时间：2013-11-29 分类：水力
【摘要】帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的一种工程措施,本文介绍均质土坝坝体劈裂式灌注粘土浆及坝基纯压式灌注水泥浆的施工工艺、方法,希望在同类工程中进行技术交流,共同搞好水利建设工作。
【关键词】横冲水库除险加固;坝体劈裂灌浆;坝基风化玄武岩纯压式灌浆;施工工艺、方法
1 前言
横冲水库始建于1957年11月,1958年7月建成投入使用,位于呈贡县马金铺乡境内梁王河上,距马金铺乡政府所在地8.0km,其地理坐标为东经102°51′,北纬24°37′,控制流域面积26.1平方公里。大坝为均质土坝,最大坝高40.45m,总库容1000万m3,为中型工程。由于受建设时的各种条件制约,加上数十年运行,工程已经病险老化。目前,主要存在大坝防洪能力、大坝抗震稳定不满足规范要求;坝体、坝基、坝肩渗漏及绕坝渗漏;输水涵洞裂缝漏水;闸门及启闭机锈蚀老化;水库安全监测设施不完善等病害,经昆明市水利水电勘测设计院鉴定及省水利厅审定、水利部大坝安全管理中心核定为三类坝,昆明市水利水电勘测设计院对水库进行了除险加固设计。主要工程措施为大坝前坝坡铺设砼预制块防浪护坡,后坝坡培厚加固,新设倒滤体及对溢洪道进行改造;对坝基、坝体进行帷幕灌浆处理;新开输水隧洞并封堵老涵洞。本文谈谈均质土坝坝体劈裂式及坝基纯压式帷幕灌浆的施工工艺、方法。
2 坝体隐患及地质状况
据钻探对坝体深部揭露地质的资料情况来看,坝体施工质量较差,坝体土料级配差、不均匀,碾压不密实,渗透系数大(K=3.28×10-4～5.89×10-6cm/s)。
坝基岩层为玄武岩,其透水层为第四系冲洪积层中的砂砾石层,厚度约12.5～37.6m,为中等透水层,岩体透水率均大于5.0Lu,一般介于8.1～16Lu之间。左坝肩强风化带岩体透水率q=8.0～17.0Lu,属中等透水层,其最大埋深37.6m。右坝肩强风化带岩体透水率q=13.0～27.0Lu,属中等透水层,该层厚度大于40m。
本次帷幕灌浆的防渗标准为透水率小于5Lu。
3 帷幕灌浆施工
3.1 灌浆孔的布置及施工顺序
本次灌浆沿老坝轴线布置单排孔,孔距2m,共计145个(含20个试验孔)。灌浆帷幕顶界高程为2025.0m,底界以深入弱风化玄武岩,透水率小于5Lu为界。
灌浆采用三个次序逐级加密的原则进行施工,即先施灌I序孔,再施灌Ⅱ序孔,最后施工Ⅲ序孔。
其单孔的施工程序为:坝土段钻孔→捞渣→注水试验→套管跟进隔离坝土段(下套管隔离至结合部以上)→结合部钻孔一捞渣→1:1混合浆灌浆(复灌) →套管跟进隔离结合部→扫孔自上而下钻灌基岩段到设计深度(纯水泥浆灌注)一校正孔深、测斜,基岩段和结合部封孔→1:3混浆自下而上分段取套管灌注坝土段→该孔结束移至下一孔。
3.2 钻孔方法
坝土及基岩均采用硬质合金钻头回转转进,局部基岩较硬时曾采用钢粒钻进。
(1)、钻进坝土时允许送少量水冷却钻头和润滑孔壁,钻孔不冲洗。
(2)、钻进基岩时采用送水钻进,以带出岩粉,并对钻孔进行冲洗,冲洗时间不
少于30min,直至孔口返水清澈为止。
3.3 压(注)水试验
坝土及结合部灌前采用自上而下分段注水试验,水头抬至坝顶或略高出坝顶10～20厘米,灌后不作压水检查,基岩灌前灌后均采用灌浆压力的80%进行单点法简易压水试验。
3.4 灌浆压力
为保证坝土,结合部和基岩裂(孔)隙的充分充填,同时提高充填的强度,加强帷幕灌浆的整体质量,增强大坝的防渗性能,灌浆压力确定为:坝土采用P=0.015D,基岩采用P=0.03D,计算控制压力值,算式简单,计算方便,其中:P为孔口压力表指示压力(MPa),D为灌浆段顶的埋藏深度(m)。
3.5 灌浆方法和方式
采用纯压式分段跟塞止浆灌注。
(1)、坝土自上而下分段注水试验后下套管分段隔离,待结合部和基岩灌浆结束并自下而上封孔灌浆结束后,自下而上分段对坝土进行劈裂式灌浆,段长为5.0～8.0m。
(2)、结合部、基岩采用白上而下分段跟塞纯压式灌浆的方法,结合部单独分段进行灌浆,段长一般为3.0m,基岩灌浆段长为5.0m,不超过6.0m。
基岩采用自上而下分段跟塞纯压式灌浆的方法,栓塞置于段顶0.5m处,以防漏灌,
射浆管口距段底0.5m。
3.6 灌浆材料
本次灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥、标号不低于R32.5,粘土为灰岩风化产物(红粘土),水用泵抽取清洁库水,质量均符合设计要求。
3.7 浆液配比及变换原则
(1)浆液配比
◆坝土灌注水泥:粘土=1:3混合浆,浆液密度分别为1.10 g/cm3、1.20 g/cm3、1.30 g/cm3、1.40g/cm3四个比级,由稀变稠,主灌1.4级,1.5级用于冒浆或吃浆量过大的孔段;
◆结合部灌注水泥:粘土=1:1混合浆;
◆坝基岩体灌注水:水泥=5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级的浆液,以2:1和1:1比级为主灌浆液。一般由稀至稠逐级变换,吃浆量较大的情况可以越级至最稠一级灌注。
坝基岩体为风化玄武岩，裂隙发育,适合灌注水灰比为2:l,1:1和0.8:1的浆液,较细小的裂隙,适合灌注5:1,3:1的浆液。也可根据钻进回水情况和灌前岩石透水率的大小,来选择起灌水灰比。#p#分页标题#e#
(2)浆液的变换原则
在每一段灌浆过程中,按\"先稀后浓、优浆多灌、浓浆结束、少灌多复\"的原则进行。遵循由稀浆到稠浆逐级变换的原则。
◆灌浆时,当灌浆压力保持不变,注入率均匀减小或当注入率不变,压力均匀升高时,不得改变浆液浓度。
◆灌浆过程中,当某一比级的浆液注入量已过300L以上,或灌浆时间已达30min,而灌浆压力及注入率均无改变或改变不明显时应变浓一级浆液。
◆灌浆过程中,当注入率大于30L/min时,应根据具体情况适当越级变浓。
◆灌浆时,当改变浆液浓度后,吸浆量在短时间内迅速减小的孔段,应及时冲洗,恢复原浓度浆液灌注。
◆稠浆起灌时,当灌注量已达8～10t时,采用间歇方法灌注,待凝5～8h后扫孔冲洗复灌,有升压现象时采用稀浆逐级变化灌注。
3.8 浆液待凝时间
基岩待凝时间为8～10h。结合部待凝时间为10～12h。坝土段不待凝。
3.9 灌浆结束标准、封孔
坝土结束标准：达到计算控制压力,若吸浆量较小时,可提高压力,使坝顶出现劈裂缝和冒浆,控制其裂缝长在相邻两侧同序孔间距内,缝宽1～2cm。出现冒浆后采用灌→停→灌的方式,使浆液充填至饱满密实,一般每孔段停歇三次,每次停歇30min,孔口压力为零时亦可结束灌浆。
基岩结束标准：当一次升压或逐级升压至计算控制压力值,每分钟进浆量小于1.0L,持续灌浆30min便可结束该段的灌浆工作。
终孔段灌浆结束后采用自下而上分段,对基岩进行灌浆封孔(水灰比为0.6:1纯水浆)。坝土灌浆段灌浆完成后自然封孔,坝土非灌段采用邻孔余浆注满孔口,直至孔内浆液不再下沉为止。
3.10 特殊情况处理
(1)灌浆过程中,发现冒浆、漏浆,根据实际情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法进行处理。
(2)帷幕灌浆过程中发生串浆时,可采取下述方法处理:
◆若被串浆孔正在钻进,则应立即停钻;
◆若串浆量不大时,可在灌浆的同时,在被串孔内通入水流,使水泥浆不充填孔内;
◆若串浆量大时,在条件允许的情况下,可与被串孔同时进行灌浆,但应注意防止岩层抬动;
◆若串浆量过大时,且无条件同时灌浆的情况下,用灌浆塞堵塞串孔,并对灌浆孔继续进行灌浆,灌浆结束后,应立即将被串孔内灌浆塞取出,并扫孔洗净,待后再灌;
◆若串浆孔串行比较远,应采用浓浆施灌。
(3)岩层破碎、止水止浆困难的处理:采用多次向上移动胶塞,选择止水止浆位置,增加胶球,加长止水器长度。跟进套管止浆等方法处理。
(4)\"吃水不吃浆\"现象的处理:采用避免灌浆中断,保证连续灌注,适当增加灌浆压力,多灌清浆的方法进行处理。
(5)灌浆工作必须连续进行,若因故中断,将按下述原则进行处理(尽量缩短中断时间,及时复灌)。
◆中断超过30min,应立即设法冲洗钻孔。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔,而后恢复灌浆;
◆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似,即可用中断前的水灰比;若吸浆量较中断前减小很多,且在短时间内停止吸浆,则该段不合格;应采取补救措施。说明裂隙口因中断灌浆被浆液堵塞,应取出封闭器进行扫孔和冲洗后再灌,如仍无改善,则应考虑在附近补孔。
(6)、坝坡出现冒浆时,采用稠浆灌注,待稠浆溢出后对冒浆点进行封堵,减压缓慢灌注,封堵无效时采用间歇灌注方法,待冒浆停止后继续灌注至结束;
(7)、坝顶冒浆采用停灌的方法间歇灌注。坝顶冒浆大多为劈裂冒浆,一般封堵效果不好,当解除灌浆压力后,坝体回弹会自行闭合或封堵。
凡经特殊处理的孔段,灌浆待凝后均进行原孔检查或扫孔复灌,保证灌浆达到正常终灌标准。
3.11灌浆质量控制
(1)浆液质量检测
浆液密度是粘土浆、纯水泥浆和水泥粘土混合浆质量的重要控制标准,现场主要采用密度计测定。配制水泥粘土混合浆时,首先测定粘土浆的密度,然后视其密度再配制出各级所需稠度的混合浆。配制好的混合浆和水泥浆都进行最少一次的浆液检测,以保证浆液质量。
(2)灌浆孔原孔检查
◆灌浆孔无论灌前透水率大小均都对其进行灌浆;
◆灌前q<5Lu,单位注入量c<50kg/m的孔段,灌浆后不待凝也不做灌后压水检查;
◆灌前q=5～10Lu,单位注入量c>50kg/m的孔段,灌后必须待凝,并扫孔进行压水检查,单位注入量c<50kg/m的孔段,灌后必须待凝,但不做灌后压水检查;
◆q>10Lu的孔段,灌后必须待凝并扫孔冲洗进行检查压水。若q<5Lu则认为合格,可进行下一段施工;若q>5Lu则进行复灌至合格为止才能施工下一段;
◆灌浆过程中,浆液变至0.5:1孔口无压,吃浆量不减少而采取间歇灌注的孔段,复灌前必须扫孔冲洗并进行压水检查,若检查压水不合格则继续复灌直至合格为止,才能进行下一段的施工。
3.12 灌浆效果
灌浆共施工13个检查孔，101段压(注)水试验。其中，98段合格，3段不合格，合格率为97.0%，不合格段不位于坝体与基岩的接触带上，检查孔每个段压(注)水试验结束后都认真作了灌浆处理，对坝基可能存在的渗流隐患进行补强。大坝坝体及接触带检查孔压(注)水试验合格率为100%，大坝左、右两岸及坝基的渗透性得到了较大的改善，防渗能力得到了提高，水库的安全运行奠定了基础，达到了除险加固的预期目的。#p#分页标题#e#
4 结束语
(1)坝土段采用自下而上分段劈裂式灌注，结合部和基岩段采用自上而下分段纯压式灌注，符合该工程的地质特点。尤其是坝土段自下而上劈裂式灌浆，由于坝土覆盖较厚,压重较大,压力不易释放,从而延长内劈时间,推迟外劈时间,进浆量明显增加,对提高灌浆质量效果明显。
(2)横冲水库大坝的地质条件、施工情况、病险情况具有一定的代表性，其除险加固帷幕灌浆也具有一定代表性，可供同类工程参考。
参考文献
[1]、昆明工程勘察公司《呈贡县横冲水库大坝帷幕灌浆生产性灌浆试验报告》
[2]、《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88
[3]、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》 DL/T5148-2001
[4]、张启岳 《土石坝加固技术》 中国水利水电出版社,1999
