劈裂式灌浆技术在中小型水库除险加固工程中应用

劈裂式灌浆技术在中小型水库除险加固工程中应用

劈裂式灌浆技术在中小型水库除险加固工程中应用　　摘要：劈裂式灌浆现已广泛应用于坝体的除险加固工程中。其通过坝体的可灌性、浆坝互压作用、泥浆的排水估计、泥浆对坝体的相互填充作用以及湿陷作用而达到除险加固的效果，对劈裂式灌浆技术进行了详细的分析，通过东风水库工程除险加固工程论述了其实用性。关键词：中小型水库；劈裂式灌浆；除险加固；东风水库1前言在我国现阶段的中小型水库的出险加固中劈裂灌浆加固技术应用最为广泛，在施工过程中，坝体内部的应力分布规律为劈裂式灌浆提供了施工的平台基础，通过灌浆过程中的水泥浆液对坝体内部的裂隙等进行充填，从而达到加固病害的效果。本文详细分析了劈裂式灌浆对水库加固的加固机理，研究了在水库除险加固工程中的施工程序，通过东风水库工程除险加固实例及经济效益分析论证了劈裂式注浆方法的有效性，为类似工程提供参考。2劈裂式灌浆的基本原理2.1坝体的可灌性分析6n中小型水库在长期运营后会出现较多的缝隙等，对于水库的安全运行产生较大影响，通过采取劈裂注浆的形式，能够对坝体存在的裂缝进行适当的劈开，使得浆液灌注到原本不连续且难以灌注到的位置，通过合理的灌浆工艺，能够实现对坝体有计划的劈裂，以达到消除隐患且稳定坝体的目的。2.2浆、坝互压的作用机理对水库等进行劈裂式灌浆的主要任务之一，就是在允许的范围内尽量增大灌浆压力，使原来较为疏松的土体或较为微小裂隙在某个范围内得到一定程度的压实；停灌以后，由于孔口压力的取消和泥浆的浓缩固结，泥浆压力逐渐减小，坝体回弹压缩泥浆。通过多次复灌可充分发挥浆、坝互压作用，有效提高坝体的密实度并保证灌浆质量。2.3泥浆的排水固结灌浆停止后，孔口压力下降为零，此时浆液内的孔隙压力为浆液的自重应力，当浆液析水完毕后，孔隙压力减小，浆液进入到排水固结阶段，因下部泥浆受到的压力较大，因此使得泥浆的固结硬化顺序是从上到下进行的，从水平截面上是自外向内的，靠近坝体的浆体部分先固结，然后逐渐向里固结，对于发挥浆液早期的阻水作用、提高防渗能力具有积极的作用。2.4泥浆对坝体的相互填充作用6n泥浆充填坝体内部被劈开的灌浆通道，以及与通道相连的各种原有裂缝、洞穴等，充填作用与劈裂灌浆作用是同时进行的。随灌、随劈、随充填，达到缝开、浆到、料满。随着复灌次数的增加，泥浆多次充填挤压，使原坝体得到挤压、密实，与浆体帷幕一起形成较高的防渗能力，因而达到充填坝体隐患和构造防渗帷幕的目的。3劈裂式灌浆的施工技术（1）布孔、安装钻机。根据前期灌浆试验确定灌浆孔的间排距，灌浆孔一般沿坝轴线进行布置，采用精密仪器进行布孔时孔位误差不能超过10cm；钻机的安装时保持滑车、立轴、孔位三点一线，用水平尺校正机场水平，确保钻孔铅直。（2）灌浆段长划分及止水。灌浆段长一般控制在5～8m，。坝土采用套管止水，即预留30cm未钻土体，下置套管用吊锤扎下，在坝体的回弹作用下止水。（3）造孔及洗孔。灌浆孔应采用小口径钻孔钻进的铅直孔，开孔孔径在150mm左右，坝终孔孔径75mm。为保证钻孔垂直和孔斜不超出设计要求，钻进时采用长且直的钻具。为提高钻进效率，生产孔可采用清水钻进，灌浆孔段在造孔结束后，进行钻孔冲洗，应冲洗至回水变清。（4）制浆。浆液的性质对于灌浆效果影响较大，应根据被加固坝体的内部材料不同的而选择不同的制浆材料，一般对于粘土心墙坝和风化料均质土坝，为使混合浆液灌入后与坝土较好地亲合，浆液凝固后的抗压强度不宜过大6n，水泥掺量一般为10%～20%。砂土颗粒间粘滞力较弱，层间接合力较差，灌浆时应提高浆液与砂土间的接合力，可使用20%～30%的水泥掺量。（5）灌浆。灌浆采用多层套管止水，井口用橡皮球止浆塞进行封闭纯压式灌浆，采用钻杆作灌浆射管。灌浆时先灌注比重为1.2、1.25的稀浆250～500L，不宜灌注太多，否则会引起套管止水失效或过早冒浆，同时也必须尽量灌注中高浓度浆液。（6）灌浆压力的综合控制。灌浆压力根据不同的材质分别选取，可通过经验公式进行确定。灌浆时，为防止过早出现劈裂缝，一般先采用低压慢灌，限制流量，然后再逐步升压的原则。（7）冒浆等特殊情况处理。冒浆是灌浆初期经常发生的，发生冒浆时应采取表面封堵、降压、间歇灌浆等方法处理，直至达到灌浆结束标准。（8）结束标准。1）I序孔（或基岩）达到灌浆控制压力，吃浆量减少，当注入率不大于0.5L/min时，继续灌注30min以上后停止灌浆。2）I序孔吃浆量大，难以正常结束，注入量达到2000kg/m可结束灌浆。3）坝顶发生纵向劈裂，间歇灌浆3次至浓浆溢出，可结束灌浆。（9）封孔全孔灌浆结束后，采用机械压浆法封孔，将灌浆管下至距孔底lm左右，用灌浆机压注比重1.56n左右浓浆送至孔底，至孔口溢出浓浆为止，经反复多次封满。4工程实例分析东风水库位于云安县石城镇白石河支流东风河上游石城管理区五星乡大坪村附近，主河全长13.3公里，水库总库容为1401万立方米。工程由枢纽和灌区两大部分组成，是一座以灌溉、防洪、发电和养殖等综合效益相结合的中型水库。因为大坝填土施工条件所限，施工碾压不均匀，坝体渗漏较大，水库一直处于控制运行（东风水库目前的控制运用原则是：在保证农田的灌溉用水前提下，尽量采用低水位控制运用）。目前东风水库的运行水位远低于设计水位，水库远远没有发挥其应有的社会效益和经济效益。东风水库于2003经省水利工程安全鉴定专家组鉴定为三类大坝，属急需进行除险加固工程，在未经除险加固之前，必须加强工程安全监测、控制运行。无论是从水库安全运行的角度来考虑，还是从发挥水库原来应有的效益来考虑都必须进行除险加固。为了彻底解决大坝的渗漏问题，拟采用劈裂灌浆对大坝进行加固处理。设计在坝顶采用单排灌浆，孔距为4米，灌浆材料为水泥粘土浆液。为了保证灌浆效果，防止灌浆时可能出现的涌水现象，因此灌浆是1）自上而下分段灌浆；2）采用高的灌浆压力；3）以浓浆结束灌浆；4）屏浆、闭浆；5）采用速凝浆液，待凝。大坝劈裂灌浆纵剖面图如图1所示。6n东风水库除险加固工程竣工后，确保了水库下游3个镇12万多人，5万多亩农田的安全，改善灌溉面积10300亩，电站更新改造后装机250kw，多年平均发量71.27kw.h。项目实施后，经济净现值可达926.08万元，经济分析中各项指标均满足规范要求，防洪部分社会效益显著。5结语对中小型水库的病害采取劈裂式灌浆技术进行加固处理，能够达到较好的加固效果，从而达到消除隐患、稳定坝体的目的。参考文献[1]白永年，吴士宁，王洪恩.土石坝加固[M].北京：水利电力出版社，1992.[2]关健，李宝喜.浅谈小型水库大坝除险加固处理[J].科技资讯，2009，（03）：13.[3]陈红斌.浅谈土坝劈裂灌浆机理[J].云南勘察设计，2006（2）：103-105.6