劈裂灌浆在小水库除险加固工程中的应用

劈裂灌浆在小水库除险加固工程中的应用

劈裂灌浆在小水库除险加固工程中的应用2011年第4期江苏水利劈裂灌浆在小水库除险加固工程中的应用劈裂式灌浆是运用坝体应力分布规律,用一定的灌浆压力,将坝体沿坝轴线方向劈裂,同时灌注合适的泥浆,形成铅直连续的防渗泥浆,堵塞漏洞,裂缝或切断软弱层,以提高坝体的防渗能力,同时通过浆,坝互压和湿陷,使坝体内部应力重分布,提高坝体变形稳定性.在除险加固工程设计中,我们根据坝体的病险情况,对一些水库采取了劈裂式灌浆,达到了减轻渗漏,堵塞漏洞,加固坝体的目的,灌浆效果十分显着,并具有投资省,见效快等特点.本文以芝麻凹水库为例简述如下:1工程概况芝麻凹水库位于金坛市薛埠镇赤岗村,属太湖流域,建于1957年,是一座以防洪,灌溉为主的小(2)型水库,集水面积0.41kmz,干流长度0.67km,总库容14.21万m.水库设计洪水位40.89m,校核洪水位41.30in,兴利,汛限水位40.00m.大坝属均质壤土坝,坝顶高程40.92～42.12m,坝顶宽度4.0m,土坝坝顶长度n256m,最大坝高7.9m.芝麻凹水库坝基渗水比较严重,西端与山体结合部渗漏,局部散浸,集中形成个别大漏洞,出口处洞径达15cm,位置接近坝脚.隐患集中在大坝西侧60in部位内,大坝白蚁防治从1992年起施药诱杀.为了解决大坝两段渗漏,2000年6月,2003年5月两次对大坝进行了灌浆,坝体局部得到增强,但西端山体结合部的漏水一直未能解决,在高水位时漏水明王卫国孙平显,流量较大.2工程病害原因分析及加固措施确定经参建各方沟通并查看现场,分析坝体渗漏的因素主要有两个:一是因为坝体地基处理不当和填筑质量不高.金坛市小水库工程均建于上世纪50～60年代,坝体施工主要靠人工挑,挖,压实,施工_[艺落后,技术标准较低,坝基处理时未能有效清除或采取必要措施.二是由于白蚁和老鼠,狗獾等动物活动,其中白蚁活动时间长,洞穴路径长,路线复杂,危害最大.经过讨论,提出了增设防渗土工布和劈裂灌浆两种加固方案,一是在上游增设防渗土工布,该法施工方n便,但须插入不透水土层,使大坝形成防渗封闭体,在施工开挖时发现坝基夹杂碎石土层,土工布,坝体和坝基难以形成封闭体系,因此决定采用劈裂灌浆.3灌浆设计3.1孔深和孔距确定造孔深度一般应大于隐患深度2～3m,漏水处坝基高程36.0m,确定孔深为42—36+2:8m;在孔深小于15m时,孑L距可采用5m左右,由于渗漏明显,孑L距初定为5m,在渗漏出口位置附近适当加密至2.5～3m,实际的孔深在施工初期尚需通过试验最终确定.原坝体密实度一般,布孔采用双排布置.3.2泥墙设计包括泥墙厚度和设计干容重,根据规范,结合本次加固的针对性,泥墙设计厚度为5cm,干容重1.5tim.3-3最大灌浆允许压力确定系指注浆管上端孑L口压力.采用如下公式确定:AP=TH+f,一h式中:△尸一最大灌浆允许压力,kN/mz;1,一坝体土的容重,kN/m3;月一计算点以上的坝高,m;r,r一土的单轴抗拉强度,kN,m2;n一浆液容重,kN/m;一全孑L灌浆时的注浆管高度,m0考虑渗流孔径较大,并有流水通过,为加速浆液凝固并提高后期强度,在灌浆时掺入10%的水泥.4灌浆施工4.1库水位控制因在除险加同施工期间,芝麻凹水库水位已降至死水位,适宜灌浆处理,坝面为沥青路面,迎水坡已浇筑混凝土护坡,背水坡种植草皮,施工期间已经开挖,便于冒浆位置处理.4.2造孔将孔布置在大坝顶上靠上游坝肩附近(离坝肩一般1.0～1.2m),可有效达到防渗堵漏,消灭背水坡窖潮区,堵塞坝体内空穴,蚁道及充填不实土体.灌浆采用两排布孔,第一排孔靠近迎水坡,孔距为2.5～5.0m;第二排孑L,孔距为2.5m.第一排21孑L,第二排8孑L,共计29孑L.采用SH30型钻机的卷扬功能,吊动80kg铁锤,锤击带堵塞器的50摩擦杆(压浆杆)成孔,孑L深均进入坝基土层,最深7.5■目圜霸叠目2011年第4期江苏水利nm,最浅3m(老山坡),均为干法造孔,确保铅直.锤击高度1.2m,最大锤击量30em/-$(土松),最小0.3em/击(土实).摩擦杆与坝体土层紧密接触,堵塞器确保孔底注浆.造孔时做好观察及记录.4.3灌浆材料灌浆土料采取水库大坝东首近库边的土山坡土料,租用挖掘机及装载机挖取,拖拉机,卡车运输,土料经土工试验,土质较好,符合灌浆要求,适宜制作浆液.主要技术指标如下:含水量w=23%-26%,湿容量r=19.5-20.0kN/m,于重度rd=1616.6kN/m,比重G=2.73,塑性指数11%～14.4%,粘性含量30%～35%,粉粒含量40%～55%,系重粉质壤土.水泥采用地方产的32.5号普通硅酸盐水泥.4.4浆液制作本次灌浆采用原镇江地区水利工程处建造的泥浆搅拌机,配套295匹柴油机,造浆量8m3/h左右.浆液通过35孔/mz的过滤筛后进入铁质的泥浆池,浆液比重一般为1.3-1.5.制浆时通过控制水量,加料进度,放浆阀门开启大小等措施来达到泥浆质量要求,用1L量杯称重来随时测定浆液的比重.水泥随土料渐次加入n打浆,掺入量一般不超过10%,并适当增加搅拌时间以增强浆液粘度达3Os左右,泥浆稳定性小于0.1g/era3,泥浆胶体率大于90%.根据经验,首先用泥浆疏通压浆管,然后采用水泥浆,经综合控制可形成理想的防渗帷幕,也能有效充填空穴,挤密松散土层,密实坝体.对浆液时常留样观察收缩率,水分析出状况及强度.4.5灌浆灌浆之前将阻塞器的摩擦杆下到坝基土层,然后全孔灌浆,多孑L轮灌,使防渗帷幕从坝基土层移植上升到坝面.灌浆孔打好后一般用0.1-0,2iTl,的纯泥浆(比重1.2左右)进行始劈,俗语压通浆,目的是浆液走的通.所有灌浆孔始劈压力最大3～4kg/em2,最小0.1kg/era2.用此法每日灌注过水泥浆后均需用泥浆冲压摩擦杆内水泥浆入坝体,以免浆管被水泥沉淀凝固影响复灌,严重时导致无法复灌.所有孔均自始至终采用全孑L注浆法进行压浆施工.压浆方式:全程采用综合控制方法进行灌浆施工.多孔轮灌,少灌多复,控制压力,速度.严密观察上下游及坝面,即时做好各项记录,即时处理各类冒浆现象.灌浆压力也从小到大,n头几次均小于0.5kg/cm2,到劈裂后的几次复灌,压力上升到0.7kg/c1112左右,大的超过l_5kg/em2,稠浆采取慢压方式,孔口及压浆泵均安装有压力表,专人观察并记录压浆过程.一旦有坡面冒浆出现或坝面出现斜裂缝均停灌处理,间隔一段时间再进行复灌.每孔灌浆均在坝面纵向裂缝冒浆3次以上,复灌在5次以上.4.6终灌,封孔灌浆满足以下条件之一即停止灌浆:①当浆液升至孔口,连续复灌3次不再吃浆;②坝体连续3次冒浆,或连续3次超过控制压力,位移和裂缝宽度;③虽然没有达到上述指标,但坝肩位移,坝顶裂缝长度和宽度均达到规定值时,也要停灌.终止灌浆后,将浆管拔出,注满容重大于1.5t/m3的稠浆,如果浆面下降,可继续灌注稠浆,直至浆面升至坝顶不再下降为止.5灌浆出现问题的处理本次灌浆相继出现了冒浆,裂缝,护坡隆起等现象,均属灌浆作业中常见问题.5.1冒浆情况处理灌浆中除正常的坝面劈裂缝冒浆外,尚有上下游坡出现冒浆的情况,主要发生在上游库底,离坝脚约8nm处,以及下游坝脚原渗漏出口处.坝顶和坝坡冒浆,立即停灌,挖开冒浆出口,用牯性土料回填夯实.库底冒浆,水面有明显的黄色泥浆泛起,采用稠浆问歇灌注,少灌多复,直至冒浆基本消失.下游坝脚漏水洞冒浆,挖出冒洞口用木桩堵塞,采取少灌多复,慢压和延长间隔时间来处理.冒浆情况均及时做相应处理和记录.5.2裂缝情况及处理一般纵向裂缝产生后则稠浆少灌多复,控制坝面裂缝在1～2em.如果出现横向裂缝,则立即停灌,顺延裂缝方向挖槽回填粘土并夯实后,再继续灌注,并随时观察.如果m现纵向裂缝,则分析发生的原因,如果是湿陷缝则继续灌浆;如果是劈裂缝,即加强观测,将缝宽控制在3cm以内,同时将坝体纵向位移控制在2.5cm以内.5-3隆起情况处理隆起发生在上游坝坡,发现隆起后,立即停灌.观察周围坝坡正常,非滑坡引起,分析原因主要是由于该处坝体松散,压力较大导致.停灌5d后,继续灌浆,并注意监测.6结束语n灌浆施工完成后,在坝轴线形成连续的浆脉,对坝体的防渗起到了较好的作用.经过1年多的运行观测,下游坡面散浸集中渗漏点消失,渗流量明显减少,无明显的水平位移和沉降,灌浆效果较好.通过芝麻凹水库的劈裂灌浆可以得出这样的结论:1.坝体灌浆应在水库低水位时进行,保证加速泥浆固结,保证灌浆质量.此前2次灌浆均是在水库运行期间,由于水压力较大,灌浆不能保证密实,连续,故均告失败.2.劈裂灌浆应根据隐患的位置和性质,具体确定孔距,孔深.本次作业先通过布孑L发现了主要渗漏来源,在局部渗漏严重地段加密布孔,此时的灌浆类似于充填式灌浆作业,发现洞穴很大时,可适当增加灌浆量和提高浆液稠度.3.大坝进行劈裂灌浆时河槽段应沿坝轴线附近布孑L,一般1-3排分2-3序比较合适,孔距4～8m较好.岸坡坝段为了容易实现纵向劈裂灌浆,减少横向裂隙的产生,可不分序,采用同排并灌施工,灌孔数一般为2～4个.4.灌浆时的位移观测及冒浆观测处理是确保安全,质量的重要措n施.由于劈裂灌浆要分排,分序,且每孔复灌次数要达5次以上,每次又必须间隔5～7d,故施工时间长,为加快进度,可在前1排的最后1序孔的最后2次充填灌浆(这时该排该序已劈裂)的同时进行后1排的第1序孔的钻孑L及灌浆(这时尚未完全劈裂),从实践来看,并不会影响质量.(作者单位:金坛市水利勘测规划设计室213200)