普宁市上三坑水库扩建工程大坝劈裂灌浆试验施工方案Word下载.docx
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5.6.3清孔10
5.6.4制浆11
5.6.5灌浆11
5.6.6结束标准14
5.6.7封孔14
5.7灌浆观测14
5.7.1目的和要求14
5.7.2坝体变形观测14
5.7.3渗流观测15
5.7.4灌浆压力和灌浆量观测15
5.7.5裂缝和冒浆观测15
5.7.6其它观测15
5.8施工中经常出现的问题及处理方法16
5.8.1裂缝处理16
5.8.2冒浆处理16
5.8.3串浆处理16
5.8.4塌坑处理17
5.8.5隆起处理17
5.8.6机械故障处理17
5.8.7其它问题的处理17
5.9灌浆质量检查和验收17
5.9.1质量检查17
5.9.2验收18
第六章劈裂灌浆质量保证措施18
第一章工程概况
1.1工程概述
普宁市上三坑水库扩建工程大坝劈裂灌浆工程为沿加固加高后的大坝轴线利用劈裂灌浆孔对坝体进行劈裂灌浆，劈裂灌浆的主要作用是利用最小主应力面和大坝轴线方向一致的规律，根据土体水力劈裂的原理，顺大坝轴线方向布孔，在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂坝体，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑坝土压密，最终在坝内顺大坝轴线方向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。
劈裂灌浆孔位于新坝轴线上，沿坝轴线坝0+074.0~坝0+406.0呈梅花状布置二排灌浆孔，排距2.0m，孔距4.0m。
主要工程量包括：
劈裂灌浆5929.1m。
1.2工程地质
水库坝址位于库盆峡谷口，原水库坝轴线下移，两岸山顶高程分别为282.5m、217.7m，具有将正常蓄水位从171m抬高到179.5m的地形。
坝址出露地层主要为上侏罗统兜岭群上段（J3dlb）岩层、第四系（Q）坡洪积层。
坝址区未发现大的断层通过，主要为小断层及裂隙。
多由断层角砾岩组成，胶结较好，各断层走向与坝轴线交角较大（40～85°
），断层倾角较陡（60～85°
）。
水库运行20多年来，未发现水库有较大渗漏。
因此，库水沿断层破碎带向库外产生渗漏的可能性不大，断层对坝基抗滑稳定性影响亦不大。
左坝头山体雄厚，并且没有大的断层通过，根据勘探资料，左坝肩ZK1钻孔（孔口高程185.86m）地下水位为182.33m（2003年1月11日观测），地下水位高于正常蓄水位高程179.5m，发生绕坝渗漏的可能性不大。
右坝头相对单薄，经过长观孔近20天的观测，钻孔最低水位为198.42m，高于大坝加高后水库的正常高蓄水位179.5m，初步分析右坝头发生绕坝渗漏的可能性也不大。
但观测时间较短，建议加强观测（至少一个水文年），根据长期观资料分析与库水的关系，再研究处理的必要性。
坝基为全～弱风化英安斑岩。
全风化带底板高程112.99～141.88m，该带渗透系数为3.74×
10-5cm/s，为弱透水。
强风化带下限分布高程118.38～140.36m，该带局部漏水，透水率为1.16～12.1Lu，属中～弱透水。
弱风化带上部透水率较大，一般为5.21～11.07Lu，局部漏水，呈中～弱透水；
下部透水率平均为2.37Lu，属弱透水。
建议对坝基进行帷幕灌浆。
坝身填土均一性较差，局部夹有强风化岩碎块，粘塑性一般～较好，填土总体上呈可塑～硬塑、稍压实～压实状，但局部欠压实。
饱和快剪强度C=19.2kPa，φ=27.7°
；
三轴固结不排水剪（平均值）Ccu=15.1kPa，φcu=24.7°
、C＇cu=12.8kPa，φ＇cu=29.3°
k=8.80×
10-4cm/s。
建议对坝体进行劈裂灌浆。
1.3劈裂灌浆范围及要求
普宁市上三坑水库扩建工程大坝劈裂灌浆工程为沿加固加高后的大坝轴线对坝体进行劈裂灌浆，劈裂灌浆的主要作用是利用最小主应力面和大坝轴线方向一致的规律，根据土体水力劈裂的原理，顺大坝轴线方向布孔，在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂坝体，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑坝土压密，最终在坝内顺大坝轴线方向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。
1.4劈裂灌浆设计指标
1、采用“全孔护壁,孔底灌注”的施工方法。
2、劈裂灌浆呈梅花状布置灌浆孔，孔距4.0m，双排孔距2m。
劈裂灌浆由▽175.0至强风化上线。
3、注浆开始，先送稀浆，泥浆容重控制在1.3t/m3，孔口压力下降后，坝体被劈开，泥浆容重再提高到1.6t/m3以上。
4、每个注浆孔都要进行几次灌浆，第一次注浆量一般为0.4~0.5m3/m，其它各次复灌为0.2~0.3m3/m，终灌后平均灌浆量为1.2~1.7m3/m。
5、单排劈裂灌浆形成的浆脉凝结体厚度≥10cm，分两序布孔，第一序孔间距8m，第二序孔间距4m，两排孔间距2m，梅花形布孔。
灌浆顺序为先灌上游一排孔，后灌下游一排孔。
6、浆脉凝结体技术指标：
浆脉28d抗压强度≥1.0MPa、渗透系数≤1×
10-7cm/s。
7、灌浆用土料，以粉质壤土为好。
土料选择应满足塑性指数8~15；
粘粒含量30%~50%，粉粒含量30%~50%，砂粒含量10%~30%，有机质含量小于2%，可溶盐小于8%。
8、每孔复灌不少于5次，每孔每次灌浆停灌时间不少于3d，每次灌浆两坝肩水平位移不大于2cm。
当发现该孔所处坝段的水平位移较大时，停灌时间延长5~10d。
9、灌浆压力控制：
本工程钻孔起裂压力估算最大不超过0.20MPa，灌浆压力由试验确定，偶尔超过设计压力采取停灌或灌稀浆等措施，使压力降下来。
出现无压或者负压时，应立即停灌，查明坝体位移是否过大，坝体边坡是否稳定安全以后，方可继续灌浆，这时可增加单位灌浆量，灌稠泥浆。
10、坝顶出现冒浆时，在灌浆初期，处理后再灌，后期冒浆则停灌1~3d后再灌，坝坡出现冒浆要进行处理并灌稠泥浆，停灌1~2d后再灌。
11、终孔标准需同时满足以下条件：
A、每孔复灌次数大于5次；
B、坝顶纵向裂缝反复冒浆；
C、每延米吃浆量达到设计要求；
D、灌浆压力普遍有所增大。
12、封孔措施：
每孔达到终孔标准后，拔出注浆管，孔口用土堆成“浆盆”，反复充填稠浆，最后回填夯实。
13、以上灌浆质量控制要求为建议措施，最终的质量控制要求依据现场试验，其它技术要求详见《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88及《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94的规定。
第二章劈裂灌浆试验区的选择与布置
一般土坝坝体劈裂灌浆可以处理以下问题：
（1）土坝坝体碾压不实，密实度普遍较差，达不到设计要求；
（2）土坝坝体内有渗漏通道、软弱层，坝后坡浸润线出逸点过高，发生泅湿现象或渗透破坏（管涌、流土）现象；
（3）土坝坝体由于不均匀沉陷而产生的裂缝（不包括滑坡裂缝）；
（4）土坝分段分层施工，质量差有夹砂层的结合部位容易产生渗水及易水力劈裂的情况；
（5）坝体和其它建筑物（如放水洞、闸墙）结合不好，存在空隙和接触冲刷；
（6）坝体内存在生物洞穴，如蚁穴、鼠洞、獾洞及腐烂树根等。
劈裂灌浆试验区的选择本着有代表性、对坝体劈裂灌浆施工具有指导性的原则，根据裂缝、洞穴等隐患的分布情况，结合劈裂灌浆施工的单元划分情况，选择劈裂灌浆孔段长≤30.0m的部位、劈裂灌浆孔段长≤40.0m的部位、劈裂灌浆孔段长≤50.0m的部位和劈裂灌浆孔段长≤60.0m的部位，共选择6个试验孔作为劈裂灌浆的试验孔，其中检查孔2个（孔号分别为P-Ⅰ-1-34、P-Ⅰ-1-60），灌浆试验形成的浆体帷幕作为永久帷幕的一部分。
浆脉凝结体技术指标：
试验孔孔位布置具体见大坝劈裂灌浆试验孔孔位特性表。
劈裂灌浆试验孔孔位特性表
桩号
孔号
孔序
劈裂灌浆孔深（m）
段次（自下而上,段长≤10.0m）
单元号
1段
2段
3段
4段
5段
6段
0+110.0
P-Ⅰ-1-10
Ⅰ
31.9
02单元
0+166.0
P-Ⅰ-1-24
41.94
03单元
0+206.0
P-Ⅰ-1-34
51.45
04单元
0+262.0
P-Ⅰ-1-48
46.66
05单元
0+310.0
P-Ⅰ-1-60
41.29
06单元
0+362.0
P-Ⅱ-1-73
Ⅱ
19.14
07单元
合计
232.4
第三章劈裂灌浆试验的目的
根据设计要求和本劈裂灌浆防渗工程有代表性地质的地层进行试验，开挖检查以便直接观察情况，测定灌浆厚度。
有关技术要求分别参照《水利水电工程钻孔试验规程》执行。
本次试验的主要目的如下：
1、确定起初劈裂压力P；
2、确定裂缝扩展压力Pc；
3、确定最大控制注浆压力Pmax；
4、确定注浆量Q；
5、验证劈裂灌浆施工主要技术参数（包括注浆深度、布孔方式、段长等），以达到指导整个水库坝体劈裂灌浆施工的目的。
第四章拟完成的试验工程量
本次劈裂灌浆试验拟完成的试验工程量如下表：
工程项目名称
孔数（个）
灌段长（m）
灌段数（段）
劈裂孔
6
232.4
29
检查孔
2
92.7
11
第五章劈裂灌浆试验
5.1试验依据
1、普宁市上三坑水库扩建工程施工组织设计；
2、普宁市上三坑水库扩建工程大坝劈裂灌浆工程施工技术方案；
3、土坝坝体灌浆技术规范（SD266-88）；
4、帷幕及劈裂灌浆布置图。
5.2灌浆试验进度安排
本次劈裂灌浆试验孔的清孔、灌浆需20天，试验孔质量检查在灌浆完成14天后进行，总计历时34天。
5.3灌浆试验人员及机械配置
5.3.1主要施工机械表
根据施工进度安排，投入本次试验施工的主要施工机械设备详见下表：
劈裂灌浆工程投入的主要施工机械设备明细表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
地质钻
XY-300
台
2
2PC-200
3
HT-150
4
HT-100
5
HGY-200C
6
卧式灌浆机
WJ100
7
泥浆泵
80/10
8
BW-150
9
潜水泵
60米
10
电焊机
28kw
空压机
12m3
12
各种仪表、比重计
个
若干
13
柴油发电机
12kW
14
测斜仪
KXP-1
5.3.2劳动力组合
根据施工进度安排，投入本次试验施工的主要施工人员详见下表：
施工人员配置表
工种
职责
人数
负责人
技术、质量、安全
技术工人
钻孔、灌浆
28
测量员
测量定位
资料员
资料整理
共计
34
5.4施工总体布置
5.4.1施工用水
施工用水从水库利用水泵、胶管将施工用水送至工作面。
5.4.2施工用电
施工用电利用现场35KV变压器供电。
5.4.3施工场地
本次灌浆试验的施工场地在主坝坝顶0+074.0~0+406.0土方填筑面上进行。
5.5劈裂灌浆试验施工工艺流程
劈裂灌浆施工工艺流程如下图：
5.6劈裂灌浆施工方法
5.6.1布孔、造孔及钻孔保护
本合同工程劈裂灌浆是在坝基帷幕灌浆施工完成后，利用帷幕灌浆孔对坝体进行劈裂灌浆。
因此帷幕灌浆施工过程中应对已完成的灌浆孔和在灌的灌浆孔要采取一定的保护措施，孔口应进行堵盖，妥加保护。
劈裂灌浆孔孔位应根据设计图纸统一编号。
造孔应保证垂直，倾斜度不大于2％。
孔深应大于隐患深度1~2m。
5.6.2安放护壁管
由于本工程劈裂灌浆孔孔深达60m,每孔劈裂灌浆宜分段进行，每段长度灌浆10.0m，以保证坝体劈裂灌浆效果和坝体劈裂过程中的稳定。
劈裂灌浆是在坝基帷幕灌浆施工完成后，利用帷幕灌浆孔对坝体进行劈裂灌浆，因此帷幕灌浆造孔一律采用干钻法，如干钻有困难时，改用湿钻，严禁使用清水循环钻进，以防产生坝体的水力劈裂和大量水分注入坝体，影响灌浆质量和大坝运行安全。
自上而下造孔时，边钻孔，边安放钢套管护壁，以防塌孔或孔内返浆，使坝的顶部注浆压力由孔口管承担，避免地层表面劈裂，使灌注浆液在地层内始终处于封闭状态，因而可施加较大的注浆压力，促使浆液析水固结；
当孔口压力消失后，地层所产生的回弹压力较大，有利于提高浆液的固结速率和浆体固结的密实度；
同时防止坝体、坝顶不致过早劈裂，保证灌浆效果。
护壁管为DN100的无缝钢管，每节长度5.0m。
造孔钻头直径与护壁管直径一致。
下管方法：
悬吊起护壁管放入孔内，在上一节护壁管上部管口距离地面1.0m时,安装下一节护壁管，每节护壁管之间的联结通过丝扣连接。
护壁管一直下至劈裂灌浆孔孔底。
最后一节护壁管安放时在上管口离地1.0m时用布缠绕护壁管，徐徐落下；
离地0.3m时，再用布条二次封堵孔口并填土夯实，防止浆液从孔口冒浆。
或在护壁孔口管周边回填粘性土并夯压密实，必要时可回填塑性混凝土。
上述封孔方法在施工中效果较好。
5.6.3清孔
帷幕灌浆单元施工完成后，根据劈裂灌浆“坝体分段，双排布孔，分序钻灌，分段灌浆，孔底注浆，分段全孔灌注，综合控制，少灌多复”的原则，劈裂灌浆清孔工作宜自下而上分段进行，段长不超过10.0m。
清孔前必须将钢套管提离劈裂灌浆土壁面，每次提升钢套管高度不超过10.0m。
为了使灌浆能在裂缝内顺利流通，以便充分地填充每一处裂缝、洞穴等隐患，灌浆前均要进行清孔（包括复灌）。
清孔时用灌浆管接上比护壁管管径小的镀锌管，插进护壁管内用稀浆或风水联合，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。
冲洗时注意冲洗水压和时间，对回水达不到澄清要求的孔段应继续进行冲洗以保证灌浆能顺利进行。
清孔使灌浆孔有吃浆反映时，再接好导浆管装上压力表、流量计进行灌浆。
当遇上孔底严重堵塞时要重新清孔，以便浆液能顺利流通。
5.6.4制浆
采用搅拌机湿法制浆。
把土料投放到制浆机里按设计要求加水制浆，浆液送至筛网过滤，随时测定泥浆密度，浆液比重为1.30。
开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂后，改用浓浆。
浆液经测定达到设计要求后输送到灌浆机进行灌浆，浆液不合格时重新调配制浆。
制浆形成的废料运至弃渣场堆放，保持工作面清洁。
5.6.5灌浆
灌浆原则是“稀浆开始，浓浆灌注，分序分段灌浆，先疏后密，少灌多复，控制浆量”，施工时要将注浆管下到该段孔底部0.5～1.0m处。
启动灌浆泵泥浆由射浆管喷出。
浆液劈裂坝体始于注管底部，沿小主应力作用面，逐渐向上发展。
孔底注浆可施加较大压力，使坝体内部劈开，把较多的泥浆压入坝体，产生挤压变形，待停灌后，坝体产生回弹，有利于提高坝体和浆脉的密度。
分段全孔灌注，浆液从注浆管底部涌出，自下而上、从压力大处向压力小处、从坝体质量好部分向质量差部分、从已充填部分向未充填的部分、从裂缝中间向边缘流动和充填。
要求每次灌浆后，要及时提升注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆。
灌1～2次后，注浆管可提升1～2m。
（1）灌浆施工
主坝劈裂灌浆采用“全孔护壁,孔底灌注”的施工方法，可使孔内浆液由孔底反向全孔，处于半循环状态。
劈裂灌浆是孔底先被劈裂裂缝向上发展，从而达到加固坝体的作用。
充填灌浆是由孔底向上发展，对全孔孔壁土体裂隙、隐患进行充填，从而加固坝体。
所谓劈裂式，即在套管顶部加回浆管，当孔口压力过高时，从回浆管回浆，以加快浆液的流动性，减少和避免固形物在灌浆管中沉淀。
灌浆流程见图1。
浆液由泥浆泵通过注浆管压入孔内，排气完毕后，关闭阀门，向孔内注浆直至坝体劈裂冒浆。
注浆装置如图2所示。
分序分次灌浆。
先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一序孔灌浆结束后，再进行二序孔。
分序分次灌浆能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结，强度及时提高；
同时，能迅速消除灌浆引起坝体中局部升高的孔隙水压力，保证大坝施工期的安全，并能促使灌入坝体内的泥浆粘粒向两侧移动，使粘粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列，形成一层防渗性能很强的泥浆层。
（2）泥浆比重控制：
注浆开始，先送稀浆，泥浆容重控制在1.3t/m3，孔口压力下降后，坝体被劈开，泥浆容重再提高到1.6t/m3以上。
泥浆比重采用比重计测量。
（3）时间间隔：
每孔复灌不少于5次，每孔每次灌浆停灌时间不少于3d，每次灌浆两坝肩水平位移不大于2cm，并在灌后能基本闭合。
坝顶出现冒浆时，在灌浆初期，处理后再灌，后期冒浆则停灌1~3d后再灌，坝坡出现冒浆要进行处理并灌稠泥浆，停灌1~2d后再灌。
（4）灌浆压力控制：
灌浆压力是保证灌浆质量的关键，压力过大会对坝体的稳定不利，过低则会降低灌浆效果，达不到预期目的。
控制灌浆压力以“内劈，外不劈”为原则，本工程钻孔起裂压力估算最大不超过0.20MPa，灌浆压力由试验确定，以坝体劈裂冒浆为原则，偶尔超过设计压力采取停灌或灌稀浆等措施，使压力降下来。
土坝灌注粘土浆时，灌浆压力参照《土坝坝体灌浆技术规范》劈裂灌浆的有关要求进行设计控制，并根据现场试验所测得的参数，确定各孔的灌浆压力。
根据以往同类工程施工经验，劈裂灌浆不同孔深段灌浆压力参考值如下表：
孔深（m）
<
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
灌浆压力（Mpa）
0.1~0.15
0.15~0.25
0.25~0.35
0.35~0.45
0.45~0.55
0.55~0.65
35~40
40~45
45~50
50~55
55~60
60~65
0.65~0.75
0.75~0.85
0.85~0.95
0.95~1.05
1.05~1.15
1.15~1.25
灌浆时压力由小逐渐加大，达到设计压力时持续灌浆5分钟，如仍不出现劈裂，加大注浆压力，直至坝体劈裂。
裂缝出现后，为了延长劈裂时间，适当减少注浆量（减少20％～30％），继续升压，直至劈裂冒浆。
在同一孔中一般前几次使用较小的灌浆压力，以后随复灌次数增加待坝体逐渐得到密实，孔口压力逐渐升高达到设计压力。
在灌浆过程中应定时严格记录灌浆压力值，当表压力读数大于设计的最大压力值时，应立即调节出浆量或停灌，达到设计最大压力值时应按设计要求持续一定的时间。
当压力稳定回升两次或超过设计压力最高值时，应做好换孔准备。
在灌浆过程中应随时观测压力表变化，并注意记录瞬时最大压力，对照坝体位移和接缝张开度合理控制灌浆压力。
同时作好每孔、每次、灌浆延续时间灌浆量的记录并把灌浆记录进行统计。
（5）灌浆量控制
每个注浆孔都要进行几次灌浆，第一次注浆量一般为0.4~0.5m3/m，其它各次复灌为0.2~0.3m3/m，终灌后平均灌浆量为1.2~1.7m3/m。
为防止坝体过早地产生纵向裂缝，在考虑灌浆压力的同时，灌浆量的选定不可忽视。
根据以往同类工程施工经验，浆液按“先稀后浓，少灌多复”的原则施灌，每次灌浆量依次控制在1000，700，500，400，400L/m。
每次灌浆时，先灌600mL比重为1.1左右稀浆，然后改灌1.3t/m3，孔口压力下降后，坝体被劈开，泥浆容重再提高到1.6t/m3以上。
5.6.6结束标准
终孔标准需同时满足以下条件：
5.6.7封孔
终灌结束后在孔内注满容重大于1.6g/cm3泥浆，浆面下沉后再灌，直至浆面不再下沉为止，施工中一般注入3～5次。
5.7灌浆观测
5.7.1目的和要求
为保证土坝坝体灌浆质量和坝体安全，检验灌浆效果，在灌浆期间应进行观测。
灌浆观测项目包括常规项目和特殊项目。
常规项目有表面变形、内部应力及渗流观测等。
特殊项目有土坝坝体位移、灌浆压力、裂缝、冒浆及泥浆固结观测等。
在灌浆过程中，应有专门观测人员负责观测工作，全面控制灌浆质量，及时发现和解决问题。
灌浆观测应充分利用已有的观测设备，必要时可增设永久和临时观测设备。
灌浆观测与灌浆控制应密切配合，协调一致。
相关的观测项目和观测点，宜同时观测，便于分析。
观测资料应及时整理，随时掌握灌浆期间坝体的情况。
观测点的设置及观测方法等除本规范规定外，均可参照《水工建筑物观测工作手册》（水利电力部水利管理司，水利电力出版社，1978年）规定进行。
5.7.2坝体变形观测
坝体变形观测分水平位移（横向、纵向）、竖向位移（沉陷）和坝面变形观测，具体观测项目应根据不同需要进行。
横向水平位移观测。
可沿坝轴线方向每隔10～20m设一组观测标点，每组至少分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测点，观测点可用木桩或混凝土桩。
在灌浆期间，每天观测1～2次，非灌浆期间，每5天观测1次。
在土坝的岸坡段灌浆时，有可能发生纵向水平位移，必要时也应观测。
灌浆期间坝顶上下游坝肩处横向水平位移每次不得大于20mm。
竖向位移观测。
竖向位移桩应与水平位移桩结合，并同时进行观测，以便进行资料分析。
在灌浆前，至少应观测2次。
在灌浆期间，每天观测1～2次，非灌浆期间每5天观测1次。
坝面变形观测。
为掌握灌浆对土坝断面的影响，可在河槽段和有严重隐患的坝段，参照有关规定进行坝面变形观测。
5.7.3渗流观测
测压管和浸润线管观测。
在灌浆期间，应对灌浆孔附近的测压管和浸润线
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