阐述水电站的设计与施工技术

阐述水电站的设计与施工技术
摘要：文章根据自身的工作经验，结合实际情况，就水电站建设工作中前期的设计进行分析探讨，分析探讨了土石围堰防渗闭气灌浆的设计要点及施工技术，发表自己在工作中所积累和总结的若干经验。

关键词：水电站；设计；施工技术
1 工程概况
某水电站装机容量100万KW，坝址两岸山体结构，坝轴线河谷断面基本呈对称“V”型谷，电站坝址为典型的岩溶地貌。

水电站截流围堰为土石围堰，坝基坐落处地质为灰岩和白云质灰岩，河床覆盖层厚度较厚。

又由于两岸坝肩开挖时石渣下河在原河道两岸坡附近形成了大粒径块石架空区域，以及在截流龙口段有大量截流施工时抛下的大块石，形成大块石架空区；下游围堰河床覆盖层原本较薄，但由于两岸公路和坝肩开挖石渣下河，河床中部均为大粒径块石，下游围堰填筑合龙处的块石架空现象较为严重。

围堰上下游水头差高，下游围堰上下游平均水位差为 3.7m。

在这种高水头差、快速涨落的情况下施工，造成了浆液的大量流失，从而直接影响灌浆效果，增加了灌浆材料耗量。

2 围堰防渗墙设计
该工程围堰防渗墙在设计时考虑了防渗墙方案、高压喷射灌浆方案以及控制性水泥灌浆方案，但由于围堰轴线处地质条件复杂，堰体部位基岩岩溶发育，岩石出露犬牙交错，堰体存在大量块石架空层，采用防渗墙或高压喷射灌浆方案均难以成墙。

经比较选择采用控制性水泥灌浆和速凝膏浆高压灌浆防渗，辅以高流态水泥砂浆灌注。

根据该工程围堰堰体和堰基地质条件及围堰承受的水头条件，上下游围堰均布置三排孔。

上游围堰灌浆孔间、排距分别按1.0m、0.75m设计，下游围堰孔间、排距分别为 1.0m、0.5m，其中中间排孔施工根据灌浆资料，结合现场情况具体确定。

经上、下两排灌浆处理后，根据钻灌资料分析，吸浆量大的地段，龙口段、深槽地段，大块石架空段等仍达不到要求的，施工中间的第三排孔，先施工Ⅰ序孔，Ⅱ、Ⅲ序孔视施工的情况及效果而决定是否施工。

对于堰肩的处理，先进行覆盖层以及表面风化层的开挖及混凝土浇筑，在灌完上、下游两排孔后，在防渗墙上适当打一些斜孔进行处理，如图1所示。

水电站下游围堰防渗设计及灌浆排序施工方案与上游围堰基本相同，不同的是：下游围堰防渗闭气施工平台以下采用控制性水泥灌浆和速凝膏浆灌浆防渗，施工平台以上采用复合土工膜防渗。

3 围堰防渗灌浆施工
以防渗轴线为中心，在围堰上首先浇筑了1道宽5 m、厚0.6 m的混凝土施工平台。

根据现场施工布置条件，上、下游围堰制浆站分别布置于围堰中部及左右岸岸坡附近，除围堰中部一制浆站外，每个制浆站内均配置ZJ-800高速制浆机1台，2m3 卧式搅拌机1台，1m3 储浆桶2台，水泥输浆泵1台，螺杆泵1台。

上、下游围堰中部制浆站各配置ZJ-400高速制浆机1台，自制膏浆制浆系统各2套，螺杆泵各1台。

同排孔之间的施工顺序是：先导孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

3.1 造孔形式及灌浆流程
3.1.1先导孔施工
河床部位采用冲击钻造孔，两岸坡部位采用地质钻造孔。

一般深入基岩5.0m，特殊情况深入基岩10m，由监理工程师进行鉴定确认后终孔。

钻孔完成后按施工程序进行灌浆作业。

3.1.2 施工工艺流程
场地平整→测量放样→设备就位→一次钻至设计孔深→起钻杆→千斤顶起拔套管→第一段灌浆→千斤顶起拔套管→第二段灌浆→千斤顶起拔套管→…→终孔段灌浆→结束灌浆→封孔。

3.1.3 钻孔
(1)钻机布置
根据两种钻机的性能、特点，地质钻机主要分布在两岸孔深相对较浅，预计没有架空的部位；冲击钻机主要分布在河床，龙口、有深槽的地段，应对深孔和有架空的孔。

(2)冲击钻造孔
孔位放样：由测量队按施工图纸要求的位置放出控制点，各孔孔位由现场质检员根据控制点放样，孔位与设计孔位误差不大于±10cm。

固机开孔：采用相关型号的钻机冲击跟管钻进，孔径为146mm，钻机就位后，采用水平尺、吊线等方法将钻机找平，用罗盘或角尺将钻机立轴调成垂直
开孔钻进。

孔深要求穿过块石堆积层进入河床基岩1.0m。

钻孔次序：钻孔次序与灌浆次序相一致，同次序孔可同时进行钻孔施工；相邻不同次序孔，在先序孔灌浆完成24小时后，方可进行下一次序孔的钻孔。

终孔验收：钻孔达设计孔深时进行孔深、深入基岩深度检测，经三级自检，在值班技术人员检查合格签字后，方可进行下道工序施工。

钻孔深度以进入基岩1.0m为标准。

孔口保护：钻孔结束待灌时，孔口均加木塞或砂袋妥善保护，以防其他杂物和污水掉入孔内。

地质钻造孔采用符合实际情况类型的地质钻机配无芯钻头回转钻进，开孔孔径为Φ91mm，灌浆镶管后，以下孔径为Φ56mm。

钻孔孔位、孔深、孔斜满足要求。

钻孔孔深以实际施工时钻入基岩1.0m为准。

孔口段（即第一灌浆段）钻孔完成后，先进行灌浆，然后镶铸孔口管并至少待凝48小时。

3.2 灌浆
3.2.1 灌浆材料
水泥：采用不低于32.5MPa的普通硅酸盐水泥，质量须符合国家标准，不使用受潮结块水泥，库存时间不得超过三个月。

膨润土：液限大于400％，小于0.08mm的颗粒含量大于80％。

水玻璃：模数为2.8～3.5，其浓度采用30～38波美度。

掺合料：砂、水玻璃、锯木粉、纤维物等。

浆液采用三种形式：0.5:1的纯水泥浆、膏浆、混合浆，各排序孔均以0.5:1的纯水泥浆开灌。

3.2.2 灌浆分段
冲击钻造孔孔深满足灌浆条件后，上提套管，提升长度为1.0m→灌浆→终段→提升长度为 1.0m→灌浆→终段→……如此循环，直至终孔。

因此冲击钻所造孔在孔底灌浆完成后，灌浆段长一律为1.0m，不足1.0m的孔段以实量计。

地质钻机造孔灌浆第一段的孔深为3.0m，灌浆后镶3.0m长孔口管；以下各段Ⅰ、Ⅱ序孔为5m，不足5m的以实数计；Ⅲ序孔为8m，不足8m的以实数计。

特别注意的是：钻孔中如遇失水，则停止钻进，对该段单独进行灌浆。

3.2.3 灌浆压力
考虑10年一遇的洪水所承受的水头，各序孔灌浆压力见表1，该表所示压力均指孔口压力，施工时可根据实际情况进行压力调整。

冲击钻机所造孔自下而上灌浆，孔段从底部算起，灌浆压力如表1所示。

3.2.4 浆液选择
灌浆过程中，对浆液的控制遵循以下几项原则：
当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而灌浆压力持续升高时，不得改变浆液。

当0.5：1纯水泥浆的注入量已达800L，而灌浆压力或注入率均无变化或变化不明显时，可改灌膏浆。

膏浆灌注无法结束时，现场决定改灌混合浆。

3.2.5 灌浆结束标准及封孔水泥灌浆结束标准：在要求的灌浆压力下，当注入率不大于5 L／mm时，续灌10 mm，结束该段灌浆。

膏浆灌浆结束标准：在灌浆设计压力下，孔段基本不吸浆时结束该段灌浆。

若在孔口及附近地面出现冒浆后，根据具体情况，由现场值班工程师和监理工程师现场确定结束标准。

每个灌浆孔结束灌浆后，采用浓水泥浆或干灰将孔口部分回填密实。

4 灌浆成果分析
水电站上下游围堰闭气灌浆先后累计完成877个孔，钻孔进尺18409 m，共计灌注水泥30574t、膨润土4225.6 t、水玻璃19249kg、锯木粉6938 kg、稻草65143 kg、砂浆200.1 m3 。

4.1 各排平均单位灌入量
上下游围堰各排孔的平均单位灌入量统计作图如图4所示。

从图4可以看出，下、上、中排孔的平均单位灌入量逐排递减，符合一般的灌浆规律，说明随着前一排孔的施工，后一排孔的可灌性在减弱，防渗起到了随排加密、加固的效果。

4.2 单位注入量区间分布
如果把上、下游围堰的上、中、下游排孔的单位灌入量按区间统计，下游排孔在大耗灰量的区间大于1000kg/m分布较多；上游排孔分布则相对比较均匀，而中间排孔则在小于1000kg/m上分布较多，说明后序孔在前序排孔施工之后，可灌性已有所减弱，这种减弱，逐排递减。

五结束语
水电站的建设是能源看法的一项重要工程，随着社会的不断进步，资源也在不断的减少，开发电力能源是一项关键工程。

所以我们要在平时的工作中不断的积累和总结，并结合实际的情况进行探讨，从而更好的做好水电站的设计工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。