蒋家沟水库除险加固工程大坝劈裂灌浆

蒋家沟水库除险加固工程大坝劈裂灌浆

第49卷第8期甘肃水利水电技术Vol．49，No．82013年8月GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGYAug.，2013·施工技术·蒋家沟水库除险加固工程大坝劈裂灌浆段惠琴（平凉市水利水电勘测设计院，甘肃平凉744000）摘要：针对蒋家沟水库工程黄土均质坝坝基和坝体结合面渗漏问题，对坝体采取劈裂式灌浆防渗加固处理。简要介绍了劈裂灌浆设计、施工及质量检测。关键词：黄土均质坝；坝体（坝基）渗漏；劈裂灌浆；蒋家沟水库中图分类号：TV543文献标志码：B文章编号：2095-0144（2013）08-0063-031工程概况有弱湿陷性。蒋家沟水库工程位于灵台县上良乡蒋家沟村，大坝右岸出露地层有1层，为第四系中更新统距灵台县城35km。该水库位于黑河右岸一级支流（Q2）离石黄土，厚度大于60m，该层呈砖红色，含大2蒋家沟上，坝址以上控制流域面积6.0km。水库总量钙质结核，结核平均粒径8～15cm，该层地基土天33库容106万m，是一座以灌溉为主，兼有防洪功能然状态下呈密实状，坝肩干重度16.5kN/m，天然含-6的小（1）型水库。该工程建成于1977年底，土坝为水量16%～18.0%。坝基渗透系数2.6×10cm/s，坝肩黄土均质坝，最大坝高34m，坝顶宽度7.75m，坝顶属于微透水体。右坝肩与坝体结合部位，干重度33长度175m，坝顶高程1226.20m。迎水坡采用砼预13.1～16.1kN/m，平均值14.95kN/m，该指标小于制板护坡，背水坡为草皮护坡，下游坝脚设排水棱《碾压式土石坝设计规范》要求。由于坝体土料干重体。度偏小，坝体填筑质量较差，存在明显渗水。2007年10月，对蒋家沟水库进行除险加固工大坝坝基出露地层有2层，第①层第四系全新程设计，经现场勘察水库大坝坝体、坝体与坝基结合统（Q4）冲洪积粉土，厚度大于3～6m，主要分布于桩面渗漏严重，在水库大坝坝轴线桩号0+098断面下号0+084.9～0+160.6之间，该层呈稍密-中密状，渗-5游坝坡高程1209.4m处至高程1200.2m内有一渗透系数为5.1×10cm/s，属于弱透水层。第②层为第水区域，渗水清澈。四系中更新统（Q2）离石黄土，厚度大于50m，该层经对水库进行安全鉴定，认为蒋家沟水库由于呈砖红色，含大量钙质结核，结核平均粒径8～15坝体填筑质量较差，坝体土料干重度偏小，且无防渗cm，该层地基土天然状态下呈密实状，坝肩干重度3体系是造成大坝渗漏及浸润线偏高的主要原因。为16.5kN/m，天然含水量16%～18.0%。坝基渗透系数-6从根本上解决坝体渗漏问题，经方案比较最终确定为2.6×10cm/s，属于微透水层。采用劈裂灌浆加固坝体。劈裂灌浆，即沿着坝轴线工程区地震动峰值加速度为0.1g，相应地震烈布置灌浆孔，利用灌注泥浆的压力，有效地控制大坝度为Ⅶ度。劈开，并灌注泥浆，使之形成一道近于竖直并连续有3坝体和坝基渗漏浆体防渗墙幕，解决堤坝的渗透稳定问题。根据除险加固钻探勘察和水库管理单位监2坝址工程地质概况测记录，坝体桩号0+061.4～0+156.2，高程1186.2～大坝左岸出露地层由2层组成，第①层为第四1209.4m之间为大坝坝体和坝基渗漏水分布段，长系上更新统（Q3）风积坡积黄土状粉土，厚度0.5～2.5度94.8m。根据地质钻探渗漏浆液和现场压水试验，m，该层出露层位较高；第②层为第四系中更新统可详细分为2个渗漏层带。第①渗漏层为填筑坝体，-5（Q2）离石黄土，厚度大于80m，天然状态下呈密实渗漏厚度大于5～10.7m，渗透系数为4.3×10cm/s，3状，呈砖红色，坝肩地基土干重度16.5kN/m，不具属于弱透水层。第②渗漏层为坝基渗漏，属于第四收稿日期：2013-08-03作者简介：段惠琴（1975-），女，甘肃泾川人，工程师，主要从事水利工程规划与设计。·63·n2013年第8期甘肃水利水电技术第49卷系全新统（Q4）冲洪积粉土层，该层在原大坝坝基施干次→灌浆结束。如此类推灌浆至符合设计要求，工时，清基不彻底。椐地质钻探资料，该层厚度3～6然后按规定封填孔口。-5m，下限控制高程1187.622m，渗透系数为5.1×105.2浆液配合比、浆液浓度与比重控制cm/s，属于弱透水体。渗漏水分布段，需专门灌浆处为了满足灌浆过程中浆液稠度“先稀后浓”；浆理。液比重“先小后大”的灌浆工艺要求，便于熟练掌握4坝体劈裂灌浆设计水土配合比和搅拌（槽）浆液所需的土料量，计算编4.1灌浆施工方法制了浆液配合比表，水与黏土配合比分为7个比级，采用劈裂式灌浆方法施工，主要是通过钻机造即5∶1、3∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，需添加水泥孔至设计深度，然后下入灌浆管，封闭孔口，即进行时，其重量为黏土重量的15%～20%。劈裂灌浆工作。由于造孔过程中，钻头与孔壁互相挤压使得孔4.2灌浆孔布置壁较密实，灌浆时不易裂缝，为了及早打开浆液流动采用双排布孔，即以坝轴线为中心，沿轴线布置通道，在浆液的浓度和比重掌握上，第Ⅰ序孔开灌3一排主灌浆孔；主排孔上游1m处沿轴线方向布置时，按水土比3∶1，浆液比重为1.19g/cm，灌注10～3一排副灌浆孔。排距1m，孔距5m，呈梅花状布设。30min后变换浆液浓度，使比重达到1.34g/cm左同时根据坝体渗漏的具体部位和渗漏特点，沿坝轴右，再根据孔内持浆量大小掌握，一般情况下，当孔线分为3个灌浆区。桩号0+63.1～0+90.6为第1灌口不起压而持浆量较大时，同一浓度浆液比重由33浆区（左坝肩段），控制孔数12个，即Ⅰ1～Ⅰ6和Ⅱ1～1.34g/cm增至1.46g/cm。当坝体土层劈裂后，采用3Ⅱ6孔；桩号0+93.1～0+135.6为第2灌浆区（主河床浓浆，配合比为0.8∶1，浆液比重达到1.54g/cm，随分布段），控制孔数18个，即Ⅰ7～Ⅰ15和Ⅱ7～Ⅱ15孔；后采用灌-停-灌的工艺流程灌注，直至该孔灌浆结桩号0+138.1～0+163.1为第3灌浆区（右坝肩段），束。灌注第Ⅱ序孔时，开灌10～30min内配合比仍按3控制孔数11个，即Ⅰ16～Ⅰ21和Ⅱ16～Ⅱ20孔。3∶1，浆液比重为1.19g/cm，之后改为浓浆灌注，配3灌浆分区之间施工顺序：先钻灌第3区11个合比控制在1∶1～0.8∶1之间，即比重1.46～1.54g/cm。主、副孔；后钻灌第2区18个主、副孔；最后钻灌第随后采用灌-停-灌的工艺流程灌注，直至该孔灌浆1区12个主、副孔及1个检查孔，结束。灌浆孔之间施工顺序：分两个序次钻灌，先钻灌5.3灌浆压力控制Ⅰ序次孔，后钻灌Ⅱ序次孔。掌握和控制灌浆压力是深孔灌浆质量的关键。4.3灌浆土料设计采用偏大的压力可能对坝体稳定不利，但如果压力土料采用大坝左坝肩均质粉质黏土（第四系中偏小，则降低灌浆效果，达不到除险加固的目的，因更新统离石黄土）。经试验室对土料颗粒分析检验，此，以孔口压力0.2～0.4MPa来控制全孔段压力，具其相关物理性指标为土料塑性指数9.7；黏粒含量体操作如下：17%；粉粒含量83%；砂粒含量0.0%，灌浆采用的土（1）压力大小随灌浆孔深度增减。即孔深则压料完全满足设计要求和《土坝裂缝处理试行技术规力适当增大；孔浅则压力适当减小。范》对土料的规定。（2）灌浆开始时的压力应小，控制在0.1～0.25劈裂灌浆施工MPa之间，坝体土层一旦劈裂后，可将压力升高并5.1灌浆工艺流程控制在0.25～0.30MPa之间，如果出现孔内持浆量劈裂式灌浆施工采用“坝体分段，双排布孔，分逐渐减少，且灌浆时间不断延长的情况下，将压力升序钻灌，孔底注灌，全孔灌注，综合控制，少灌多复”到0.30MPa。的原则。根据每个灌浆孔的深度和坝体填筑土密实（3）根据灌浆过程中的持浆量变化及坝面、坝情况，每孔每次的灌浆时间为3～5d，其持浆量小，顶裂缝出现情况的分析和确定，绝大多数灌浆孔内则间隔时间短；持浆量大，则间隔时间长。施工工艺土层劈裂时的最大孔口压力为0.2MPa。流程为：先施工下游排（主排灌浆孔）Ⅰ序孔→移机（4）第3灌浆区，即桩号0+138.1～0+163.0范围到孔位→造孔至设计深度→下注浆管→封闭孔口→内的多数灌浆孔，在灌浆初期均不起压，甚至个别孔灌浆→一次灌浆结束→间隔时间→复灌→二次或若如17、18、19号孔出现负压，即孔口压力表指示为·64·n第8期段惠琴：蒋家沟水库除险加固工程大坝劈裂灌浆第49卷零。只在复灌时压力才会慢慢升起，但刚一升起后，口时，可将配合比调至0.6∶1（水∶黏土），即比重1.653又突然下降，升降变化频率较高，直到第3次复灌时g/cm继续灌注。经连续复灌3次不持浆时，可终压力才会趋于平稳上升。分析其原因，该区段位置止灌浆。同时还参照SL62-94《水工建筑物水泥正好处在主沟槽位置即坝体下游边坡渗漏最大的部灌浆施工技术规范》关于固结灌浆结束标准的规定位。操作，即“在规定的压力下，灌浆孔吸浆量不大于（5）第1和第2灌浆区，即桩号0+63.1～0+90.60.4L/min，继续灌注30min，灌浆工作即可结束”。和桩号0+93.1～0+135.6范围内的多数孔，在灌浆初（2）从划分的灌浆施工分区持浆量情况看，第3期，压力已出现变化，虽然不稳定，但第2次复灌时灌浆区（桩号0+138.1～0+163.1）大部分灌浆孔持浆量压力基本平稳上升。其原因是在这一范围内坝体碾比第1和第2灌浆区持浆量大；从孔序来看，Ⅰ序压相对较均匀和密实，因此，灌浆前渗漏点也少。孔比Ⅱ序孔持浆量大；从排序方面看，下游排（主排）5.4灌浆成果比上游排（副排）持浆量大。由此得知，渗漏点密集且完成3个灌浆区所控制的41个灌浆孔，累计总渗漏量大的部位、下游排及第Ⅰ序孔持浆量大；而渗3深度1466.1m，灌入浆液总量170.1m，单位灌入量漏量点小的部位、上游排及第Ⅱ序孔持浆量均明显30.116m/m；注入黏土总量135.8t，单位注入量0.092减少。当灌浆压力一旦升高，绝大部分灌浆孔产生坝6t/m，其中：第1排（主排）21个、第2排（副排）20顶纵向裂缝，且两孔间劈裂缝连接串通。这说明浆体个灌浆孔；第Ⅰ序21个、第Ⅱ序20个灌浆孔。第Ⅰ防渗帷幕已形成，而在坝体疏松部位形成多道密集3序孔累计深度725.1m，灌入浆液119.7m，单位灌浆脉，同时坝体中的裂缝和洞穴已被泥浆充填密实。3入量0.165m/m；注入黏土97.3t，单位黏土注入量（3）灌浆结束后，根据设计要求打5%检查孔检0.134t/m。第Ⅱ序孔累计深度741.0m，灌入浆液查灌浆效果，经提取的岩芯来看，浆脉明晰可见，固3340.9m，单位灌入量0.055m/m；注入黏土38.5t，单结密度大，连续性好，分布均匀。由此可以充分证实位黏土注入量0.052t/m。了坝体中黏土帷幕确已形成。6灌浆质量检测（4）灌浆前，坝体下游坡脚处渗漏量约5L/min，根据SD266-88《土坝坝体灌浆技术规范》与经灌浆后，渗漏量约0.4L/min。SL62-94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》、《灵（5）经过探坑检查，灌浆前坝体侵润线逸出点台县蒋家沟水库除险加固工程大坝灌浆施工技术要高程为1209.4m，经灌浆后，现降到高程为1200.2求》，以及《灵台县蒋家沟水库大坝劈裂灌浆施工组m，下降了8.6m。织设计》之规定，在灌浆施工过程中，首先严格按照（6）灌浆施工过程中，通过对坝顶、坝面出现的以上技术规范和施工要求进行施工，特别是重点掌裂缝（宽度1～2cm）闭合情况的观测，大部分灌浆孔握在设计压力下，是否达到了该灌浆孔的结束标准，在终灌后的3d，其裂缝完全闭合，个别灌浆孔由于其次，灌浆结束后，通过对全部灌浆孔吸浆量和黏土复灌次数较多，且持浆量较大，裂缝闭合时间稍有延量的分析并对照各灌浆区灌浆孔和灌浆序次间（Ⅰ长，但最长不超过终灌后的第5d即完全闭合。序孔和Ⅱ序孔）的吸浆量与黏土量情况；第三，坝体7结语渗漏量较严重部位或单位吸浆量较大灌浆区段，布通过蒋家沟水库除险加固工程大坝劈裂灌浆施工的成功经验，再次证明了大坝劈裂灌浆完全适宜设检查孔对坝体内部形成的黏土帷幕墙进行检查；于陇东地区黄土均质坝（黏性土坝）渗漏处理，该方第四，对灌浆前后的渗漏点与渗漏量加以比较；第法技术成熟，灌浆效果显著，既提高了坝体的密实五，对灌浆前后浸润线出逸点高程进行比较；第六，度，又增强了坝体防渗能力，降低坝体侵润线，提高对灌浆过程中坝顶或坝面出现的裂缝闭合情况进行了大坝的稳定性，达到了除险加固的目的。详细观测。通过以上几个方面因素的分析和对比，参考文献：从而综合评价灌浆质量与灌浆效果。［1］SL252-2000，水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准［S］.（1）每个孔的灌浆时间不少于3～5d；孔口最大［2］GB50201-94，防洪标准［S］.压力控制在0.4MPa以内，全孔平均压力控制在［3］SL274-2001，碾压式土石坝设计规范［S］.0.25～0.30MPa之间；浆液浓度在正常灌注时掌握在［4］DL5073-97，水工建筑物抗震设计规范［S］.30.8∶1（水∶黏土），即比重1.54g/cm，当浆液上升至孔［5］SDJ/SG715-65，土坝裂缝处理试行技术规范［S］.