿漫滩小沟流人牛栏江，流量约0．6rn3／s。主河道下游侧漫滩有两股水从河边覆盖层流入河中，流量约0．3／s。1．2堵排水方案选择厂房工程为本电站关键线路上的关键工程，直接影响图1厂区枢纽平面布置图首台机组发电工期。为保证厂房基坑的干地施工，对基坑2009年4月26日下午2点30分，当基坑开挖到高程涌水处理提出了2种方案：强排和堵截。1192．00nl时，大股的水从安装间位置中心涌出，至4月28方案1：强排。在基坑设临时集水井，利用高功率的水日18：00，基坑积水深达101"11，初步测算基坑涌水量平均泵等设备进行抽排至牛栏江，保证基坑干地施工。该方案1000n13／h，最高达到2000m]／h。原来的简易排水设施无法优点是不需查明水的来源，来多少排多少，但影响抽排效满足干地施工要求，须采取切实可行的方案对基坑非正常果的制约因素较多。由于厂房布置上游侧受小菜园电站、涌水进行处理。下游侧受小菜园河限制，实际基坑不大，布置临时集水井及抽排设备，基坑作业面大大缩小，施工干扰大，效率降1涌水处理方案选择低，厂房施工进度难以保证。另外，抽排水费用较高，进1．1厂区基本地质条件入汛期后基坑涌水加大，则抽排水费用会更高。厂区枢纽所处位置地面高程为1200．00～1251．50133，方案2：堵截。通过设置防渗体系，把渗水、涌水等堵\n虞东亮·小岩头水电站厂房基坑涌水处理设计与施工·5·在基坑以外，保证基坑干地施工。该方案优点是一劳永逸，施工干扰小，保证性高，但需查明涌水的来源。如果水的来源不明确，则基坑需周边四面围护防渗。根据厂房施工详图阶段地质勘探分析成果，厂房基坑岩溶、溶蚀裂隙较为发育，溶洞的平面分布呈带状，其中高程1194．00～1185．00m段以溶洞、溶蚀裂隙最为发育，溶洞多充填有泥等物质，形成规模大的溶洞；高程1185．00～1170．00ITI段溶洞、溶蚀裂隙较为发育，其岩溶图2灌浆孔布置示意图规模较小；高程1170．00～1160．00m段发育程度最弱，以溶蚀裂隙为主。从补勘的资料分析，厂房基坑高程1192．00①、③区Ⅱ序孔一②区I序孔一②区Ⅱ序孔一质量检查孔。m左右涌水，属地下岩溶水或岩溶裂隙水，涌水来源与厂钻孔灌浆施工工艺流程：机具定位一镶注孔口管一钻基岩溶发育带密切相关，从发育带两侧来水可能性较小。孔(第一段)一钻孔冲洗一压水实验一灌浆一起塞(不待凝)厂房基坑开挖过程中，位于小菜园电站厂区的排水箱涵一一钻孑L(下一段)一终孔检测一封孔。直有水，自基坑大量涌水后则基本无水，岩溶泉水的渗透3．2钻孔通道明显有了改变，初步判断基坑大量涌水来自上游侧的钻孔采用回转式钻机，金钢石钻头或硬质合金钻头钻可能性较大。进。孔口段钻孔直径76rain，其余各段孔径~b56rnrn，质基于上述补勘资料成果分析，结合厂区岩溶泉水的施量检查~L：fL径~b91mrfl，钻孔方向竖直向下。钻孔首段长控工期变化情况，并参考国内类似工程经验，经综合考虑，制为3m，中间各段控制为5m，终孔段长度不大于10m。最终选择先强排再堵截的方式对基坑涌水进行处理，让已钻孔实际深度与设计深度相差不得大于20em。钻孔时，应改变通道的岩溶泉水堵截在基坑外侧，尽早恢复基坑施工。对孔内返水、漏水、涌水、掉块等各种情况进行详细记录。钻孔过程中遇溶洞、塌孑L掉块等难以钻进时，应酌情减小2防渗体系设计灌浆段长，以不塌孔为原则或先行灌浆再继续钻进。2．1基坑防渗体系3．3钻孔冲洗与压水试验根据补勘地质资料分析成果，厂房基坑防渗体系仍维每一段钻孔在灌浆前均进行压力水冲洗，冲洗压力为持为三面防渗。顺河向为纵向围堰，堰基及堰身均为高喷灌浆压力的8(】％，压力大于1MPa时，采用1MPa。冲洗直灌浆防渗，已实施，几乎无渗漏，不需加强；基坑下游靠至回水澄清10min为止，总的冲洗时间不少于30min。冲小菜园河侧防渗视基坑开挖渗水情况确定是否需要进一步洗后孔内沉积厚度不得超过20cm。防渗处理；基坑上游侧紧临小菜园电站及岩溶泉，必须深每一段钻孔在孔壁冲洗结束后，进行灌前简易压水试度堵漏防渗，已进行高喷灌浆的部位，下接帷幕进行防渗，验，压力为灌浆压力的80％，压力大于1MPa时，采用1还未实施高喷灌浆的部位，全段采用帷幕灌浆进行堵漏防MPa。压水20min，每5min测读1次压力流量，取最后的渗。基坑三面防渗轴线示意图见图1。流量作为计算流量，其成果以透水率表示。2．2上游侧灌浆孑L布置3．4灌浆基坑上游侧防渗范围起点从厂O—026．00o开始，终点接灌浆采用自上而下分段灌浆法，不冲洗断裂夹泥、不厂房纵向围堰起点，轴线全长86．00m。灌浆孑L按单排设计，待凝、浆液孔内循环，射浆管距灌浆段底部不大于50em。分3区布置：①区孔距2．0m，灌浆孔底高程1176．00ITI，平灌浆压力第1段采用0．3MPa，其余各段0．5MPa。灌浆材均孔深36．50m；②区孔距1．00m，灌浆孔底高程1165．00rn，料采用425普通硅酸盐水泥，以5：1开灌，灌注浆液时遵平均孔深44．50m；③区布置孔距2．0m，灌浆孔底高程循由稀到浓逐级改变的原则。浆液水灰比按5：1，3：1，2：1176．00in，平均孔深32．00m。灌浆孔深总计2635．50ITI。1，1：1，0．8：1，0．6：1，0．5：1等7个比级采用，制浆采用灌浆后幕体透水率q≤3Lu。平面布置示意图见图2。高速搅拌机制浆，搅拌时间不少于30S，自制备开始，控制2．3基坑施工程序在4h内用完。灌浆时，当灌浆压力保持不变，注入率均匀根据：JlI程的实际进展情况，对基坑施工提出以下施工减少时或注入率不变，压力均匀升高时，灌浆工作持续，程序：基坑初期排水一临时集水坑布置一渗水量测定一帷不得改变水灰比。灌浆过程中，当某一级水灰比浆液的注幕灌浆一基坑初期排水及经常性排水一基坑进一步开挖、入量已达300L以上，而灌浆压力及注入率均无改变或改变支护、排水、观测等施工。不显著时，改浓一级灌注；当注入率大于30L／min，根据具体情况适当越级变浓。灌浆结束标准：灌浆段在最大设计3帷幕灌浆施工压力下，注入率不大于0．4L／rain，持续时间不得小于603．1施工程序及工艺流程min；注入率不大于1L／rain后，继续灌注90min结束灌浆。帷幕灌浆施工程序为：测量放样一①、③区I序孔一单孔灌浆结束后采用“全孔灌浆封孔法”封孔。封孔时将\n·6·水利水电工程设计DWRHE·2010年第29卷第2期钻杆置于孔底以上0．5in，向孔口灌入0．5：1的水泥浆至排下游靠小菜园河侧有一部分渗水外，基坑几乎无渗水。实尽孔内稀浆且返出O．5：1的浓浆后，提出钻杆，向孔内补施结果证明，基坑涌水处理方案切实可行。但从涌水到堵满浓浆，于孔内安装纯压装置，用终孔段的灌浆压力进行截成功耗时约5个月，已严重影响厂房施工进度及首台机纯压灌注1．5h，待水泥浆干缩后，将未满部分用浓水泥浆组发电工期，其中缘由值得总结和思考。填满，封孔结束。4．1基坑涌水来源的判断是正确的3．5特殊情况处理从堵排实施结果看，从厂房上游侧来的渗水非常小，3_5．1灌浆中断处理基坑涌水已完全被堵住，小菜园电站内的排水箱涵开始排灌浆工作必须连续进行，若因故中断，按下列原则进水。实践证明，原来所谓基坑大小溶洞相互交错，涌水水行处理。源可能来自小菜园河侧的推断是不确切的，真正的涌水来(1)尽可能缩短中断时间，及时恢复灌浆。当中断时自基坑上游侧。之所以造成基坑涌水主要原因在于：未严间超过30rain时，立即冲洗钻孔，如冲洗无效，则在重新格按设计要求进行三面防渗施工；在周边防渗体系未形成灌浆前扫孔。前，盲目抢施工进度，基坑下卧过快，从而导致已出露的(2)恢复灌浆时，开始使用最大水灰比的浆液灌注，岩溶泉改变通道涌人基坑。如注入率与中断前相近，采用中断前的水灰比，如注入率4．2原有岩溶泉水引排方案有待完善较中断前减少较多，则浆液逐级加浓。为不影响基坑施工，设计提出了对岩溶泉水的处理方(3)恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在案。该方案总体上是可行的，但从细节上有待完善。基坑不极短时间内停止吸浆，则认为该灌浆段不合格，应采取补下卧，现有排渗通道不被破坏，排水箱涵能起到排水作用，救措施。但当岩溶泉出水点降低，或原有排渗通道改变等，则排水箱3．5．2冒浆、漏浆及串浆处理涵就无水可排。就排水系统而言，少一道堵截引排工序，而灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用施工单位及监理人也未仔细进行复审，应引以为戒。嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、限流限量、间歇4．3涌水处理及时。施工监管到位。则费用和工期损失可灌浆、加注外加剂等方法进行处理。减少灌浆过程中发现孔与孔串浆时，如被串孔正在钻进，当发生基坑涌水事件后，工程参建各方均以积极的态立即停止；如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时进行度来面对，但方案实施起来就显得举步维艰。方案落实了，灌注；如无条件同时灌浆，则将被串孔用塞塞住，对灌浆费用无法落实；表面上开工了，实际上投入不到位；专项孔继续进行灌浆，灌浆结束后，立即将被串孔孔塞取出，来处理，却无专人负责。如此种种，进度一拖再拖。如果并扫孔洗净，而后继续钻进和灌浆。业主果断决策，施工方加大投入，现场管理专人专责，设3．5．3溶洞、孔洞等空腔处理计跟踪实施，则厂房基坑涌水处理最长不会超过2个月，灌浆时当遇到溶洞、孔洞或断层等复杂地质情况，经工期和费用损失将大幅减少。正常灌浆，灌段注入水泥量大于5000kg，注入率仍很大，作者简介且不起压，同时大量空洞灌浆后空洞高度未减小者(可用钻虞东亮男高级工程师中国水电顾问集团中南勘测设杆探测前后对比)，则该孔段停止灌浆，改为扩大原孔孔径计研究院湖南长沙410o14到l30inm，然后回填C15的一级配流态混凝土填满空间，(收稿日期20l0—03—31)待7d后再扫孔冲洗，恢复灌浆工作。4工程实施结果及思考厂房基坑堵排水工程于2009年9月20日完工，目前除·书讯·欢迎订阅《大坝安全监测设计》现有由天津大坝安全监测中心总工程师、教授级高级工程师赵志仁编写《大坝安全监测设计》一书。本书全面地论述了有关大坝安全监测设计的技术问题对混凝土坝和土石坝等各种坝型及大坝安全有直接关系的近坝区岸坡和输、泄水建筑物等，均提出了优化监测项目、测点，经济合理设计布置和仪器选型方案；并对近年来已建和在建的各种代表性的7座混凝土坝和土石坝的安全监测设计进行了介绍和评价。可供从事水利水电工程设计、施工、监测、科研、运行、管理、仪器研制的技术人员使用，及高等院校有关专业的师生参考。本书定价：16．0o元，预购者，直接邮汇至《水利水电工程设计》编辑部，地址：天津市河西区洞庭路60号，邮编：300222，联系电话：022-28702854。