针对光照水电站大坝基础处理设计探讨

针对光照水电站大坝基础处理设计探讨

水力发电第4O卷第12期2014年12月光照水电站大坝基础处理设计探讨焦雪梅，雷声军，陈毅峰，单承康(1．中国水电工程顾问集团有限公司，北京100120；2．中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)摘要：光照日水电站碾压混凝土重力坝坝基的承载能力及两岸帷幕的防渗能力是大坝基础处理设计的重要环节。结合现场实际情况，提出利用碾压升层河隙进行施工，采用灌前简易压水试验透水率小于1Lu孔段和已灌孔吸浆量单耗不大于40kg／m这2个标准对坝基岩石条件进行判定，适当增加灌浆段段长等创新设计思路，提高了工程的施工速度。保证了施工质量。关键词：碾压混凝土重力坝；基础处理；设计；光照水电站DiscussionontheDesignofDamFoundationTreatmentofGuangzhaoHydropowerStationJIAOXuemei，LEIShengjun，CHENYifeng2,SHANChengkang2(1．HydroChinaCorporation，Beijing100120,China；2．PowerChinaGuiyangEngineeringCorporation，Guiyang550081，Guizhou，China)Abstract：ThecarryingcapacityoffoundationandtheseepagecontrolofcurtainsinleftandrightbanksareimportantpartofthedesignofdamfoundationtreatmentoftheRCCgravitydaminGuangzhaoHydropowerStation．Combinedwiththeactualsituation，theinnovativedesignideasareproposedtoacceleratetheconstructionofdam，includingcarriedoutconsolidationgroutingofdamfoundationbetweentwocompactedlayerconstruction，determiningfoundationrockconditionsbyusingtwocriteriaofthepermeabilityratioofgroutingholenotmorethan1Luachievedbysimplewaterpressuretestbeforegroutingandthegroutconsumptionofgroutedholenotmorethan40kg／m，andincreasingthedepthofgroutingholesinsomearea．Theseinnovativedesignideashaveacceleratedthespeedandimprovedthequalityofdamconstruction．KeyWords：rollercompactedconcretegravitydam；foundationtreatment；design；GuangzhaoHydropowerStation中图分类号：33／543．5(273)文献标识码：A文章编号：0559-9342(2014)12-0048—030引言1坝基固结灌浆设计创新光照水电站工程为一等大(1)型工程，枢纽建1．1原设计方案筑物由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、放空底坝基跨越地层主要为三叠系中下统永宁镇组中孑L、右岸引水系统及地面厂房等组成，装机容量硬岩、坚硬岩，岩体坚硬完整，力学强度较高。为1040MW(4x260MW)，保证出力180．2MW，多年改善地基的均匀性，增强整体性，提高基础承载能平均年发电量27．54亿kW·h。水库正常蓄水位745力，减小基础压缩变形，对坝基进行全面固结灌浆。in，死水位691ru，总库容32．45亿in，死库容根据坝高及坝基应力应变情况将坝基固结灌浆分为10．98亿in，为不完全多年调节水库。坝基坐落在4个灌区：第1灌区为660in高程以下的坝踵和坝三叠系中下统永宁镇组灰岩地层上，岩石坚硬完整。趾处各约1／4坝底宽范围内，固结灌浆孑L孔间、排坝顶高程750．5m，最大坝高200．5in，最大坝底宽160in，坝顶全长410in，左、右岸挡水坝段分别长收稿日期：2014—07—05176in和156in．泄水建筑物坝段长78in，分20个作者简介：焦雪梅(1982一)，女，北京人，工程师，主要从事坝段水力发电稿件的编辑工作．n；叮j-ru尽7；'j1厶加^三j1‘’寸·，Ur‘J＼弋HJ／＼YJK'd-~U山儿垃I*I32b．距均为3m．梅花形布置，孔深12～15nl：第Ⅱ灌层，则可将未施工的灌浆孑L移至下一个升层．虽然区为660m高程以下的坝基中部约112坝底宽范围增加了钻孑L长度，但整个施工更具灵活性。同时，内，固结灌浆孑L孔间、排距均为3m，梅花形布置，方案调整后施工放样更为简便，通过纵横桩号．可孑L深8～10m；第Ⅲ灌区为660．0～750．2rn高程的坝以清楚地找出灌浆位置，大大方便了现场施工控制基范围，固结灌浆孔孔间、排距均为3m，梅花形与现场灌浆效果检测、分析。布置，孔深8m；第Ⅳ灌区为坝基范围的F、F：断原设计方案钻孔过程中不可避免地遇到贴坡混层影响带内，加密灌浆孔，其间、排距均为3m，凝土钢筋，增加了施工难度，也降低了贴坡混凝土梅花形布置，孔深25m。对在坝基面上出露的溶整体稳定性，且在施工时需通过钢管架等进行灌浆洞、小断层等影响范围内，需加密加深钻灌。机具的架立，占用大量工期，与坝基混凝土施工等考虑大坝稳定和基础处理要求，原设计在612其他工作面存在交叉干扰，且由于架立结构的不稳m高程以下坝基均布设坝基垫层混凝土；除河床坝定，施工质量也得不到有效保障。调整后方案施工基齿槽外，在河床部位555m高程以上范围布设3．0难度大为降低，只需在碾压升层上灌浆．机具架立m和3．5m厚钢筋混凝土垫层：坝基左、右岸555～条件好，施工质量得到有效保障。同时，通过灌浆，612m高程间岸坡布设2．5m厚贴坡钢筋混凝土垫对建基面附近的碾压、变态混凝土施工缺陷进行了层．大坝坝基固结灌浆利用贴坡钢筋混凝土垫层作补强。此外，调整后方案根据坝基处理范围，对坝为盖重。钻孔孔向垂直于坝基开挖面；灌注浆液为基固结灌浆深度进行了适当加深，使其灌浆密度较水泥粉煤灰混合浆液，水胶比均为0．6，粉煤灰掺量原设计更大，灌浆效果也更好。为水泥质量的20％。固结灌浆压力1．2～2．0MPa不但是，采用调整后设计方案，由于固结灌浆孔等：为防止混凝土被抬动开裂，灌浆孔四周布置位是确定的．在进行接触灌浆系统布设放样时应充32@3000~3000、长5．0m的砂浆锚杆。分考虑固结灌浆孔的位置，并及时对实际布设情况1．2调整后的方案进行测量．以便根据实际情况对固结灌浆孔位进行由于2006年2月大坝基坑开挖才完成，很快就微调。此外，在岸坡附近有大量的坝体通水冷却系面临6月汛期的临近，如何在4个月内有效完成度统冷却水管主管和接头．为减少固结灌浆钻孔对其汛面貌是工程节点工期控制的关键。如果按照原设造成破坏．在施工时需特别注意现场冷却水管管路计方案．两岸垫层混凝土的施工难度及其与坝基基的布设，并做好实际布设情况测量，以便据此对固础处理施工之间的干扰等因素将使工程进展缓慢。结灌浆孔进行微调，将不利影响降至最低。经设计分析论证．在满足大坝稳定和坝基基础处理2大坝防渗帷幕设计创新的条件下．取消了559m高程以上的贴坡钢筋混凝土。但这一调整导致坝基在无盖重情况下灌浆，对2．1原设计方案200m级高坝而言是非常不利的。大坝基础防渗帷幕包括上游主防渗帷幕和下游经过不断探索，提出了利用碾压升层间隙、铅河床坝基封闭帷幕。主防渗帷幕在右岸及河床均伸直向固结灌浆孔布孔方案，即在保证4．5m以上升入三叠系中下统飞仙关组相对隔水岩层约5m，而层盖重的情况下进行固结灌浆施工。现场碾压混凝左岸主防渗帷幕接永宁镇组地层并伸入相对隔水岩土成孔试验表明．大坝混凝土在碾压2～3d后可以层约5m，局部较深位置按悬挂帷幕设计。河床坝成孔，灌浆设计考虑大坝碾压混凝土按3～6m为一段最大幕深99m，左、右岸坝段最大幕深分别为个碾压升程形成的间歇期内，在碾压间歇平台上进109m和99m。坝基下游辅助帷幕为悬挂式，最大行碾压混凝土以下岸坡坝基的固结灌浆。灌浆采用幕深50m。由于两岸坡较陡，为减小钻孔深度，分自上而下分段灌浆工艺；对小于8m孔深的灌浆孔，别在两岸559、612、658、702m和750．5m高程山在灌浆过程中单位注入量小于50kg／m时，可采用体内设置了5层灌浆隧洞。纯压式全孔段一次灌浆工艺。为封堵密实岩体中的孔隙、裂隙等渗漏通道，1．3方案对比分析减小渗流量或降低扬压力，防渗帷幕需在有混凝土大坝混凝土施工中，主体混凝土浇筑与坝基固压重下进行灌浆，以便于灌浆时顺畅进行压力调整结灌浆均是占用直线工期、控制大坝工程总进度的和防止混凝土被抬动开裂。坝址区压重厚度不少于关键工序。原设计方案需要在贴坡混凝土施工完成4．0m，灌浆隧洞底板布设抗抬砂浆锚杆。防渗帷幕后进行固结灌浆施工，而调整后方案只需在碾压升灌浆采用小口径钻孔、孔口封闭、自上而下分段、层施工间歇实施，如果由于施工进度赶不上碾压升不待凝、孔内循环高压灌浆方法，最大灌浆压力5WaterPowerVo1．40No．12囫nMPa：分段长度为：第1段2．0m或2．5m、第2段看，段长一般控制在5～6m。有学者提出在岩石条3．0m、第3段至末段均为5．0m。其中，第1段镶件较好、渗透性较弱的地区，段长可以放长些，但铸带有丝扣的孔口管。灌浆按分序加密的原则进行。一般也不宜超过10m。该工程坝基岩石条件较好，3排孔：先灌注下游排孔，再灌注上游排孔，然后渗透性较弱，这就为段长的增加提供了有利的条件。灌注中问排孔；2排孑L：先灌注下游排孑L，后灌注但段长增加后，由于裂隙分布的不均匀性，浆液大上游排孔。部分流人较大裂隙，孔内较大裂隙以下的部位浆液2．2设计创新点容易由于流速慢而沉淀．致使中小裂隙很快被较浓大坝防渗帷幕工程量大，工期紧。560rn高程浆液过早堵塞。导致灌注范围明显减小。影响全孔隧洞帷幕灌浆孔成果表明，灌前简易压水试验85％段的灌注质量。同时，防渗帷幕灌浆浆液采用水泥左右孔段透水率均在0．1～3．0Lu之间，除第1段外，粉煤灰浆，由于粉煤灰密度小，段长较长时容易在其他孔段岩体透水率较低：在没有特殊地质情况条灌浆段内分离。为此，将原设计的4MPa灌浆压力件下其单位吸浆量较小．注入量为0的灌段占总灌提高至5MPa，加快水泥粉煤灰浆液的流动性．减段的比率从上游排到下游排依次为78．5％、73．1％和少水泥浆液与粉煤灰的分离几率，保障灌浆效果。56．3％。物探CT检测成果表明，612m高程以下帷(3)目前，大坝混凝土施工已全部完成，大坝幕区域除F。断层带外的其他区域岩体一般较完整，防渗帷幕灌浆已结束。从灌后压水检查、第方复地质情况较好。根据本工程物探成果及现场实际灌检以及幕后渗压计的监测成果来看，大坝防渗帷幕浆情况，并结合防渗帷幕体结构要求，除物探测试处理基本达到了设计要求。成果表明为岩体破碎、有地质缺陷部位及溶蚀的区3结语域，灌浆孔在钻孔过程中出现异常的地质情况(如返黄泥、掉钻等)孔段外，对灌前简易压水试验透(1)利用碾压升层间隙进行大坝基础固结灌浆水率小于1Lu的孔段和已灌孔吸浆量较小(单耗不施工，可以充分发挥碾压混凝土快速筑坝的特点，大于40kg／m)的孔段进行了相应调整：有利于部分混凝土缺陷的补强，较大限度地减少施(1)612m高程以下由3排帷幕形成的幕体区工周期。但需在施工过程中加强控制，做好与坝基域(必须是在同一高程有3排孑L的位置；帷幕底线接触灌浆系统、坝体冷却系统的配合T作，保障各不在同一高程，部分区域达不到3排帷幕体的部位系统之间的正常运行。不在此列)岩体完整部分的上游排孔在第4段(即(2)利用碾压升层间隙，采用铅直向固结灌浆l5．5m，不含第4段)以后将灌浆段长由原设计5布孑L方式，为坝基在有盖重情况下灌浆提供了合适m加大到8m；中问排帷幕灌浆孔可在第3段(即的实现途径。对部分河床较狭窄的坝址区，开挖边10．5m，不含第3段)以后将灌浆段长由原设计5坡较陡，在保证一定盖重情况下，同样可以考虑利m加大到10m：将第4段灌浆压力由4MPa调整为用这种方式，既减少了钻孔数量，又对建基面大5MPa。坝混凝土之间的缝隙进行充填：对于帷幕灌浆孔位，(2)对两岸658、702m高程帷幕上游排Ⅱ序灌可将帷幕灌浆和固结灌浆并为一体，大大简化了施浆孔，将其灌浆段长在第3段(不含第3段)以后工工序，减少了混凝土钻孑L长度，且同时满足坝基由原设计的5m加大到8m。固结与防渗要求。(3)混合浆液水胶比采用0．7、0．5这2个比级，(3)采用灌前简易压水试验透水率小于1Lu孔开灌水胶比为0．7段和已灌孔吸浆量单耗不大于40kg／m这2个标准2．3设计创新方案评价对坝基岩石条件进行判定，将灌浆段段长适当加大，(1)优化位置采用灌前简易压水试验透水率小并加大灌浆压力以增加浆液的流动性，加快了施丁于1Lu孔段和已灌孔吸浆量单耗不大于40kg／m这进度，灌浆质量也能够得到有效保证。同时，提出2个标准，主要是考虑到简易压水试验所用的压力了防渗帷幕灌浆段长加长的设计参考标准。~tl-,，当灌浆压力较大时，部分裂隙将被冲开，有参考文献：可能导致灌浆量大。在灌浆实践中也经常发生某灌浆段透水率小而浆液注入量大的现象。因此。有必[1]孙钊．大坝基岩灌浆[M]．北京：中国水利出版社，2004．要通过已灌孔吸浆量对该位置岩体进行评判。[2]宋园生，乔荣梅．龙滩水电站左岸大坝坝基固结灌浆[C]，，水1建(2)灌浆段的长度是根据岩石裂隙发育程度、筑物水泥灌浆与边坡支护技术暨第9次水利水电地基与基础工渗透性等条件确定的。从国内各工程的灌浆实践来(下转第58页)n‘uIl‘一2．2转子、定子的圆度特征评估水电机组气隙数据是切实可行的。转子和定子的圆度特征评估包括通过气隙值拟(2)将MATLAB引入气隙测量数据分析处理，为合的最小二乘圆圆心坐标、偏心距和偏心角、与最研究气隙数据分析处理提供了更多选择，为MATLAB小二乘圆同心的最大小气隙值及其对应的磁极号技术在水电机组测试领域中的应用拓展了案例。(或相位角)、平均气隙、圆度误差、最大气隙的偏(3)本文中解决气隙数据处理关键技术问题所差百分比等。采用的数学分析和计算方法也可使用于其它类似的气隙监测技术中转子圆度是相对某一方向传感数据处理研究中。器而言的．理论上测量时安装了几只传感器就可以参考文献：计算出几个转子圆度数据；定子圆度是相对某一个磁极而言的．理论上转子有多少个磁极就可以计算[1]刘万景．水轮发电机动态空气间隙测试技术[J]．水电厂自动化，出多少个定子圆度数据。计算转子圆度时以定子半1994(3)：32—35．径为基准，计算定子圆度时以转子半径为基准。[2]郭江，沈紫坪．水轮发电机动态气隙测量的计算机辅助测试系统[J]．大电机技术，1996(3)：39—42．MATLAB编程计算时最大小气隙值及其磁极号、平[3]王凤峨．水轮发电机空气间隙的在线监测[J]．福建电力与电I：，均气隙、最小二乘圆拟合直接使用函数max、min、2008，19(4)：21-23．mean及eirefit。[4]张瑞杰，杨虹．水轮发电机空气间隙监测技术的应用[J]．中网水图6为通过MATLAB编程计算得到的某稳定工利水电科学研究院学报，2008，6(1)：60—65．况下某一传感器方向的转子圆度及某一磁极下的定[5]陈永鹏，岳晓斌，曾孝云．一种基于MATLAB的圆度评定方法子圆度的特征数据及其图形化结果，由图可以看出[J]．工具技术，2003，37(4)：39—42．转子和定子的圆度、同心度、气隙不均匀度等各项[6]傅师伟，黄富贵．圆度测量的一种新方法[J]．计量与测试技术，评估指标特征状况。2004，9：7—9．[7]周剑平．基于MATLAB的圆度评定方法[J]．计量与测试技术，一定子圆902005，32(2)：5—7．．·定子一转子[8]彭玉成，郑莉媛，曹艳，等．水电机组发电机转子圆度分析方法研x转子究[J]．水力发电，2010，36(】0)：56—58．一一-基准[9]董开松．基于气隙动态测量技术的定转子变形评价方法研究[D1西安：西安理T大学．2007．18O一‘—。0[10]王正洪，朱正伟，马正华．接口与微机应用[M]．北京：清华大学出版社．2006．[11]李庆扬，王能超，易大义．数值分析[M]．武汉：华中科技大学出版社．2001．270[12]刘志如，王春耀，王学农，等．基于VC++的悬挂架动应力测试数转子x坐标．00109mm，转子Y坐标．00962mm，转子偏心距据的处理研究[J]．农机化研究，2008，3：147—149．0．0968mm，转子偏心角964699。，转子圆度12164mm，[13]廖念钊，古莹薷，莫雨松，等．互换性与技术测量M]．北京：中最大气隙29ll10mm，最大气隙磁极号35，最小气隙27．7700mm最小气隙磁极号55，平均气隙255115mm，最大偏差2．1025％，国计量出版社．2000．定子x坐标O2253mlYl，定子Y坐标-l3710mm。定子偏心距l_3894mm，定子偏心角_80．6681。，定子圆度27688mm，[14]KASA[Acurvefittingprocedureanditserroranalysis,instrumentation最大气隙31332mm，最大气隙传感器7，最小气隙26．792mm，andmeasurement[J]．IEEETransactions，1976，25(1)：8—14．最小气隙传感器3，平均气隙29．0564mm，最大偏差78318％(责任编辑高瑜)图6转定子圆度特征示意审·中·中·申·中·牛·牛·中-争·争·审·审·审·审·牛·牛-幸·-‘一’中‘中’中一；。中。‘一‘‘。≮一3结语(上接第50页)程学术会议论文集．北京：中国水利水电出版社，2007：101—本文基于MATLAB技术对水电机组气隙测量数106．据进行了分析处理，详细论述了从通过原始试验数[3]王连喜，蔡银春，於习军．岩溶地层防渗帷幕设计和施丁的几个据求气隙值再到通过气隙值求转定子圆度评估参数问题[c]／／水工建筑物水泥灌浆与边坡支护技术暨第9次水利水的整个数据分析处理过程，给出了各环节中关键技电地基与基础工程学术会议论文集．北京：中国水利水电出版术问题的解决方法、各环节的数值计算结果及图形社，2007：44—49．可视化结果[4]曹蓓蓓，洪金领．大坝基础灌浆常见问题及处理[J]．水力发电，(1)MATLAB可以有效方便快捷地分析处理水2013，39(7)：64—66．电机组气隙测量数据，基于MATLAB技术分析处理(责任编辑杨健)圃WaterPouel"Vo1．40No．12