工程实例分析某水库天然坝体帷幕灌浆设计与施工Word格式文档下载.docx

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工程实例分析某水库天然坝体帷幕灌浆设计与施工Word格式文档下载.docx

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⑴天然坝体主要由地震崩塌堆积的页岩及粉砂质页岩块碎石夹孤石,以及堆积、风化或沉积碎屑组成。

天然坝体物质结构在垂向上存在明显差异,横向上差异不明显。

高程633.40~659.00m以上坝体孤石含量为28.09~56.52%,孤块碎石粒径明显比下部大,孤石最大直径达10.0m以上。

该部分结构松散,局部有架空结构。

钻孔注水试验测得渗透系数为39.38~176.31m/d,属强—极强透水层。

下部坝体高程633.40~659.00m以下至高程608.47~622.41m之间,孤石含量为0.00~17.96%,块碎石含量较上部坝体增加,孤块碎石粒径明显较小,部分被粉细砂或粘土充填,基本无架空现象。

钻孔注水试验测得渗透系数为6.53~60.80m/d,属较强—强透水层。

⑵地震崩塌堆积体之下掩埋了原河流及Ⅰ级阶地堆积物。

⑶天然坝体下伏基岩为志留系中统罗惹坪群（S2Lr1）第一段灰色及灰绿色页岩,并夹有介壳灰岩透镜体。

钻孔压水试验测得,基岩强弱风化带岩体透水率为2.3~3.3Lu,新鲜岩体透水率为1.7~3.3Lu,均属弱透水岩体。

⑷坝体渗漏点主要位于大坝右侧天然溢洪道内,分布在不同层面的三个高程带上;

天然坝右半部上游坝坡分布有管涌入口,一般呈圆~椭圆状,直径一般0.10~0.30m,大部分位于块碎石与孤石的接触部位。

1.3施工时段及完成工程量

2、帷幕灌浆设计

⑴根据天然坝体工程地质条件和帷幕灌浆试验,结合水利部专家组咨询意见,设计帷幕轴线长748.138m,三排孔,相邻2排排距有1.5m、2.0m两种,孔距有3.0m、3.5m两种,设计帷幕孔724孔,帷幕孔深入坝基岩体1.0m.

⑵设计灌浆压力:

两边排Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆压力为0.2~0.8Mpa,两边排Ⅲ序孔灌浆压力为0.2~1.2Mpa,中间排各序孔灌浆压力为0.3~1.4Mpa.

⑶灌浆材料及浆液配比:

灌浆材料为普通硅酸盐水泥和粘土为主,遇大漏浆及大通道时使用砂子和水玻璃。

灌浆浆液采用水泥粘土浆。

边排孔采用水泥:

粘土为1:

0.6,中排孔采用水泥:

0.4的水泥粘土浆,水固（水泥+粘土）比采用3、2、1三个比级,即灌浆浆液重量比水泥:

粘土:

水为1:

0.6:

1.6,1:

3.2,1:

4.8,1:

0.4:

1.4,1:

2.8,1:

0.4:

3.2共六个比级。

⑷质量标准:

因坝体防渗帷幕的主要目的是减少渗漏,确保坝体安全,故根据坝体结构特征不同区段选取不同的防渗标准:

帷幕灌浆试验区桩号坝0+409.100~0+394.130m、坝0+644.631~0+626.631m坝段透水率<

10Lu;

桩号坝0+752.638~0+644.631m、坝0+626.631~0+409.100m和桩号坝0+394.130~0+4.500m坝段透水率<

15Lu.

3、帷幕灌浆施工

帷幕灌浆前对坝顶帷幕轴线部位进行开挖平整,浇筑宽6.0m、厚0.3m的压重混凝土（竣工后作为坝顶公路）,先钻灌第1、2段,再镶铸长4.0m的孔口管,以保证灌浆效果。

3.1灌浆方法

采用小口径无芯钻孔、孔口封闭、孔内循环的方法进行灌浆施工。

根据天然坝体的工程地质特点,采用稀泥浆护壁钻孔,解决了成孔难的问题,且帷幕孔灌浆段成孔后,不进行清水冲洗和灌前压水试验。

3.2施工顺序及灌浆段长划分

帷幕灌浆孔施工按分序加密的原则进行,先施工下游排,再施工上游排,最后施工中间排。

同排中先Ⅰ序孔,后Ⅱ序孔,再Ⅲ序孔。

第1、2段段长2.0m,第3段段长3.0m,第4段及其以下各段均为5.0m,最大段长不超过8m.

3.3钻孔

钻孔主要采用300型地质钻机,φ60mm金刚石钻头无芯钻进,终孔入基岩时换用φ56mm的金刚石钻头取芯钻进。

采用KXP-1型测斜仪进行孔斜检测,所有钻孔均没有孔斜超出设计要求。

3.4水泥粘土浆变换标准

每段灌浆前用灌浆浆液置换孔内钻孔泥浆,记录仪打出的第一介读数不作为变浆依据。

当水固比为3:

1的浆液注入量达500L,而灌浆压力和浆液注入率无明显变化时变浓一级。

当水固比为2:

1的浆液注入量达800L,而灌浆压力和浆液注入率无明显变化时变浓一级。

当浆液注入率大于40L/min,灌注量达800L后压力和注入率无明显变化时越一级变浓。

钻孔时,孔口一直不返浆的灌浆段,可直接灌注最浓一级浆液。

3.5抬动观测

每个单元均设有抬动观测孔（桩）,在灌浆过程中及时进行抬动观测,并做好记录。

发生抬动现象时,通过降低灌浆压力或注浆速率等措施,使抬动值在设计允许范围内。

3.6灌浆结束标准和封孔

灌注水泥粘土浆时,在设计压力下,当浆液注入率不大于1L/min时,继续灌注30min或浆液注入率不大于2L/min时,继续灌注40min结束;

灌注水泥粘土砂浆时,在设计压力下,浆液注入率不大于1L/min时,稳定3—5min即可结束。

终孔灌浆结束后,用最浓一级的水泥粘土浆置换孔内稀浆,用终孔段的灌浆压力机械封孔,上部空余部分人工封孔。

3.7钻孔和灌浆过程中特殊情况的处理措施

由于天然坝体物质组成和物质结构的特点,在坝体内形成架空和“砂窝”层（“砂窝”指天然坝体内孤块石之间及其架空空洞内堆积的风化页岩碎屑层）,这是帷幕灌浆钻孔、灌浆及其质量检查的难点。

钻进中遇到架空且长时间护壁泥浆漏失时,立即停钻并提钻,根据架空段高度投入碎石,然后压塞灌浆。

钻进中若遇到不架空但长时间不返泥浆的孔段,立即停钻,采用水泥粘土浆进行灌注。

由于架空段和不返泥浆段的耗浆量大,灌浆一般难以结束,需采取如下措施:

⑴灌浆过程中出现大漏浆时,优先采用无压、低压、浓浆、限流、间歇灌浆方法;

⑵按上述第⑴条原则操作,若浆液注入量累计达2000L后,仍不能回浆或升压力时,采用机械灌注水泥砂浆或水泥粘土砂浆,直至结束。

⑶水泥砂浆灌注难以结束时,采用掺水玻璃的办法灌注直至不进浆结束。

4、灌浆质量检查

灌浆质量检查,采用钻检查孔分段压水试验的方法。

为保证检查孔注水试验的准确可靠性,设计特别强调钻孔禁止用泥浆护壁。

因用清水钻检查孔时总是发生缩径和塌孔事故,使检查孔施工曾出现一度受阻无策,成为本工程重要的关键技术问题。

经两次多位专家咨询及先后5种不同工艺试验,最终选用“分级跟管护壁、小孔径清水回转钻进超前导孔、静水头分段压水试验”方法较好地解决了灌浆质量检查问题。

5、帷幕灌浆效果分析

共完成帷幕灌浆孔736孔,帷幕灌浆钻孔总段长51497.46m,灌浆总段长50961.76m,灌入水泥14350.26t,粘土7424.68t,平均单位耗干料（水泥+粘土）427.28kg/m.

5.1检查孔静水头压水试验成果

每个单元工程均设一个检查孔,共作检查孔18个,静水头压水试验66段次,孔段合格率100%.其中帷幕灌浆试验区布置2个检查孔,透水率值最大为4.7Lu（防渗标准为10Lu）。

除试验区以外的其余坝段布置16个检查孔,透水率值最大为14Lu（防渗标准为15Lu）,全部满足设计要求。

5.2灌浆成果分析

注入量随孔序加密呈递减规律。

下游排帷幕孔单位干料（水泥+粘土）注入量为528.27kg/m,上游排为476.49kg/m,中间排为283.48kg/m,上游排比下游排减少9.8%,中间排比上游排减少40.5%.下游排Ⅱ序孔单位干料注入量比Ⅰ序孔减少12.3%,Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少22.2%;

上游排Ⅱ序孔单位干料注入量比Ⅰ序孔减少5.5%,Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少24.0%;

中间排Ⅱ序孔单位干料注入量比Ⅰ序孔减少12.5%,Ⅲ序孔比Ⅱ序孔减少18.7%.

5.3、开挖检查分析

溢洪道施工,在桩号坝0+668.231~0+605.900m范围内开挖深度7.0m,从开挖揭露的灌浆后坝体地层结构看,大孤石裂隙以及较松散的堆积体中均被水泥粘土浆结石充填密实,浆液结石最大宽度达25cm,浆液在地层中扩散延伸长度达20m余。

5.4渗流量观测系统观测资料分析

灌浆施工期所建渗流量观测系统位于坝下游河床,渗流量观测从2001年7月22日至今,实测灌后最大渗流量为30.0L/s（相应库水位高程669.48m）,是灌浆前库水位高程668.24m的渗流量5.2%,正常蓄水位670.50m的3.54%.

备注:

847★为设计根据多年观测资料计算值

综上所述,小南海天然地震堆积坝体帷幕灌浆工程,设计合理,施工质量控制科学,防渗加固效果明显。

6、结语

在小南海天然地震堆积坝体中作帷幕灌浆防渗加固工程,目前属国内唯一的先例。

设计施工过程中,对钻孔、灌浆技术参数,灌浆材料、浆液配比、灌浆过程中特殊情况的处理、以及灌后质量检查方法等多项技术与工艺进行了较多的试验探索,并取得成功经验。

该工程的成功实施,为我国今后解决类似工程问题积累了宝贵的设计和施工经验。

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