高压喷射灌浆技术在东方红水库除险加固工程中应用

高压喷射灌浆技术在东方红水库除险加固工程中应用

高压喷射灌浆技术在东方红水库除险加固工程中应用　　摘要：阐述了东方红水库主坝均质土坝采用高喷、劈裂及充填灌浆技术相结合的处理方法，实现了质量可靠和经济合理的效果。关键词：水库除险加固高喷劈裂充填灌浆中图分类号：TV9文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0043-021工程概况东方红水库位于江门市新会区古兜山脉北麓，集雨面积38.6km2，总库容2750万m3，最大坝高为40.0m，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的中型水库。东方红水库加固前存在的主要安全隐患问题有：主坝坝坡稳定安全系数不满足现行规范要求，坝基及坝肩渗漏较严重，溢洪道侧墙高度不够，闸门强度不满足设计要求等。安全鉴定核准东方红水库为二类坝，需进行除险加固。2加固方案9n针对本工程主坝坝体、坝基与坝底的冲积砂砾层渗水量大存在的问题，应采用综合防渗加固方案建立可靠的防渗体系并提高部分坝体密度。选用高压喷射防渗墙与坝体劈裂及坝肩充填灌浆相结合的综合方案。即采用高压旋喷灌浆法形成的水泥砂卵石防渗墙处理坝底冲积砂砾层渗漏。采用劈裂、充填灌浆加固土坝坝体，根据水泥浆劈裂原理，沿坝轴线方向布孔，灌入合适的浆液，进行控制性劈裂灌浆。即：使浆液充填裂缝，并与浆脉连通的孔洞、渗漏处也被浆液充填，同时将筑坝土间隙填密，最终在坝内沿坝轴方向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆脉防渗体。主坝两坝肩采用充填灌浆处理，即：利用水泥粘土浆液充填坝体两坝肩填土间隙，使土更加密实，减少渗漏。坝体劈裂灌浆和坝底冲积砂砾层高压喷射灌浆墙形成联合的防渗帷幕。使防渗布置更加合理，减少投资，从而达到优化防渗加固目的。3防渗体系的设计（1）主坝左、右坝肩设两排充填灌浆孔，孔距2.5m，排距2.0m，灌浆孔底部至基岩或深入残积土层不小于2m，充填灌浆第1排在坝轴线上游2.0m，第2排在坝轴线。（2）坝体采用单排劈裂灌浆，孔距5.0m，其中桩号0+025～0+085和0+145～0+180段的灌浆孔底部至基岩或深入残积土层3.0m；桩号0+085～0+145段的灌浆孔底部深入冲积砂砾2.0m，劈裂灌浆孔位置在坝轴线上。（3）坝基采用高压喷射灌浆，孔距1.25m，高喷防渗墙钻孔有效深度从旧坝顶高程43.5m至强风化带1.0m，防渗墙有效高度为入微风化带1.0m至坝基线以上2.0m，高压喷射防渗墙轴线与坝轴线重合。9n4施工要求（1）为了保证灌浆效果，要求分序进行施工，劈裂、充填灌浆均按两序施工，高喷灌浆分三序施工。先对坝基高喷灌浆，接着进行坝体劈裂灌浆，最后对坝肩进行充填灌浆。施工过程中施工单位要摸清坝体、坝基岩土特点，并寻求满足要求的灌浆技术参数。（2）灌浆压力：坝肩充填灌浆孔口压力不超过49kPa；坝体劈裂灌浆孔口压力按表1确定；坝基高喷灌浆：气压0.6～0.8MPa，气量为3～4m3/min，灌浆压力35～40MPa，浆量60～80ml/min。（表1）（3）用料要求：坝体充填及劈裂灌浆材料采用粘土水泥浆，为了加速浆液凝固和提高后期强度，坝体灌浆粘土中可掺入10%左右的水泥，具体应通过现场试验确定。坝基高喷灌浆材料采用水泥浆液，要求采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5级，浆液比重为不小于1.5。（4）造孔：坝体造孔要求干法造孔，并及时下套管保护，严禁采用泥浆固壁或清水钻进，钻孔孔位偏差小于5cm。孔斜不超过孔深的1%。（5）灌浆：充填灌浆应采用分段灌浆法，由下而上下套分段灌浆，段长5～10m；劈裂灌浆采用孔底注浆全孔灌注法；坝体灌浆单位孔深干料灌入量1.59nt/m。采用“少灌多复”的方法，“少灌”即控制每次的灌浆量，“多复”即要求每孔要得灌几次，一般要求孔深小于20m的复灌次数不小于5次，孔深大于20m的为6～7次，复灌间歇时间不少于5天。高喷灌浆，在返浆正常的情况，控制提升速度在5～10cm/min。（6）终孔标准及封孔：坝体灌浆当浆液升至孔口，连续复灌三次，不再吃浆时可终止灌浆；高喷灌浆，按上述提升速度至设计高程即可终孔。坝体灌浆结束后，用直径2～3cm粘土球分层回填捣实，或灌注容重大于1.5g/cm3粘稠土浆。（7）注意事项：灌浆过程中，要严密观测大坝的变形，发现异常情况，应立即停止灌浆，查明原因，并按照要求处理，确认没有问题后，再继续灌浆，对灌浆中断、串孔、冒浆、抬动等问题按照有关要求进行处理。其他要求按照《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88）执行。5施工工艺5.1高压喷射灌浆施工方法9n高压喷射灌浆防渗墙采用双管法分别输送气、浆实现同轴喷射，通过高压射流将土体切割成槽，将纯水泥浆充填入槽内，再通过气压及升扬的作用，将孔内的废渣置换出孔外，充填槽内的水泥浆液随时间逐渐凝固硬化，使其形成一道防渗帷幕墙体。高压喷射灌浆分三序孔进行。三序孔之间的防渗板墙连接形式采用全旋喷搭接的形式，当先期凝结体强度已较高（即两序孔的喷射间隔时间大于24小时），在高压喷射流作用下，将其表面冲刷剥落干净，新的浆液与之较好粘结，形成一道整体的防渗板墙。（1）造孔：高喷造孔采用优质泥浆护壁，泥浆制备采用优质粘土，并在浆液中加入一定外加剂。施工时分两序孔进行施工，在造孔过程中应注意控制泥浆的性能指标，以防出现塌孔和埋钻现象，采用地质罗盘仪、水平尺或其它方法测量孔斜，孔径Ф150mm，控制孔斜率不大于1.5%，孔位偏差不大于2cm。终孔时取上一些岩土体进行鉴定，确保孔深满足设计要求，钻孔有效深度超过设计孔底深度0.3～0.5m，钻进时详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆等特殊情况。（2）制浆：灌浆材料使用425号普通硅酸盐水泥，纯水泥浆，浆液密度≥1.5g/cm3，水灰比1.0左右，墙体凝结后为水泥粗砂卵石墙体。基础为砂砾层高喷灌浆浆液为纯水泥浆，使用42.5普通硅酸盐水泥，浆液比重1.4～1.5g/cm3。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间不少于909ns，经过一级过滤后进入二级搅拌机，边搅拌边过滤边使用。如制浆过程中遇见故障，应立即通知喷射人员停喷，处理好后再进行施工。（3）试喷：下管前先地面进行水、浆、气试喷，确保凝结体的有效连接。检查各项高压喷射灌浆参数符合设计要求。将喷嘴对准喷射方向不准偏斜是关键。（4）下注浆管。检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下到设计深度，可根据孔深量取喷射管长度，入孔后测量余尺，确认已下入孔底。下管时为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送水、气、浆，边下管的方法，或临时加防措施，如包扎塑料而或胶布等。（5）高压喷射灌浆：当喷射管下到设计深度并经现场技术人员检查认可后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，按预定的提升、转动速度自下而上边喷射边转动，边提升直到设计高度。喷射灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及转动、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。整个高压喷射灌浆过程监理工程师进行旁站监理，遇有不返浆、喷射参数不正常等情况均记录在案，经调整仍达不到要求者需进行二次处理，处理意见由监理工程师填于高压喷射灌浆通知单上。（6）清洗：当喷射完毕后，立即拔出注浆管，彻底清洗注浆管路，以防堵塞。（7）充填：为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹陷现象，每当喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。　　5.2劈裂灌浆施工方法a根据实际情况，劈裂灌浆试验段采用分序施工，以“少灌多复”的方法先灌第一序孔，后灌第二序孔。（1）钻孔深度至设计深度；钻孔精度；孔位±29ncm，斜度≤1.5%。（2）浆液为水泥粘土浆，材料应满足设计要求；使用专用机械制粘土浆，二次拌合按规定和计算投放水泥拌合均匀。（3）灌浆工艺：施灌原则是“稀浆开始，浓浆灌注，少灌多复，控制浆量”，施工时要将注浆管下到离钻孔底部0.5～1.0m处，启动灌浆泵浆由射管喷出。劈裂灌浆采用孔底注浆全孔灌注纯压式方法，浆液先稀后稠，少灌多复，每孔复灌次数为5次。灌浆过程中，孔口派专人观测记录，严格控制灌浆压力，压力一般控制在0.15～0.25MPa。防止产生横向或斜向裂缝，实现“内劈外不劈”形式，坝面裂缝宽度一般控制在3cm以内，要求在停灌后坝体裂缝能基本闭合。要求每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆，灌1～2次后，可提管1～2m。（4）灌浆综合控制：①每次灌浆坝肩位移不得超过3cm以内；②孔口压力小于设计灌浆压力或施工试验修正压力；③坝顶裂缝小于2cm，停灌后缝闭合；④要求每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆，灌1～2次后，可提管1～2m。（5）终灌和封孔：①当浆液灌到孔口，经过连续复灌3次不再吃浆，即可终灌；②当浆液灌到孔口，压力、位移和裂缝超过容许值，即终灌；③当每孔灌完后，将注浆管拔出，封孔采用稠液，密度≥1.5g/cm，保持灌至坝顶面，然后用泥球封孔。5.3充填灌浆施工方法（1）采用孔口封闭，自上而下、分段、循环、不待凝的灌浆方法。（2）灌浆段的长度一般取5～109nm，遇吸浆量过大，可缩至3～4m。（3）灌浆压力的控制与使用：灌浆过程中，灌浆压力的控制，采用一次升压法，即灌浆开始时，将压力尽快开到规定压力，单位吸浆量不限，在规定压力下，逐级变换浆液浓度直至结束标准。（4）灌浆液的配合比、使用及变换：①浆液的配合比通过试验确定，初拟采用水灰比为3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。②浆液的浓度使用按先稀后浓的原则，起始水灰比为3∶1；③浆液浓度的变换：采用限量法，即每一级浓度的浆液灌入300L后，单位吸浆量（L/min）仍大于初始单位吸浆量的80%时，或灌浆时间已持续1小时，单位吸浆量仍大于初始位吸浆量的70%时，则可变换深一级灌注。如改变浓度后，压力突增或单位吸浆量突然减小时，则立即换回原浓度继续灌注。（5）灌浆的结束条件：在规定压力情况下，单位吸量小于0.5L/min，延续60min即可结束。在规定压力下，回浆浓度变浓时，测定回浆比重，如果比原灌入浆的浓度高一级时，应立即换为原灌入浆的浓度继续灌注，并测定回浆比重，当回浆比重二次又增大到前述比重时，这时，不论单位吸量多少，延续10min即可停灌。6灌浆效果检查灌浆结束后，随机在劈裂灌浆孔位置挖深2.0m长2.0m，宽1.0m的探坑，探坑中劈裂灌浆缝贯通到了坝顶，最宽处浆脉厚达到1009nmm，孔间浆脉搭脉接完好，浆脉清楚，浆液固结密实。高喷灌浆采用围井注水试验的方式进行检查，位置在GI6号高喷桩为中心，桩号0+111.25做围井一个。在钻孔过程取样，板墙厚度、致密性和厚度均达到预期效果。经注水试验结果，计算出围井渗透系数K=1.3×10-6cm/s，符合设计及施工规范要求。该工程完工后经受了高水位的考验，未发现加固前在大坝脚的漏水现象，达到了预计的防渗加固目的。7结语坝基高压喷射防渗墙与坝体劈裂及坝肩充填灌浆相结合的综合方案在东方红水库除险加固工程中取得成功。业主除了以公开招标的形式选定施工方和监理方，制定了各项制度。并且在实际工作中，为了进一步完善质量监督组织，业主还要设业主代表，直接负责监督监理和施工单位的质量行为，并协调二者关系，建立健全“业主监督、社会监理、企业自检”三级质量控制体系，采取内部监督和外部监理相结合的办法，确保工程正常运转和工作质量。该方案防渗效果良好、工程造价合理，可广泛应用于防渗工程中。9