帷幕灌浆主要施工方法
帷幕灌浆主要施工方法
2009-5-8
帷幕灌浆主要施工方法
1.钻孔与测斜:采用小口径地质回转钻机,金钢石钻头钻孔,开孔前用“两点法”地锚固定,用角度尺和地质罗盘校正钻机立轴。第1段灌浆结束后进行孔口管埋设,埋入基岩深度2 m,孔口管采用 73 mm的无缝钢管。钻孔测斜选用KXP-Ⅰ型测斜仪,一般每10 m测1次。
2.钻孔冲洗与简易压水:采用高压水脉动冲洗,冲洗时间不少于30 min,回清水10 min。灌浆前均进行简易压水试验,压水压力1.0 MPa。
3.制浆与检测:采用集中制浆,分部位供浆,浆液经3台湿磨机串联磨制后送入搅拌桶,外加剂为UNF-5型高效减水剂,掺量7%。浆液浓度采用标准漏斗粘度计检测,要求漏斗粘度小于30 s;细度主要采用沉降法,用激光粒度仪校核,要求每10 t水泥检测1次。
4.自动记录:灌浆记录全部采用自动记录仪,自动记录仪为长江科学院GJY-Ⅲ型和湖南力合LHGY-2000型。
5.灌浆压力控制:在施工过程中为了避免抬动破坏,建立了注入率与最大灌浆压力的关系。
帷幕灌浆主要技术指标
坝基渗控设计采用常规防渗排水与封闭抽排相结合的方案。
1.孔深与段长:孔深按H≥1/3h+c与深入相对不透水岩体顶板以下5 m控制,同时要求终孔段应满足透水率≤1 Lu、单耗q≤20 kg/m,否则自动加深;灌浆段长第一段2 m,第二段1 m,第三段2 m,以下各段5 m。
2. 灌浆压力:设计灌浆压力按不小于1.5倍坝前水头考虑,灌浆压力值见下表1:
3. 灌浆材料与浆液配比:灌浆材料采用湿磨细水泥,细度要求D97
4.灌浆施工方法:按分序加密的原则,采用“小口径、孔口封闭、自上而下、孔内循环、高压灌浆”方法。
5.结束标准:在设计压力下,1~3段注入率小于0.4 L/min、以下各段小于1.0 L/min,延续灌注时间不少于90 min。
6.质量合格标准:质量合格标准q≤1.0 Lu,接触段及其下一段的合格率应为100%,以下各段应达90%以上,且q应≤2.0 Lu。
帷幕灌浆特殊情况
1.灌浆过程中,发现冒浆 漏浆,应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。
2.帷幕灌浆过程中发生串浆时,如串浆孔具备灌浆条件,可以同时进行灌浆。应一泵灌一孔。否则应将串浆孔用塞塞住,持灌浆孔灌浆结束后。串浆孔并行扫孔、冲洗,而后继续钻进和灌浆。
3.灌浆工作必须连续进行,若因故中断,可按照下述原则进行处理:
(1)应及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔,而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效,则应进行扫孔,而后恢复灌浆。
(2)恢复灌浆时,应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近,即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注;如注入率较中断前的减少较多,则浆液应逐级加浓继续灌注。
(3)恢复灌浆后,如注入率较中断前的减少很多,且在短时间内停止吸浆,应采取补救措施。
4.涌水问题:涌水是由于坝基岩体裂隙水在四周河水水压传递下,当钻孔揭露裂隙含水带后,地下水的排泄释放过程,属于地下水正常迳流。
对钻孔涌水问题,采取如下措施:对涌水严重部位,增加灌浆孔深、改单排帷幕为双排帷幕,加密灌浆孔;对涌水孔段,提高灌浆压力(设计压力+涌水压力);提高结束标准,要求屏浆时间不少于1 h,闭浆待凝24~48 h。通过以上处理后,涌水孔段灌后扫孔均无涌水,且钻孔涌水量与涌水孔段频率随帷幕灌浆排序、孔序增加而减少。
5.灌浆段注入量大,灌浆难于结束时,可选用下列措施处理:
(1)低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆;
(2)浆液中掺加速凝剂;
(3)灌注稳定浆液或混合浆液。
该段经处理后仍应扫孔,重新依照技术要求进行灌浆,直至3.8.6 灌浆过程中如回浆变浓,宜换用相同水灰比的新浆进行灌注,若效果不明显,延续灌注30min。即可停止灌注。
6.在岩溶地区的溶洞灌浆,应先查明溶洞的充填类型和规模,而后采取相应的措施处理。
(1)溶洞内无充填物时。根据溶洞的大小,可采用泵入高流态混凝土、投入碎石再灌注水泥砂浆、灌注混合浆液等措施。待凝后,扫孔,再灌水泥浆。
(2)溶洞内有充填物时,根据充填物类型、性能以及充填程度,可采用高压灌浆、高压喷射灌浆等措施。灌浆注入量大时,可参照第5条进行处理。
岩溶地质条件下土石坝帷幕灌浆中出现的特殊情况处理:
灌浆是在已建成的大坝顶上进行,在渗透水流的作用下,溶洞、溶蚀裂隙内的充填物几乎被冲空,构成长期漏水通道,且灌浆是在水库蓄水情况下进行,地下水流速大,水泥不易沉淀,向下游流动很远,会出现灌不住浆、吃浆量很大的现象。对此可采取以下措施处理:1.浓浆堵漏。即先灌0.6:1或0.5:1的浓浆。
2.用浓浆冲灌细砂。开始时用砂浆泵灌砂浆,即用灌浆泵向孔内灌0.6:1或0.5:1的浓浆,在孔口向孔内加20%~30%粒径为0.1~0.25毫米的细砂,直至孔口返浆。3.加速凝剂。为加快浆液凝固,避免浆液沿裂隙流失太远,在浓浆中掺入1%的水玻璃或2%~4%的氯化钙。4.孔口冲灌砾石、粗砂。用清水在孔口向孔内由粗到细冲灌砾石、粗砂,砾石的粒径控制在2~5毫米,最大不超过5毫米,砂的粒径控制在O.5~2毫米,最小不小于0.5毫米,使其沿裂隙流动、积累,使砾石、粗砂在裂隙中堵塞通道,减小渗水流速,形成反滤,建立阻浆滞浆体。
帷幕灌浆的问题
1)中断处理 .
由于停电、机械故障、器材等问题出现的被迫中断灌浆情况 ,应尽快恢复灌浆 .
恢复时应从稀浆开始 ,如果吸浆率与中断前接近 ,则可尽快恢复到中断前的稠度 ,否则应逐级变浆 .若恢复后的吸浆率减少很多 ,则短时间内即告结束 ,说明裂隙口因中断被堵 ,应起出栓塞进行扫孔 ,冲洗后再灌 .
2)串浆处理 .
采取浆液加浓、降压、限流灌注 ,当吸浆率下降时 ,逐步提高灌浆压力 .被串孔则需扫孔后方可灌浆 .
3)冒浆处理 .
在灌浆过程中发生表面冒浆时 ,轻微者 ,可以稍停灌浆 ,让其自行凝固堵漏 .严重者应先行实行堵漏措施 ,无效 ,可越级变浓浆液 ,降低压力 ,中断间歇等办法 .
4)特大吃浆量的解决方法 .
在只具有一般性裂痕的岩层中灌浆 ,大都可在 1~ 3h之内灌注结束 ,注灰量不会超过 100~ 200kg/m[2].然而有时候会出现大量吃浆不止 ,长时间灌不结束的情况 .其原因大多不是因空隙体积太大没有灌满 ,而是因为地层的特殊结构条件促使浆液从附近地表冒出 ,或始终沿着某一固定的通道从或明或暗的地方流失了 .对此 ,采取以下方法进行处理 .进一步降低灌注压力 ,限制吸浆率不超过 5L/(min•m) ,以减少浆液在缝隙里的流动速度 ,促使尽快沉积 ;在最稠的水泥浆中掺入速凝剂 ,如水玻璃、氟化钙等 ,促使尽快凝结 ;灌注更稠的水泥砂浆 ;间歇灌浆 ,以促使浆液在静止状态下沉积 ,将通道堵住 .每次间歇前应灌入的材料数量和停歇时间 ,视地质条件、灌浆目的等确定 ,一般可按每次灌入 200~ 500kg/m ,以停歇2~ 8h掌握 .这种特殊情况的灌浆 ,限制吸浆滤 ,不使其超过 5L/(min•s) ,以减少浆液在缝隙里的流动速度 ,促使浆液尽快沉积 ;在最稠的水泥浆中掺入速凝剂 ,如水玻璃、氟化钙等促使尽快凝结 ;灌注更稠的水泥砂浆 ;间歇灌浆 ,以促使浆液在静止状态下沉积 ,将通道堵住 .每次间歇前应灌入的材料数量和停歇时间 ,视地质条件灌浆目的等确定 ,一般可按每次灌入 200~ 500kg/m ,以停歇 2~ 8h掌握 .这种特殊情况的灌浆 ,结束时不必强迫达到设计压力 ,但如能达到则必须达到 .若到此压力时就发生冒浆或大量吃浆的 ,可在较低的压力下结束 .但凡在低压结束的 ,待凝一段时间以后 ,应再将孔扫开复灌一次 ,在复灌中争取达到设计压力 .对于特大漏水通道采用直接充填细骨料的方法。
三峡二期工程泄洪坝段位于长江枯水河床及右岸漫滩中堡岛部位,建基面高程为4~50 m,其中1~3坝段位于枯水河床深槽区,是三峡大坝最高部位,最大坝高181 m。坝基岩体为闪云斜长花岗岩,其中含有细粒闪长岩和片岩包裹体、花岗岩脉及伟晶岩脉。基岩构造裂隙属细微裂隙,从总体看,透水性微弱,在断裂发育带、卸荷带及岩脉与断裂接触面透水性强。
三峡泄洪坝段坝基帷幕分为上游主帷幕和下游封闭帷幕,上游主帷幕为两排,第一排为竖直孔,第二排为倾向上游1.5°~5°斜孔,孔距均为2 m,孔径 60 mm;下游封闭帷幕为单排竖直孔,孔距为2.5 m,孔径 60 mm。帷幕灌浆采用“小口径钻孔,孔口封闭,自上而下分段,高压孔内循环法”灌浆。上、下游帷幕第3段以下设计压力分别为6 MPa和4 MPa。前3段段长分别为2 m、1 m、2 m,灌浆压力分别为上游主帷幕:1.5 MPa、3 MPa、4.5 MPa,下游封闭帷幕:1 MPa、
1.5 MPa、2 MPa;第3段以下一般段长为5 m,最长不大于10 m,第一段采用传统阻塞法进行灌浆,灌浆结束后埋入孔口管,待其终凝后开始继续钻进。 在帷幕水泥灌浆完工后,经过对灌浆的成果资料进行分析发现,部分孔段浅层存在透水率大或有涌水,且在灌浆压力已升至2倍设计水头的情况下,灌浆单耗依然较小;在帷幕检查孔压水时也发现部分坝段的浅层透水率仍然超标,因此又进行了丙烯酸盐补充灌浆。丙烯酸盐灌浆主要针对浅层透水率大或有涌水而灌浆单耗较小以及检查孔压水时浅层透水率超标的部位。
丙烯酸盐灌浆孔均为垂直孔,采用纯压式灌浆,分两序加密,孔深5 m;分2段压水检查,第1段段长2 m,第2段段长3 m,全孔作1段灌浆,主帷幕压水压力2.0 MPa,灌浆压力2.5 MPa;封闭帷幕压水压力1.0 MPa,灌浆压力1.5 MPa,灌浆压力均低于相应部位的水泥灌浆压力。
2 施工特点
2.1 部分坝段失水回浓现象较为普遍
造成浆液失水回浓的主要原因是地层中的细微裂隙只有水和部分细水泥颗粒可以通过,而粗水泥颗粒不能通过。三峡泄洪坝段帷幕灌浆采用的是湿磨水泥,湿磨后水泥粒径为d50≤10μm且d97
现场为了便于操作,制定如下方法判定失水回浓是否达到了吸水不吸浆的程度:当小循环灌浆过程中,20~30 min内回浆比重超过一个比级且注入率在1~2 L/min,此时换原比级的新鲜浆液,若不发生回浓或回浓不明显,则正常结束灌浆;若继续发生回浆比重超过一个比级的现象,则判为吸水不吸浆,按吸水不吸浆标准结束灌浆,但总灌注时间仍要求不小于120 min。
根据现场的实际情况,笔者认为下面的判断方法更科学、更准确:三峡二期泄洪坝段坝基帷幕灌浆要求在小循环(图1)达到稳定状态30 min后,打开大循环(图2)灌注。所谓小循环就是回浆管的浆液直接回到灌浆泵,再由泵压入进浆管而不经过搅拌桶及流量计。小循环过程中,自动记录仪能准确记录注浆量。而大循环则是指回浆管的浆液回到搅拌桶后,通过流量计再进入灌浆泵压入进浆管。大循环过程中,自动记录仪已不能有效的记录注浆量,人工记录的注浆量有一定的误差,因此透水不透浆现象在小循环状态下进行判断比较准确。
在小循环过程中,假设该孔段已达到透水不透浆的程度,孔内(包括进、回浆管)浆液将逐渐变浓,因为对于某一个孔段,孔容(包括进、回浆管容)是一定的,则孔内浆液由稀变浓的需灰量L1应与同一时段内所注入浆液的含灰量L2相等(因为这一时段内,浆液中的水完全灌入裂隙,而灰仍留在孔内)。
为了计算方便,根据试验结果得出湿磨普通525#水泥浆液灰水比与比重及灰水比与含灰量关系曲线,如图3所示。
现举例说明上述判定方法:
1X13-II-1#孔第7段:孔容162 L,进浆比重1.21kg/L(进浆比重指搅拌桶内浆液比重),30 min内注浆量为61 L,回浆比重(回浆比重指回浆管内浆液比重)从1.21 kg/L变浓为1.3 kg/L。根据图3,查得:
γ=1.21 kg/L对应的浆液含灰量为0.3 kg/L
γ=1.3 kg/L对应的浆液含灰量为0.43 kg/L
30 min内孔内浆液比重由1.21 kg/L变为1.3 kg/L所需灰量:
L1=162×(0.43-0.3)=21.1 kg
此时段内所注入浆液的含灰量:L2=61×0.3=18.3 kg
两者相差仅2.8 kg,后者已达前者的86.7%。考虑到管容测量误差、比重测量误差以及计时开始时孔内浆液比重没有完全置换至1.21 kg/L,可以认为该孔段为典型的透水不透浆现象,按照吸水不吸浆处理。
按照上述方法,对帷幕灌浆中透水不透浆现象进行分析发现:计算出的L2与L1相差均在20%以内。
此外,对于L2小于L1的20%以上时,可以认为孔内浆液置换不充分,孔内仍存留有部分浓浆,不能判为透水不透浆,而应重新置换出孔内浓浆,灌入一定比重的稀浆。
若L2>L1,则说明孔内仍在吸浆,按正常情况对待。
上述判断方法的缺点是需要查表计算,不便于现场操作,但就准确性而言,笔者认为这种判断方法值得推广。
从现场的实际情况来看,很少发生换新浆后可灌性增强的现象,一般是继续回浓,发生失水回浓后换新浆对于泄洪坝段的地质情况效果不明显。经过孔内高压循环一段时间后,浆液流动性降低、粘度增大,而新浆流动性较强、粘度较小,故可灌性较好,但在三峡泄洪坝段,裂隙宽度过小、水泥粒径过大已成为浆液失水回浓的主要原因,而浆液的流动性和粘度是次要原因,要降低失水回浓发生的频率,提高细微裂隙的可灌性,采用粒径更小的超细水泥是一种有效途径,但这无疑会增加灌浆成本,而从检查孔的压水结果来看,发生失水回浓频率较高的坝段灌后防渗能力基本可以满足设计要求。
泄洪坝段7~9主帷幕发生失水回浓的频率较高且大部分在开灌30 min内迅速回浓,同时注入率在1~2 L/min,按吸水不吸浆标准结束,既缩短了灌浆时间又避免了发生孔内浓浆埋钻的危险,该部位的帷幕检查孔除X8-J1最后两段压水结果超标外,其余孔段压水结果均满足设计要求。
2.2 数量较少的大注入率孔段是帷幕防渗的关键部位
因深槽段基础下分布有顺河向断裂构造,故大漏量孔段较多。对于压水时发现注入率、透水率较大的孔段,首先查找有无外漏点,如有外漏点则对外漏点进行嵌缝、表面封堵,在确认无外漏时,开灌前对制浆站、灌浆泵、搅拌桶、储浆桶及输浆管道等设施进行检查,以确保灌浆的连续性,不发生人为的灌浆中断。
因为压水压力较低,而灌浆压力较高,因而压水时无外漏的孔段,灌浆时不一定没有外漏,灌浆过程中当浆液注入率较大时,首先查找有无外漏,特别是当已经变浓一级浆液而注入率没有明显减少时,更要加强查找。当发现外漏时首先降低灌浆压力,对外漏点进行嵌缝、表面封堵,当上述措施无效时,采取间歇灌浆,待所灌入水泥浆液初凝后,扫孔复灌。 在灌浆注入率较大而无外漏时,需控制灌浆压力使之与注入率相匹配,因为注入率较大说明裂隙比较发育,地质条件较差,因而浆液与基岩的接触面较大,这时如果升至高压会产生较大的抬动力,很可能会导致抬动破坏。在浆液注入率较大时,需加强抬动观测,以便控制适当的灌浆压力。在浆液比级相同的情况下,裂隙比较发育的地层中浆液压力衰减较慢,故较小的灌浆压力也能得到较大的扩散半径,因而在浆液注入率较大时不必升高灌浆压力也能得到理想的灌浆效果。此时需采取措施降低浆液的流动性,例如采用浓浆灌注,以避免不必要的浪费浆材。三峡泄洪坝段坝基帷幕灌浆采用部颁94规范中推荐的与注入率相匹配的灌浆压力,如下所示。
2.3 部分坝段涌水较为普遍
泄洪坝段涌水孔段较多主要是因为水位差较大及基岩中沿断层脉状透水较丰富,而以深槽段尤为突出。对于涌水孔段在正常灌浆结束后再屏浆1 h,视灌入量情况决定待凝时间,一般为12~48 h,待凝后扫孔到底,若仍有涌水则需重复灌浆,否则继续钻进。
涌水孔段屏浆的作用是使灌入裂隙的水泥浆液在高压作用下充分排水固结,防止其被涌水顶回。有涌水且浆液灌入量较大的孔段,说明该孔段裂隙比较发育,裂隙中浆液压力衰减较慢,先按照灌浆压力与注入率相匹配原则灌注,当注入率降到10 L/min以下时升至设计压力加孔口涌水压力进行灌注。这种情况下,能取得足够的扩散半径,得到理想的灌浆效果。 有涌水而浆液灌入量较小的孔段,说明该孔段裂隙不发育,裂隙中涌水压力衰减较快,所测灌浆段涌水压力小于裂隙中实际涌水压力,距孔中心线距离愈大,所测涌水压力与裂隙中实际涌水压力相差愈大,而灌浆时因浆液的粘度大于水的粘度,故裂隙中浆液压力衰减更快,但衰减方向与涌水压力衰减方向相反,故裂隙中浆压与水压很快将达到平衡状态,因此浆液的扩散半径很有限。对于这种情况,要得到合适的扩散半径,需提高浆液的流动性,施工时可以采取以下几条措施:①提高灌浆压力,使裂隙中浆压与水压在所需要的扩散半径以外达到平衡状态,但灌浆压力的提高要受到抬动观测值的限制;②增加布孔密度,使各序孔以较小的扩散半径连成完整的幕体;③延长灌浆时间。
从灌后帷幕检查孔的情况看,灌前涌水孔段较多的坝段灌后检查孔仍有少量涌水,但压水结果表明其防渗能力已满足设计要求。
3 水泥灌浆结束后的处理措施
在水泥帷幕灌浆结束后,检查孔压水时发现部分坝段的浅层透水率仍然超出设计要求,通过分析认为:在现有的湿磨条件下,水泥颗粒粒径依然过大,不能满足这些部位的灌浆要求,而基岩浅层的灌浆效果却是控制帷幕幕体防渗效果的关键部位,在蓄水后将承受较大的水压,在这种情况下有必要进行化学灌浆,以确保幕体的防渗效果。
经分析、比较后,化灌材料选用胶凝后基本无毒的丙烯酸盐。丙烯酸盐浆液的粘度一般小于2 MPa•s,且为溶液,因此具有较强的可灌性,能够灌入湿磨水泥无法灌入的细微裂隙,对水泥灌浆遗漏的部分进行必要的补充。丙烯酸盐凝胶的渗透系数一般小于5×10-7cm/s,满足设计要求。
在水泥帷幕灌浆结束后,检查孔压水时还发现上游主帷幕的透水率较下游封闭帷幕小,这反映出上游主帷幕经过高压和加密后,水泥灌浆质量明显好于封闭帷幕,因此决定加大下游封闭帷幕丙烯酸盐灌浆的布孔密度。
4 几点认识及建议
(1)若临界压力小于该孔段的设计压力,灌浆过程中当升压至临界压力时,浆液注入率将突增,此时如果按注入率较大情况下与注入率相匹配的压力进行控制,则应降压,而降压的结果是压力低于临界压力,浆液注入率大幅下降或基本不吸浆,说明裂隙周围的岩体发生了弹性张裂变形,当外力撤消后,裂隙又恢复原状。这种情况在右纵坝段下游封闭帷幕灌浆过程中曾出现过,这种情况下灌浆压力该如何控制,则需进一步探讨。
(2)帷幕检查孔全孔灌浆压力为相应部位第一段灌浆压力,在注入率小于1 L/min的情况下稳定30 min后打开大循环灌至结束,这些技术要求导致检查孔全孔灌浆时间过长,例如X18-J-2全孔灌浆历时5 h27 min。检查孔采用传统阻塞法灌浆,作为射浆管的内管一般无法活动,长时间灌注极易埋内管,根据现场实际情况,大部分机组不采用6分铁管作为内管,而采用塑料管作为内管,若被埋则舍弃顺便封入孔内。经过长时间灌注孔内水泥浆容易凝结,很可能导致塑料内管从阻塞器下部脱落,这样在灌浆结束后封孔时回浆比重将迅速达到标准,而孔内稀浆并未被完全置换出来,造成封孔质量难以保证。而压水合格的检查孔的主要矛盾是封孔质量,并非灌浆质量,这样做便造成了本末倒置。
鉴于上述原因,可考虑对检查孔灌浆技术要求进行修改。帷幕灌浆孔一般段长为5 m,小循
环稳定标准为注入率小于1 L/min,考虑到段长因素可以改写为注入率小于0.2
L/m•min,这个稳定标准应该也可以在检查孔全孔灌浆时采用。因检查孔每段都进行过稳定压水,故压水全部合格的检查孔孔内不可能存在较大裂隙,只可能存在多条细微裂隙,这些细微裂隙是造成灌浆时存在注入率的主要原因,经改写后的稳定标准既能控制不发生大裂隙欠灌的情况,又能保证灌浆质量,而且可以大大缩短灌浆时间,避免发生内管被埋,确保封孔质量。
中、小型水库大坝基础渗漏处理
梅花水库是一座建于上个世纪五十年代的小(一)型水库,大坝为高18.2m的均质土坝,轴线长度120m,坝顶宽6m。坝址位于沩山复式岩体内,地层岩石为中生代燕山期黑云母花岗岩。上部为粗颗粒结构,风化深。下部为中颗粒结构,岩石较坚硬,坝基岩石破碎,裂隙发育,渗透系数普遍较大。由于当时主要是靠人力夯筑而成,民工“三自带”,又由于大坝在施工过程中,管理上、设备上、资金上等不足原因,在这种条件下建起来的土坝,其质量较差。随着运行时间的延长,工程老化,险情问题不断暴露出来。在蓄水运行中,蓄水效能得不到全部发挥,且出现了较为严重的渗漏现象,这些现象表明了大坝的安全运行受到了严重的威胁。如何处理和解决这一问题?通过分析讨论:对大坝进行灌浆补强加固是有效的方案,下面就以梅花水库大坝灌浆方案为例作讨论。
二、工程概况
梅花水库位于宁乡县流沙河镇高山村,均匀土质坝,坝顶高程: 159.5米、坝长:120米 、 坝高:18.2米、集雨面积2.43平方公里,正常蓄水位157.0米,相应库容237万m3,灌溉面积0.38万亩,属小(一)型水库,其对下游流沙河镇集镇的自来水及周边6个村的“人饮工程”生活用水,对下游农田都起着举足轻重的作用,尤其在旱季,作用更明显,在汛期对下游的洪水亦起着一定的调节作用。
三、工程存在的问题及原因分析
经勘测,当库水位达到155.0m高程时,背水坡右侧坝脚及放水涵洞周围多处有严重渗漏现象,坝基渗漏量达200L/min,如果水位达到溢洪时,其渗漏就更严重。 经过分析,坝体土质含沙量较高,碾压不密实,大坝基础为强风化花岗岩,基础节理、裂隙发育,清基时强风化层等未完全清除,坝基截水墙未达到弱透水层,同时大坝进行二次施工时二次工程接合部分未处理好,因而造成大坝基础渗漏严重。
四、充填式灌浆设计
根据梅花水库坝基渗漏情况、坝址岩层性质及多年水库坝基止漏的经验,决定采用充填式灌浆对大坝基础渗漏进行处理。基础帷幕灌浆的主要目的是减少基础渗流,减少水库中水的流失,保证设计水头,满足经济效益;降低基础扬压力,减小大坝断面,节省工程量;防止集中渗流,防止在基础岩石中发生冲刷、管涌,减少溶蚀,保证坝基渗透稳定和大坝安全。本设计根据《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266-88)及原省水利水电厅、水利管理局编印《堤坝灌浆技术》进行设计。
(一)灌浆工艺
1、布孔.造孔
具体布孔:具体情况具体分析,视情况而定。但一般按一固定规则布孔,我们采用马格公式计算灌浆扩散半径为1.85m,进行布孔,沿坝轴线从左岸向右岸布设两排灌浆孔,前后排灌浆之间按三角形布设。即排距为1米,孔距为3米,各孔深度达到渗漏层以下2米。钻孔灌浆顺序的施工原则,采用逐渐加密法,孔距由稀至密,逐渐加密至设计孔距,分三序钻孔灌浆。 该水库土坝为均质土坝,对坝体采取充填式灌浆,坝体中间灌浆孔设在原坝顶中央,与坝基帷幕灌浆在同一横断面上,第一序孔孔距为4m,第二序孔孔距为2m,第三序孔孔距为1m。坝体灌浆和基础帷幕灌浆相结合,先对坝体的第一、二序孔进行灌浆,坝体灌浆和基础帷幕灌浆相重合处 即坝体第三序孔,先进行帷幕灌浆,再进行坝体灌浆。第二排也分为三序进行,但孔位应与第一排保持铅直,最大偏差不得大于孔深的2%。 坝体灌浆孔为三排,梅花形布置,排距1.0m,孔距1.0m,钻机干法造孔,孔径70mm,钻至坝基岩。灌浆材料采用粘土浆。其组成成分粘粒:粉粒:砂粒为4:5:1,浆液浓度应稀后浓,具体数值由试验确定。灌浆采用分段灌注法,由下至上,下套管分段灌注,段长5m。灌浆时先灌上游一排孔,再灌下游一排孔, 最后灌中间一排孔。造孔灌浆分三序施工,第一序孔距4m,第二序孔距2m,第三序孔距1m,造一序孔,灌 一序孔,灌完一序孔,再灌下一序孔。在灌浆中,应对第一序孔轮灌,采用少灌多复的方法,每米孔深每次灌浆量应控制在0.3~0.5m3,每孔灌浆次数6次,每次间隔5天。施工单位在灌浆过程中应作好灌浆记录。灌浆压力:灌浆压力应通过现场试验确定,孔口压力控制在50KPa以内,在施工过程中根据实际情况调整确定,灌至大坝上半部分压力应减少。灌
浆结束标准:在规定的压力下,注入浆液升至孔口,经连续复灌3次不再吃浆,即可结束灌浆。坝体灌浆在老涵管两侧5m范围内,第一段灌浆采取少灌多复的方法,使涵管外壁与土体间的渗漏通道充填密实,每孔灌浆次数6次,每次间隔5天。
2、灌浆压力
根据《土坝坝体技术规范》规定,充填灌浆的灌浆压力控制在4.9ⅹ104Pa即0.5公斤/厘米2,瞬时压力控制在9.8ⅹ104Pa,即1.0公斤/厘米2,灌浆机和孔口必须安装压力表,做好灌浆记录,重要孔还必须绘制过程线。
3、灌浆材料的配制
为使浆液在孔内有足够的流动性,在凝固时,体积收缩小,固结快等要求,根据当地的取材条件选用黄粘土为灌浆材料。选用黄粘土的物理特性指标为粘粒含量在20-45%,粉粒含量40-50%,砂粒含量在10%,一般塑性指数为10-25%,浆液的比重一般,控制在1.2-1.4g/cm3先稀后浓,采用分程灌注,由下而上,段长可分为5-10m,灌浆中如遇到吃浆量较大的孔可采用较浓的浆,必要时可掺入10%-30%的水泥加快浆液固结。
4、封孔
封孔是最后一道工序,也是重要的。 按设计的压力值,在完全不吃浆的时间延续0.5-1小时就可结束灌浆,经复灌不吃浆即可封孔。
封孔方法:用泥球封孔法。当坝体灌浆基本结束后,孔内泥浆不再流动时,可将0.5 m浆液取出,用直径2-3cm含水量适中的粘土球充填灌浆孔,分层回填捣实,要求比坝面高些即可。施工单位灌浆结束后,应进行质量检查,并提出质量检查报告。
(二)问题讨论
在灌浆过程中可能出现坝面开裂,钻孔(或邻孔)串浆,坝坡隆起和塌陷等现象,发生这些现象说明大坝本身是存在问题的,如:被捣空、蚁巢,或压实度不强或开裂等,根据经验,出现这些情况应及时处理。
1、坝顶开裂
由于坝顶轴线附近的垂直面是主应力面,因此在坝顶钻孔灌浆,普遍存在开裂现象,有时灌浆压力较小也会引起开裂。处理方法:停止灌浆,开挖回填作阻浆盖一般沿缝开挖深度为0.5m,宽度0.3 m,利用鲜土回填捣实后继续灌浆。
2、冒浆
在灌浆过程中,也会发生坝坡冒浆现象,若发现冒浆现象必须停灌,开挖到出浆口处采用阻浆盖方法处理。无法找出浆口的采用“灌一停一灌”,间歇灌浆法,同时提高灌浆液的浓度,也可掺入30%的水泥。
3、坝坡隆起和塌陷
如发现坝坡隆起现象,很可能是灌浆面引起的滑动应立即停止灌浆,查明原因,在确定坝坡稳定时,才能继续灌浆。发现塌陷时,要查明原因,若是灌浆后引起的坝坡湿陷,应填土夯实后,再灌。若是蚁巢等原因应把蚁巢挖掉夯实再灌。
4、串孔
灌浆时经常会发现邻孔冒浆的现象,如果能同时灌浆应采用同时灌浆法,无法同时灌浆应对冒浆孔进行堵塞后再灌浆。
5、吃浆量特别大的灌浆孔处理
在灌浆中如果发现吃浆量特别大现象,对这种孔必须认真检查分析原因,有的可能跑到涵洞,有的可能跑浆进入库内水下部分,可采用添加适量的废机油灌浆,看库水面是否有油浮出水面,对上述情况,可采用冒浆处理方法,对坝体空洞大吃浆量的,限制吃浆量,每次灌浆后控制在每米吃浆1m3左右,待固结后,再补浆,否则可能会引起坝体较大范围的湿陷,而影响坝体的安全。 坝是一种有效的、经济的、可靠的措施,适用于类似坝体的应用借鉴。