帷幕灌浆在尚书水库除险加固工程中的应用探讨

帷幕灌浆在尚书水库除险加固工程中的应用探讨

帷幕灌浆在尚书水库除险加固工程中的应用探讨[摘要]尚书水库自上世纪70年代建成运行多年后，受自然及人为因素的影响而老化成为病险水库。实践证明灌浆质量会得到质的提高，灌浆处理的效果明显，是进行大坝除险加固的一种经济实用的防渗漏处理方法。[关键词]帷幕灌浆；除险加固；尚书水库；应用探讨尚书水库位于陕西省渭南市富平县曹村镇东北4.0km，桃曲坡水库东干渠末端处的尚书沟上，属平原型水库。水库总库容262万m3，坝高29m，为碾压式均质土坝，控制流域面积37km2，设施灌溉面积2.3万亩。于1979年3月完成大坝等主体工程，坝顶高程585.11m，坝顶宽度12m，底宽181m，坝长950m，1996年投入使用。水库工程主要建筑物由大坝、输水洞、溢洪道（有孔无道）、东干渠组成。水库自建成投入运行以来，随着运行年限的逐步增长，近年来水库出现较多工程及水文地质渗漏问题。1水库渗漏原因分析水库库坝区渗漏病险水库的常见问题，是影响水库安全问题的主要因素。一般情况下，坝体或坝基（含坝头、山体）漏水占水库库坝区渗漏的70%左右，而放水涵洞、涵管破碎、断裂等水利配套设施老化问题引起的漏水一般占到水库渗漏问题的30%左右。1.1地层岩性透水性强第6页共6页n尚书水库左右坝肩地层岩性主要为黄土、古土壤夹卵砾石透镜体。由于黄土属高压缩性土，为自重湿陷性Ⅲ级（严重），中等透水性；卵砾石透镜体为两层，层厚0.1～0.2m，呈条带状分布，右岸连通性优于左岸，分布高程572～573.7m，透水性强，引起放水洞底板地基下的湿陷性黄土沉陷拉裂变形，进口段节水部位浆砌石墙体因坝体沉降拉裂大量漏水。1.2坝肩处理不当在20世纪60、70年代末兴建的许多中小型土石坝和土坝大多没有经过周密施工设计，抢时间，赶进度忽视质量，一般未设坝前防渗铺盖，其他防渗设施也采用较少，甚至把左右两坝肩的覆盖土直接取来筑坝，因而造成两坝肩覆盖土变薄，甚至没有覆盖层，致使岩石裸露，在水流的长期侵蚀作用下，岩石沿节理裂隙溶蚀，久而久之就发育成渗水通道而渗漏或剩下的薄层覆盖土被水压穿而出现渗漏，尚书水库也存在这种常态问题。1.3温度因素影响尚书水库所处的陕西省属于渭北高原地区，冬夏温差较大，受热胀冷缩作用较大，坝面水库经常处于不稳定状态，尤其是冬季，冰面与坝体相接处经常受到冰推作用，使处于不稳定的护坡运动加剧，容易造成水坝护坡面隆起和堆积，冰面融化后，隆起堆积起来的护坡块石容易自由滑落，难以恢复原状，长此以往，护坡容易造成破坏，造成护坡面冻融破坏而造成坝体渗漏。2防渗漏措施比选第6页共6页n对尚书水库左右坝肩延伸段及隐患部位，主要是左右坝肩下部隐患部位已形成渗漏通道，原左右坝肩帷幕防渗处理长度不够，局部隐患部位处理不到位，确定采用帷幕灌粘土水泥浆的方案，浆液采取灌常规的泥浆浆液防渗，效果较好。3帷幕灌浆施工技术准备措施3.1灌浆技术要求范围灌浆遵照《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88）尚书水库除险加固工程帷幕灌浆施工技术要求及设计文件。左岸坝肩桩号0+058～0+085m，长27m，为三排帷幕灌浆，孔径φ110～91mm，排距1.5m，孔距3.0m，孔深32.1m，灌浆处理为553-575m高程范围22m深，粘土水泥浆灌浆，灌浆采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分次灌浆，为灌浆Ⅰ区，布置灌浆孔27个，造孔总进尺866.7m，灌浆总进尺594m；桩号0+085～0+104.5m，长19.5m，为补强排灌浆孔段，布置在原灌浆孔的上游排，布置灌浆孔7个，造孔总进尺224.7m，灌浆总进尺154.0m。右岸坝肩桩号0+365～0+418.5m，长53.5m，为三排帷幕灌浆，孔径φ110～91mm，排距1.5m，孔距3.0m，孔深32.1m，灌浆处理为553-575m高程范围22m深，粘土水泥浆灌浆，灌浆采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序分次灌浆，为灌浆Ⅱ区，布置灌浆孔45个，造孔总进尺1444.5m，灌浆总进尺990m。3.2灌浆材料及浆液性能控制3.2.1灌浆材料第6页共6页n尚书水库左右坝肩帷幕灌浆采用粘土浆液，灌浆土料选用经过试验满足《土坝坝体灌浆技术规范》的土料做为本次灌浆工程的灌浆材料。3.2.2浆液性能控制粘土水泥浆液的浓度应保持在浆液对裂缝有足够充填能力及可形成帷幕的情况下，浆液浓度越大越好。浆液性能包括：比重、粘度、稳定性、胶体率、失水量。3.3制浆工艺过程3.3.1粘土浆液制作土料由车辆运至制浆棚，粉碎后通过过滤筛清除大颗粒和杂物，然后装袋，制浆前必须称量，称量误差应小于5%。灌浆材料采用三种水土比的粘土浆液（1：1、0.8：1、0.6：1），其比重分别为1.46g/cm3、1.54g/cm3、1.65g/cm3，当实测各种水土比浆液比重与上述值不符且差值大于0.01时，可加入适量水或土料调整浆液比重，直到相符为至。3.3.2水泥浆液制作水泥必须采用重量称量法，误差应小于5%，水泥浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，应不少于3min，浆液在使用前应过筛，自制备至用完的时间宜小于4h。4帷幕灌浆施工工艺流程4.1造孔钻机的安装必须周正，水平，稳固，保证天轮、立轴、孔位三点一线，防止孔斜。帷幕灌浆钻孔位置与设计位置偏差不得大于10cm，孔深应符合设计要求。第6页共6页n4.2灌浆1）灌浆序次。本次灌浆按照设计及规范要求，左右坝肩分为两个单元工程，划分为Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序，按上下游划分为上游排、中游排、下游排，施工中按分序加密原则先Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，后Ⅲ序；先下游、再上游、后中游；灌浆方法采用孔口封闭、自下而上、孔内循环分段灌浆法。单孔帷幕灌浆施工工序见图1。2）灌浆分段。在黄土状壤土、古土壤地层，段长一般为5～7m，可根据实际情况适当缩减或加长，但不得大于10m，在卵石夹壤土透镜体、黄土夹卵石透镜体地层，段长适当缩短为3m。灌浆时下入注浆管后孔口封闭器与套管相接，浆液由灌浆泵经过稳压罐，压力表、注浆管送入孔内。4.3灌浆结束标准及封孔（1）在0.1Mpa压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min；或不大于1L/min时，继续灌注60min，灌浆可以结束。（2）灌浆封孔。灌浆孔封孔采用“分段压力灌浆封孔法”。4.4灌浆过程中特殊情况的处理措施（1）裂缝处理。本次灌浆工作完全按照规范及设计要求进行，为避免产生坝体劈裂，在灌浆泵与孔口之间加设稳压装置，防止由于机械原因产生的压力波动，灌浆时由专人负责调压，在整个灌浆过程中严格控制灌浆压力避免劈裂现象。（2）冒浆处理。在灌浆过程中，对冒浆现象，采取立即停灌，分析原因，处理后再进行灌浆。第6页共6页n4.5灌浆施工质量控制及检查质量检查可分为灌浆过程的中间质量检查和灌浆结束后的最终质量检查。中间质量检查贯穿于灌浆实施过程中，应按设计要求检查布孔，造孔，工艺操作，浆液性能，终止灌浆是否达到结束标准，灌浆过程中出现的问题和处理情况。灌浆完毕后进行最终质量检查，其主要方法为资料分析、坝面裂缝、浸润线、渗流量的观测以及钻孔、探坑取样直观检查。5结论针对对尚书水库除险加固过程中帷幕灌浆施工工艺探讨，对水库坝基渗漏采用帷幕灌浆进行防渗处理效果较好，通过选择合适的灌浆材料、严格控制技术参数和严格控制施工工序，实践证明灌浆质量会得到质的提高，灌浆处理的效果明显。同时，帷幕灌浆具有施工场地较小、施工方法简单、可在地下水位以下进行等优点，在水资源较紧缺，大多数病险水库都具有供水功能和较好供水效益，在水库不能放空的条件下，采用帷幕灌浆进行大坝除险加固是一种较为经济实用的防渗处理方法。第6页共6页