帷幕灌浆技术在水库除险加固工程中的应用研究

帷幕灌浆技术在水库除险加固工程中的应用研究

帷幕灌浆技术在水库除险加固工程中的应用研究摘要：帷幕灌浆技术是处理地基与防渗的一种重要技术，在许多工程中都采用了此技术。以场口镇神堂湾水库除险加固工程为背景，详细地介绍了帷幕灌浆技术的特点及应用过程。工程实践验证，该技术有效地解决了工程现有的几大问题，极大地提高了工作效率，是一种很好的、值得推广的施工方法。关键词：帷幕灌浆技术；除险加固；场口镇神堂湾水库；施工应用1工程概况神堂湾水库位于富阳市场口镇百丈村东南约800米，水库建于1960年，正常库容为12万方，总库容为16.46万方，属小水库，于1997年进行过一次除险加固；灌溉农田400亩，防洪面积为500亩；主体工程主要由大坝、溢洪道、放水设施和进库道路等部分组成。此次加固工程于2011年1月份正式动工，3月18日坝基粘土斜墙基础帷幕灌浆施工完毕，进行压水试验，共80个孔，现场取10%检查孔（8个孔）进行压水试验，全部合格。2工程地质条件及加固方案分析2.1工程地质条件场地位于场口镇百丈村，在地貌上属于低山区，区内多数山峰海拔在102-194米，库区汇水面分水岭最高峰海拔194米。库区地形为山间小盆地，四周山体坡度一般在11-17°左右，坝址位于两山对峙不对称“u”n型谷处，场地面标高（坝顶至坝脚）为20.48-28.70米。覆盖层以洪冲、坡积的碎石类土为主，坝区基岩为奥陶系下统宁国组与印渚埠组合并（o1）泥质粉砂岩属软质岩。2.2加固方案分析（1）库区的适宜性分析。库区三面环山，植被发育，地貌条件上是一个良好的小型水库拟建场地；通过本次调查并结合区域资料，库区内27.5米浸没线以下无溶洞、土洞等导水构造，但风化层较厚，强风化和中风化岩性较破碎，裂隙发育，属中等透水性。库区左岸山体覆盖土层现状边坡稳定，无大型滑坡、泥石流等不良地质作用存在。（2）坝址稳定性分析。经区域地质调查，区内无大型构造断裂带通过，附近无近代地震和断裂活动。按区域构造稳定性评价标准，工程区域构造稳定性属相对稳定区。拟建坝址区谷宽130米左右，谷底第四纪堆积层厚3-6米，坝间山体自然坡度15-16°，山坡岩体局部风化残积层较厚，中等风化基岩裂隙发育，渗透性偏高，但强度能满足于坝体承载要求。（3）溢洪道边坡稳定性评价。拟建溢洪道位于右岸，右岸地形山坡坡度为14-16°，为厚度1.8-5米的全风化带、厚度4-5.8米的强风化带，边坡易产生崩塌及局部边坡失稳，影响溢洪道安全泄洪。溢洪道入口底板下为全——强风化带厚约8米，易冲刷、渗漏，因此溢洪道口应采用加固、防渗处理。（4）库区边坡稳定性评价。库区边岸大多为残坡积碎石土，全——强风化泥质粉砂岩，库区边岸坡度一般为11-17°n，经调查无大中型滑坡体存在，库区边坡稳定。2.3大坝防渗设计神堂湾水库为均质土坝，由于受当时施工技术与资金的影响，工程施工质量与现在存在一定差距，从本工程《工程地质勘察报告》显示，原大坝齿槽未放置在相对不透水基岩上，坝基为渗透较性高的2-1层含砾粉质粘土，强——中等风化基岩部位未经防渗处理。根据上述结论，本次设计对迎水面进行防渗加固，防渗形式为粘土斜墙，由于相对不透水层埋藏较深，斜墙齿槽采用开挖至中等——弱风化后采用帷幕注浆防渗处理。3帷幕灌浆技术施工工艺3.1施工工艺本工程中的帷幕灌浆技术采用三序施工工艺，排序上遵循先外后内原则，双排孔组成的帷幕先灌下游排孔，后灌上游排孔。具体的施工顺序为：测量→布孔→设备安装→抬动观测孔→先导孔→i序灌浆孔→ⅱ序灌浆孔→ⅲ序灌浆孔→质量检查孔，相邻的两个次序间钻孔灌浆的间隔差要大于15米。3.2n施工测量（1）钻孔灌浆工作应在其帷幕垫层混凝土达到28天设计强度的70%后方可进行。（2）在完成灌浆部位的30米范围内不得进行爆破作业；如必须进行爆破作业，则需要采取减震、防震措施。（3）灌浆过程中应安设抬动监测装置，并经常观测和记录，严禁抬动值超过设计规定。3.3布孔及钻孔（1）钻孔的孔位、孔径及深度需按照施工图纸及监理工程师要求执行；开孔前需实际测量孔口高程，钻孔一律采用合金钻头与金刚石钻头钻进，禁止采用钢粒钻进，孔壁保持完整以利于止水止浆。钻孔孔径55毫米，其中第一序孔的1/3孔数，采用90毫米开孔、75毫米终孔。（2）灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差应不大于10厘米；钻机安装应平整稳固，钻时要保证天车、立轴和孔位三点一线；钻杆用准42毫米或者准50毫米内丝钻杆，岩芯管长度不低于3.5米。（3）钻孔时需保证孔向准确；孔深超过20米改孔径时，要带导向器；施工时所有帷幕灌浆孔采用jjx-3a型物探测斜仪进行终孔测斜，出现问题及时纠偏。3.4n钻孔冲洗及压水实验（1）采用压力水进行孔壁冲洗直至回水清净时止，钻孔冲洗压力采用80%的灌浆压力，压力最大为1mpa，冲洗孔最短时间不少于30分钟，孔内沉积厚度不得超过20厘米。（2）先导孔钻至地下水水位时，需进行水位测定，按每5分钟测读一次孔内水位，当水位下降速度连续两次小于2厘米/分钟时止，以最后的观测值作为稳定地下水水位值。（3）各灌浆段灌浆前都需进行单点法压水试验，压水稳定标准为：连续4次读数中最大值与最小值之差小于1升/分钟时即可结束试验，取最后的流量作为计算流量，注水试验成果以渗透系数k值表示。3.5灌浆过程（1）灌浆方法。帷幕灌浆覆盖层段采用孔口封闭循环钻灌法；基岩段采用孔口封闭孔内循环自上而下分段灌浆法；射浆管距离孔底不得大于50厘米。（2）灌浆压力。覆盖层段灌浆压力p0.8d岩石基础灌浆压力p1.5+0.5d。最终灌浆压力的大小等灌浆参数应通过现场灌浆试验确定。（3）灌浆浆液。本工程采用纯水泥浆液灌注，坝体采用水泥∶黏土为1∶2.5的水泥黏土浆灌注，岩土接合部采用水泥∶黏土为1∶1的水泥黏土浆灌注。水泥采用强度等级42.5r的普通硅酸盐水泥，其细度要求通过80μm方孔筛，其筛余量不大于5%。灌浆用黏土采用库区白云岩风化料，使用前采取土样进行分析试验后确定使用；混凝土与基础的连接段应单独先行水泥灌浆。浆液应由稀到浓逐级变换。（4）灌浆段段长。灌浆段段长不大于5米，若遇有断层、软弱夹层等情况，段长不宜超过3米，终孔段最大段长不超过11米。（5）浆液变换原则。灌浆浆液的浓度遵循由稀到浓的原则逐级变换，开灌水灰比采用5∶n1。当灌浆压力保持不变、注入率持续减少时，不得改变浆液浓度。当注入率大于30升/分钟时，可根据具体情况越级变浓。（6）封孔。每个帷幕灌浆孔全孔灌浆结束后，会同监理工程师及时进行验收，验收合格的灌浆孔才能进行封孔；帷幕灌浆孔封孔采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔；封孔浆液基岩采用0.6∶1的纯水泥浆，坝体采用容重1.4g/cm3的水泥黏土混合浆，封孔压力和该段的灌浆压力相同，封孔饱满、密实。4灌浆中特殊情况处理4.1出现串浆现象由于坝上松散，使灌浆孔与邻近孔之间直接或间接相通，常会造成浆液通路，引发串浆现象，会导致灌浆路堵塞、压力表失灵，判断不准确；灌浆无法继续迸行，影响工期、浪费灌浆材料、甚至影响其它浆孔的钻进及灌浆质量。在这种情况下，需要暂时将发生串浆的孔塞住，待浆灌完再将串孔的浆液清理出来进行补灌；具体需要根据个体情况分别采取封堵、降压、浓浆、限流等措施进行处理。4.n2出现出水、浆液变浓现象对孔口涌水量较大的灌浆孔段，在灌浆前测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况，选用了下列措施处理：减短灌浆段长、采用纯压式灌浆、浓浆灌注、屏浆、闭浆、扫孔、复灌等；而当涌水的压力超过0.2mpa时，屏浆时间不小于1小时，灌浆结束应有闭浆措施，且待凝时间不小于48小时，根据实际情况可在浆液中掺加速凝剂。注入的浆液因失水而变浓，如果是在有细微裂隙发育的岩层中灌入浆液，必须将已经变浓的浆液剔除掉，换成新的灌浆；同时需要适当提高灌浆的压力、扩张裂隙，以便增大注入量。4.3出现灌浆中断、冒浆现象由于塌孔、设备故障、停电等原因，灌浆过程中发生灌浆中断是不可避免的，故必须采取措施快速恢复灌浆；当中断时间超过30分钟时，则提管用压力水进行冲孔，重新开灌；否则，会由于浆液凝固而造成墙体纵向或横向裂缝，对墙体的防渗效果将产生甚至是不可弥补的影响，这一方面主要是要选择合理的搭接长度。施工中若出现冒浆；如果是轻微的冒浆，可让其自行凝固封闭；如果出现严重的冒浆，则采取变浓浆液、降低灌浆压力、间歇中断待凝等措施，根据实际情况，必要时用棉纱、木楔等嵌填堵漏的缝隙。4.4出现淤积的现象对于出现淤的积现象，为防止灌浆时回浆中携带的坚硬物体破坏仪器仪表、灌浆管路、阀门等器材，并重新回到钻孔内部，在开灌前，利用浆液在无压状态下进行一定时间的置换，以便于浆液携带孔内岩屑，此时回浆口须置于搅拌桶外，所形成的原材料和资源浪费按合同规定的变更条款处理。4.5n吃浆量较大的现象灌浆过程中遇吃浆量大难以结束。一般的灌浆在1-3天内可结束，注浆量100-300千克/立方米，若出现大量吃浆不止、长时间灌而不结束的现象；主要是由于地层的特殊结构条件导致浆液从附近地表冒出，此时选用下列措施处理：低压、浓浆、限流、间歇、待凝、扫孔、复灌等；涌水和灌浆吃浆量都大，且不起压的孔段，采用纯压法进行灌浆，一次灌注水泥量不超过2吨；若通过以上几种方法处理后，吃浆量仍然较大，可在浆液中增加细骨料处理，待凝一段时间后再将孔扫开，进行复灌一次。4.6出现灌浆孔斜问题由于地质条件不良、技术条件不适宜、或者操作方法不当等原因，会引起灌浆出现孔斜；这种现象会加剧孔内的掉块和坍塌，有时甚至会造成卡钻的现象，同时会增大钻具折断事故发生的机率，甚至出现报废孔的现象。在处理这种问题时，需要钻机安装要水平牢固，按要求的孔向对准孔位开孔；孔口管必须牢固并满足要求，在开孔钻进与浅孔阶段钻进中，立轴钻杆不能太长；使用符合规格的各种钻孔器具；孔较深以后，特别要注意钻压的调整，同时要注意提升吊环必须与立轴及钻孔中心线在一条直线上；为防止孔斜发生，必须熟悉所使用机械性能和钻孔方法的特点。在深孔帷幕的钻孔中，应对孔斜及时测量，及时准确地掌握钻孔的偏斜情况，以利于及时处理。5施工质量控制方法5.1n原材料的质量控制检查进场原材料的质量，做好原材料的检验和试验，确保不合格的原材料不被使用到工程中；对进场的同厂家、同品质、同编号、同生产日期的水泥以100吨为一检验批，送有资质试验室进行强度、安定性、细度、凝结时间等项目的试验，符合标准后方可使用；拌和用水采用适用于人、畜饮用的水，对水质有怀疑时应进行化验，合格后方可使用。5.2施工工艺的控制由技术负责人明确设计目的、施工要求，同时掌握地层情况，确定可行性的施工工艺；参加施工人员在动工前需要针对本工程的特点进行质量培训，主要内容是学习设计文件、明确各工序、各环节的质量责任制。5.3明确工序质量责任制由项目部明确各工序的质量标准及责任，由主管生产的项目副经理确定各工序的质量责任人，各工序的原始记录要整洁、准确，并有责任人签字。同时，项目经理部于开工前，制定出完善的质量奖惩方法，对忽视质量造成损失的责任人，运用经济、行政手段予以惩罚。5.4n安全施工的管理制定为确保工程安全施工，施工项目部需建立健全的工程安全管理制度，同时成立安全管理小组，专门负责工程安全管理，严格按照国家规范采取了切实可行的安全防护措施。此外，项目还从技术角度考虑，结合工程实际情况，与设计人员进行技术交底，分别于开工前、施工期间、收尾阶段多次请相关的设计人员到现场进行技术交底，并向设计人员代表进行技术工作的汇报；加强安全监督，及时解决工程中出现的安全问题，有效保证工程的顺利进行。5.5灌浆质量检查控制灌浆质量检查以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取芯资料、灌浆记录、测试成果等综合评定其质量；灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14d后进行，采用自上而下分段钻孔分段卡塞进行；检查孔压水试验分段长度与灌浆长度相同，根据水头不同、位置不同、灌浆压力不同采用不同的压力和方法，根据地质情况设计拟定。5.6完善验收制度灌浆施工检查严格实行三检制，即班组自检、施工队复检、项目部质检站会监理人终检，并在施工现场设专职质检员跟班检查；每一道工序合格后方可进行下一工序的施工，由施工质检员会同监理工程师进行检查、验收；验收时若发现不符合要求，则由质量责任人无条件返工补救；上一道工序检验不合格应即时处理，处理后仍按检验程序经终检合格，监理工程师验收签证后进行下道工序施工。5.7实行质量一票否决制质量监督员、设计代表、监理工程师均有对不符合质量要求的施工工序行使勒令停工、返工、罚款的权力，严把工序管理质量关，工程施工中未发生质量问题。5.8施工设备的管理施工中对所有用于钻孔、冲洗、压水试验和灌浆的机械设备及仪表进行定期复检和随机抽检，同时实行全面质量管理。6n工程检测结果与建议6.1工程检测结果（1）单元工程质量评定分析，根据各部位单元工程质量评定情况可以看出，单元合格率达100%，优良率达到了97%-100%，这说明帷幕灌浆质量很好。（2）单位耗灰量分析。大坝基础帷幕灌浆各部位分排序单位耗灰量，随着灌浆排、序的增加，单位耗灰量有较明显的递减趋势，这是灌浆效果的体现，符合正常的灌浆规律。（3）检查孔透水率分析。帷幕查检孔按基本灌浆孔数的10%布置，进行钻孔取芯和压水试验。帷幕检查孔全部达到了透水率不大于6lu的防渗指标，且有98.5%的孔段小于3lu，满足设计及规范要求。6.2n结论与建议（1）帷幕灌浆是地基处理常用的防渗方法，本除险加固工程通过周密的设计和施工，防渗加固效果显著，大坝坝体形成了连续完整的防渗帷幕体，坝体结构得到加强，安全隐患被消除，水库安全运行有了保障。（2）建议按除险加固设计设置大坝位移观测和浸润线观的同时，增设自计水位及雨量观测器，以便准确了解水库雨情、水情、工情，系统了解在各种因素作用下的渗流及变化，为施工控制及安全运用提供依据。参考文献［1］张景秀，坝基防渗与灌浆技术［m］.北京：中国水利水电出版社，1992.［2］聂志华，王伙财.三座店主坝帷幕灌浆施工技术［j］.广东建材，2009，（4）.［3］高祖纯.岩溶地区高压帷幕灌浆试验研究［d］.四川大学，2003.