蒲石河水庫庫區(qū)水井封堵技術(shù)

2016-06-28 08:31:40董秋艷

水利科學與寒區(qū)工程 2016年5期

董秋艷

(遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局，遼寧沈陽 110003)

董秋艷

(遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局，遼寧沈陽 110003)

摘要：文章以蒲石河水庫庫區(qū)內(nèi)水井封堵為研究對象，通過數(shù)值模擬的方法對封堵前后的水井滲漏量進行計算，結(jié)果顯示水井封堵十分必要。根據(jù)庫區(qū)的土壤地質(zhì)環(huán)境確定了合理的封堵技術(shù)，并取得了良好的封堵效果。

關(guān)鍵詞：蒲石河水庫；灌漿封堵；滲漏量

1項目概況

1.1自然地理

遼寧蒲石河抽水蓄能電站位于鴨綠江右岸的一級支流蒲石河下游，上下游水庫庫區(qū)位于遼寧省寬甸滿族自治縣長甸鎮(zhèn)境內(nèi)[1]。其中上游水庫位于長甸鎮(zhèn)東洋河村境內(nèi)，下游庫區(qū)位于長甸鎮(zhèn)小孤山子村境內(nèi)。水電站距離遼寧省丹東市約60 km，距離長甸火車站約10 km，地理位置十分優(yōu)越，交通便利。

1.2工程概況

蒲石河抽水蓄能電站是我國東北地區(qū)正在建設(shè)的大型水利工程項目，工程設(shè)置4臺機組，裝機總?cè)萘?20萬kW，工程總投資約45億元。主要包括上下游水庫、上水庫鋼筋混凝土面板堆石壩、下水庫泄洪排砂閘壩、地下廠房以及上下游水庫進出水口，預計建設(shè)工期為5 a[2]。蒲石河抽水蓄能電站的主要任務(wù)是擔負東北電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷任務(wù)。

1.3水文地質(zhì)條件

蒲石河流域?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懶约撅L氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫濕多雨。多年平均氣溫6.6 ℃，多年平均降雨量為1171.5 mm，多年平均蒸發(fā)量1155.8 mm。蒲石河是鴨綠江右岸的一級支流，全長121.8 km，流域面積約1213 km2，多年平均流量為22.9 m3/s。庫區(qū)的地下水埋深為3.32 m至5.67 m，主要接受大氣降水和蒲石河側(cè)滲補給，地下水的主要排泄途徑為蒸發(fā)和徑流。

2滲漏量模擬計算分析

2.1計算條件及計算參數(shù)

上下游水庫淹沒區(qū)內(nèi)原有生活用水井和少量的灌溉水井，數(shù)量為132眼，深度20～30 m不等。部分水井已經(jīng)穿透不透水層，在水庫蓄水前要進行回填封堵，水井中的碎石反濾體是否需要封堵，是工程建設(shè)時必須要考慮的問題。

由于庫區(qū)內(nèi)的水井大多穿透了不透水層，同時水庫堆石壩的壩基處設(shè)置了混凝土防滲墻，當水庫蓄水之后，不透水層以上的水會經(jīng)過透水層和反濾體向井內(nèi)流動，在經(jīng)過不透水層之后再進一步向四周擴散，從而產(chǎn)生明顯的滲漏作用[3]。不透水層之上的地層的滲透系數(shù)可以取這些地層的滲透系數(shù)的平均值，不透水層以下相同；不透水層以上的水頭高度取水庫蓄水位，不透水層以下則取庫外地下水水位[4]。根據(jù)鉆探結(jié)果結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗，獲得如表1所示的各地層滲透系數(shù)。

表1　不同地層的滲透系數(shù)　cm/s

2.2計算工況與計算方案

上游水庫的最高水位為231.00 m，最低水位為220.00 m;下游水庫的最高水位為218.00 m，最低水位為208.00 m。庫區(qū)內(nèi)共有直徑為35 cm的水井78眼、40 cm的水井45眼、60 cm的水井6眼、80 cm的水井2眼、100 cm的水井1眼。因此選取五種不同井徑，按單井分別計算出封井和不封井情況下的滲漏量。

2.3計算結(jié)果分析

利用GEO-SLOPE軟件進行有限元滲流計算，并獲得如表2和表3所示的結(jié)果。

表2　封堵前庫內(nèi)水井滲漏量模擬計算結(jié)果

表3　封堵后庫內(nèi)水井滲漏量模擬計算結(jié)果

封堵前與封堵后相比，在最大蓄水位情況下，滲漏總量由1646.02 m3/d減小到341.76 m3/d；在死水位情況下滲漏總量由145.40 m3/d減小到17.99 m3/d。兩者相比，滲漏量減少了79.2%～87.6%。滲漏不僅會造成水資源流失，影響水庫效益的發(fā)揮，同時還會對周圍環(huán)境造成不良影響，因此需要對庫內(nèi)水井進行封堵[5]。

3庫內(nèi)水井封堵施工

3.1封堵設(shè)計

根據(jù)庫區(qū)地層的實際情況、水井的結(jié)構(gòu)，在充分聽取專家意見后，決定采用袖閥管灌漿的方式對井壁反濾體進行水泥黏土漿灌漿封堵，以阻斷水的通道，達到防滲漏的目的。

3.1.1封堵漿液的配合比

采用水泥黏土漿，其中水泥的含量不低于20%。一般在注漿開始時應(yīng)采用稀漿液灌注，如果注漿量過大或灌注速度過快，則采用較濃的漿液進行灌注[6]。

3.1.2注漿壓力

灌漿封井的注漿壓力受到上部載荷、注漿量以及注漿速度等多種因素的影響，因此在注漿過程中應(yīng)根據(jù)上述因素的變化而不斷調(diào)整[7]。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，注漿過程中的開環(huán)壓力可以掌握在0.5～1.5 MPa，開環(huán)方法以快速法為宜。

3.1.3注漿孔布置

對每一眼水井均按照120°角均勻布設(shè)三個注漿孔(如圖1)。為提高注漿封井效果，注漿孔要緊貼井壁，保證灌漿孔處于水井的反濾體中。灌漿孔的深度設(shè)計為25 m，孔徑90 mm，豎直偏差不超過1%。

圖1　注漿孔布設(shè)示意圖

3.1.4注漿結(jié)束標準

由于庫區(qū)地質(zhì)情況復雜，不同水井的使用年限也相差很多，因此不宜利用注漿量作為注漿結(jié)束標準。經(jīng)過對部分水井的灌注試驗，確定在設(shè)計壓力下注漿速度小于0.2 L/min時，再持續(xù)20 min，如果注漿速度沒有明顯變化，即可終止注漿。

3.1.5封堵方法

在水井上口開挖2.0 m×2.0 m×2.0 m的臺體土坑，在土坑的表面鋪設(shè)土工膜，再從井內(nèi)開始回填壤土，在距離上口1.5 m時開始澆筑C20混凝土進行封填。對深度超過堆石壩防滲墻深度的水井，應(yīng)該先向水井內(nèi)回填壤土至防滲墻下2.0 m，然后回填4.0 m深的塑性混凝土，然后繼續(xù)回填壤土至地面以下4.0 m處，最后用塑性混凝土封填井口，并碾壓密實。

3.2注漿施工的具體流程

3.2.1定位

根據(jù)前期調(diào)查資料和監(jiān)理人員提供的基礎(chǔ)參考點，采用全站儀對井口位置進行精確定位。在確定的鉆孔孔位上作出標記?？孜坏拇_定要十分精準，與設(shè)計位置的偏差不得超過3 cm。

3.2.2鉆孔

根據(jù)施工要求，注漿孔采用回轉(zhuǎn)式鉆機進行鉆孔，孔徑設(shè)計為90 mm。在鉆孔作業(yè)時一定要保持鉆機的平穩(wěn)運行，確保注漿孔的豎直精度。在鉆進過程中要不斷對灌漿孔的孔斜進行測量，一旦發(fā)現(xiàn)偏差超過設(shè)計要求，要及時采取糾正和補救措施。對于實在無法進行糾偏的注漿孔，要在征得監(jiān)理人員和設(shè)計人員的同意后，重新鉆取替代孔。鉆進時利用鉆桿的長度測量注漿孔的深度，并適當留出沉渣余量，確保孔深滿足設(shè)計要求。

3.2.3下套殼料

當注漿孔鉆到設(shè)計深度之后，將預先配置完成的套殼料利用鉆機的鉆桿送至孔底，并持續(xù)灌注，直到將鉆孔內(nèi)的漿液全部置換完畢為止。

3.2.4下注漿管

在下完套殼料并提出鉆桿之后，將預先準備好的注漿管下至設(shè)計深度。注漿管的管底要封閉，在管底上方2 m的范圍內(nèi)每隔1 m鉆4個出漿孔，孔徑設(shè)計為10 mm，并設(shè)置單向止?jié){閥。在注漿管下至設(shè)計深度后，利用水泥砂漿封閉孔口。

3.2.5制漿

注漿選用的是水泥比不小于20%水泥黏土漿。注漿用的水泥選用32.5號普通硅酸鹽水泥即可。水泥的細度和質(zhì)量必須符合相關(guān)的質(zhì)量標準。水泥要做到隨時采購，隨時使用，存放時間不宜過長，最多不得超過三個月。此外，水泥要分批使用，當上一批次的水泥使用完畢后，再使用下一批次的水泥。制漿用的黏土可以就地取材，并嚴格過濾去除較大的顆粒。當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境良好，蒲石河的水質(zhì)符合國家飲用水標準，可以直接用作制漿用水。制漿時首先利用攪拌機制作黏土漿，在過濾后再加入水泥繼續(xù)攪拌成水泥黏土漿，漿液的容重掌握在1.4 t/m3左右。

3.2.6注漿與封孔

在套殼料和封孔材料達到注漿設(shè)計強度之后，即可進行注漿作業(yè)。注漿時的注漿壓力設(shè)計為0.3 MPa，注漿開灌壓力要適當加大，可以掌握在0.5～1.5 MPa左右。在設(shè)計壓力下注漿速度小于0.2 L/min時，再持續(xù)20 min，如果注漿速度沒有明顯變化，即可終止注漿。在注漿結(jié)束后，首先拔出注漿管再利用同樣的漿液進行回灌補漿，并不斷攪拌，直到灌滿不再下沉為止。

3.2.7注漿中的特殊情況處理

①灌漿量過大。如果利用最濃的漿液灌漿時灌漿量仍然過大，可能是出現(xiàn)了漏漿通道[8]?？梢圆扇￠g歇式注漿或在漿液中摻入速凝劑的方式進行處理，盡量達到注漿結(jié)束標準，不可提前終止灌漿。②灌漿量過小。如果在灌漿過程中增加灌漿壓力的情況下灌漿量仍然很少，首先要檢查灌漿管路，排除管路堵塞等設(shè)備問題。然后采取增加灌漿壓力和降低漿液濃度等措施。③返漿。在注漿結(jié)束后，偶爾會出現(xiàn)持續(xù)性的返漿現(xiàn)象,其主要原因是單向閥破壞所至，要重新返工。④意外中斷。注漿工作必須連續(xù)進行。如果遇到極特殊的偶發(fā)狀況造成注漿中斷，應(yīng)盡快排除事故，并對內(nèi)管進行沖洗，然后恢復灌漿。恢復灌漿時應(yīng)按照開灌濃度進行灌注，如果注入率與中斷前沒有明顯變化，則恢復中斷前的濃度進行灌注。

4結(jié)論

(1)利用有限元滲流模型對庫內(nèi)水井滲漏量進行了計算與對比，結(jié)果顯示水井封堵極為必要。

(2)結(jié)合庫區(qū)地質(zhì)情況，確定了袖閥管灌漿的灌漿方式，并由此制定出合理的灌漿施工方案。

(3)灌漿結(jié)束后的現(xiàn)場勘測及壓水實驗表明，灌漿質(zhì)量良好，達到了設(shè)計要求。

參考文獻：

[1]車兆瑞，王相波，李曉軍.蒲石河抽水蓄能電站上水庫防洪調(diào)度方案研究[J].黑龍江水利，2015，1(1):60-62.

[2]溫中華，閆飛，解偉.蒲石河水庫預應(yīng)力閘墩模型受力狀態(tài)研究[J].長江科學院院報，2009(8):73-75.

[3]張貴金，潘燁，彭春雷，等.松軟地層防滲灌漿帷幕結(jié)構(gòu)性狀實驗研究[J].工程地質(zhì)學報，2015(3):526-532.

[4]王樹軍.水利堤壩工程防滲加固工藝[J].水利科技與經(jīng)濟，2014(9):138-139.

[5]羅永清.水泥黏土灌漿在海塘防滲加固中的可行性研究[J].中國水運(下半月)，2012(3):236.

[6]張貴金，楊松林，陳安重，等.適應(yīng)深厚復雜巖土層防滲灌漿的可控性黏土水泥穩(wěn)定漿材及快速配制[J].巖石力學與工程學報，2012(S1):3428-3436.

[7]張貴金，胡榮宗，鐘平，等.新型可控性黏土水泥膏漿試驗研究[J].水利水電技術(shù)，2013(2):66-70.