高壓擺噴及壩體劈裂灌漿技術在水庫除險加固工程中

高壓擺噴及壩體劈裂灌漿技術在水庫除險加固工程中的應用[摘要]文章結合茂名市黃沙水庫除險加固工程高壓擺噴灌漿及壩體劈裂灌漿實例,探討灌漿技術的應用,供相關專業(yè)人士參考。[關鍵詞]除險加固;高壓擺噴灌漿;壩體劈裂灌漿[作者簡介]盧文海,茂名市水利水電勘測設計院工程師,研究方向:水利工程設計、監(jiān)理,廣東茂名,525000[中圖分類號]TV697[文獻標識碼]A[文章編號]1007-7723(2010)04-0091-0003一、工程概況黃沙水庫大壩全長375m、高38m,現(xiàn)狀壩頂高程124.4m。壩兩端是40°～70°的山坡。根據(jù)黃沙水庫現(xiàn)場檢測及大壩安全鑒定相關成果分析,大壩上游坡粘土斜墻頂高程僅為105.0m,遠低于正常水位119.5m;壩基未作防滲處理,上游坡粘土斜墻未能有效截斷壩基相對透水層,整個防滲斜墻高度和深度均不足,壩身填土的密實度不均勻,壩基滲透系數(shù)較大,透水性較強,現(xiàn)有大壩防滲體系不能有效保證大壩滲流及抗滑穩(wěn)定安全。其下游是國家重要的石油化工基地茂名市,水庫失事將造成重大災害。2006年6月,國家防總、水利部將黃沙水庫列入全國防洪重點水庫之一。為此,采用壩體劈裂灌漿結合壩基高壓噴射灌漿方案及壩肩充填灌漿進行防滲處理。二、灌漿防滲設計方案黃沙水庫大壩灌漿防滲設計方案:壩體劈裂灌漿+壩基高壓噴射灌漿(擺噴)+壩肩充填灌漿。高壓噴射灌漿構筑截滲砼幕墻,是解決水庫壩基防滲問題的較好方案。經專家組充分論證,設計采用高壓擺噴灌漿幕墻解決水庫壩基防滲方案。本著確保大壩安全的前提下節(jié)約工程投資的原則,壩體劈裂灌漿,壩肩充填灌漿。(一)壩體劈裂灌漿壩體劈裂灌漿是指在壩體的填土層、沖積土層、殘積土層及壩基接觸面采用劈裂灌漿。劈裂灌漿的機理是沿土壩軸線小主應力面,用一定的泥漿壓力人為地劈開壩體,灌注泥漿,利用漿壩互壓,泥漿析水固結和壩體濕陷密實等作用,使所有與漿脈連通的裂縫、洞穴等隱患得到充填、擠壓密實,形成豎直邊漿體防滲墻。同時,由于灌漿壓力在壩體內部所產生的應力再分配,也能改善壩體的應力狀態(tài),促進變形穩(wěn)定。壩體劈裂灌漿按雙排孔布置,孔距3.0m,孔徑110mm,排距2.0m,孔深伸入建基面以下2m,形成防滲泥墻的厚度不小于0.3m。(二)壩肩采用充填灌漿雙排孔布置,孔距為2m。施工時,先鉆灌一序孔,后在序孔中間等分插灌二序孔。壩體灌漿防滲泥墻設計厚度0.3m。(三)壩基處理采用高壓噴射灌漿(擺噴)平行壩軸線單排孔布置,孔距為1.2m,深入相對不透水層(q=5Lu)約2m。劈裂灌漿與高壓噴射灌漿的搭接長度大約2m。壩基高壓噴射灌漿幕體厚度≥15cm。高壓噴射灌漿是利用能量較大的水氣同軸噴射切割摻攪地層,采用三管法,噴射介質為水、水泥基質漿液和壓縮空氣,使噴射管做一定角度的擺動和提升運動,利用高壓水形成高速噴射流束,沖擊、切割、破碎地層土體,并以水泥基質漿液充填、摻混其中,形成扇形斷面板墻狀的凝結體,以提高壩體防滲能力的施工技術。高噴灌漿分為旋噴、擺噴和定噴三種形式。三、高壓擺噴防滲幕墻設計參數(shù)的確定水庫壩體防滲幕墻成墻形式采用單排高壓擺噴交叉型。(一)擺噴孔距的確定孔距是影響防滲墻質量和造價的重要因素,因此選定合適的孔距非常重要。參考類似工程的實際經驗,設計選定孔距為1.2m。(二)擺噴角度的確定根據(jù)《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》,參照已成類似工程經驗,設計選定擺角為25°,擺噴軸線與防滲墻軸線夾角30°。(三)擺噴幕墻其他參數(shù)及技術指標設計最小成墻厚度20cm;設計要求鉆孔孔斜率小于1%。高壓擺噴防滲幕墻的技術指標:滲透系數(shù)K≤10-5cm/s,抗壓強度R28≥5MPa,允許滲透坡降J>50。(四)擺噴施工主要技術參數(shù)高壓噴射灌漿形成防滲墻屬于隱蔽工程施工,因此必須選擇合適的工藝參數(shù)才能保證施工質量。按照設計要求和傳統(tǒng)做法,擬選定施工參數(shù)如下:四、高壓擺噴主要施工要求與技術控制高壓擺噴灌漿施工工序為:布孔、鉆孔、制漿、高壓灌漿、靜壓回灌。主要施工設備有:XY-2型地質鉆機、高噴臺車、制漿機、高壓水泵、空壓機、灌漿泵。(一)鉆孔施工要求與技術控制采用不小于中Φ110mm回轉鉆機泥漿護壁鉆進成孔;開孔時要求開孔位置與設計孔位偏差不大于50mm,鉆孔施工順序應按二序、逐漸加密原則進行,先施工I序孔(奇數(shù)S/L),再施工II序孔(偶數(shù)孔),然后施工加密孔;鉆孔施工時采取孔口埋設2m左右孔口護壁管等預防孔斜措施,并進行孔斜測量,保證孔斜不超過1%;鉆孔的有效深度應超過設計孔深0.3m;鉆進中選取部分I序孔作為先導孔,采取芯樣、劃分層位,其深度超過設計孔深0.3m。鉆進時應詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況。鉆進暫停或終孔待噴時,裸孔應加以保護。(二)制漿過程要求與技術控制1.漿液材料。高壓噴射灌漿應采用合格的325普通硅酸鹽水泥;高噴灌漿過程中,根據(jù)需要可以在水泥漿液中摻入摻和料和其他外加劑,但摻和料和外加劑的種類及摻入量應通過試驗來確定。2.制漿。制漿材料稱量采用重量法,要求誤差不大于5%,漿液水灰比控制在0.8∶1,漿液密度不小于1.5g/cm3。3.漿液質量控制。在高壓噴射注漿過程中,應不斷地檢測進漿和回漿漿液的密度,發(fā)現(xiàn)漿液密度出現(xiàn)異常情況須立即查明原因,并按照灌漿過程特殊情況的處理辦法進行處理。(三)灌漿施工要求與技術控制根據(jù)高噴試驗開挖和鉆孔取芯、注水試驗后對試驗技術參數(shù)進行修正,確定最優(yōu)技術參數(shù),再進行高噴灌漿幕墻施工。施工過程應嚴格執(zhí)行相關規(guī)范,鉆孔經驗收合格后,方可進行高噴灌漿。灌漿前應做好充分的準備工作,三重管下入孔底的深度與實際鉆孔深度的差值應不大于0.1m;如達不到設計深度,必須重新掃孔至設計深度,并按規(guī)定速度提升和擺動噴射裝置。在高噴灌漿過程中,出現(xiàn)壓力突降或突升、孔口回漿濃度或回漿量異常情況時,應查明原因及時處理;孔內出現(xiàn)嚴重漏漿時,應根據(jù)地層情況分別采取以下措施進行處理:降低噴射管提升速度或停止提升;降低壓力、流量,進行原地灌漿;在漿液中摻加適當?shù)乃倌齽?加大漿液濃度灌注水泥砂漿、水泥粘土漿等。若發(fā)生串漿,應填堵被串孔,待灌漿孔高噴灌漿結束后,應盡快進行被串孔掃孔、灌漿或繼續(xù)鉆進。處理事故或換管重新噴射時,將噴射裝置下放至原位置以下0.3m重復噴射,確保搭接長度不小于0.3m。高壓噴射注漿完畢后,應及時進行回灌,避免高噴灌漿后由于地層中的漿液的析水、收縮而使帷幕上部墻體產生空缺現(xiàn)象,影響墻體的質量?；毓酀{液可采用噴射鄰孔的回漿,或采用水灰比0.5:1的濃水泥漿進行回填。五、壩體劈裂灌漿、充填灌漿主要施工要求與技術控制依據(jù)《土壩壩體灌漿技術規(guī)范》SD266-88規(guī)定,壩體劈裂灌漿、充填灌漿工藝流程是:定孔位-驗收合格-鉆孔-驗收合格-埋管-驗收合格-制漿-驗收合格-灌漿-驗收合格-封孔。(一)定孔按設計圖紙?zhí)峁┑墓酀{軸線,首先要求甲方對鉆孔軸線進行放線、定孔位,孔口高程S6水平儀進行測量,施工前應對樁號、孔號、孔位進行校驗,偏差嚴格控制在5cm范圍。(二)造孔校對鉆孔編號、位置,然后將鉆孔對準孔號位置,孔位偏差不得超過5cm,用水平尺校正鉆機的平穩(wěn)性及垂直度,保持鉆機垂直偏差度小于1度,鉆機孔斜不得大于孔深2%,開始造孔,造孔方式采用回轉成孔或泥漿護壁濕鉆法,孔徑為110mm,鉆至設計孔深后埋下直徑1寸工作管,供灌漿使用。(三)制漿1.為滿足灌漿的質量要求,必須對土料進行選擇,將符合規(guī)范要求的粘土按不同的水土比(重量比)把水和粘土送進泥漿攪拌機進行攪拌,攪拌均勻后經過篩(篩孔5mm×5mm)流入一級漿池(沉淀),后流入二級漿池(凈漿池)。經拌和桶調劑成所需的漿液容重供灌漿使用,并經常對凈漿池的漿液進行物理性能的測試(甲方負責現(xiàn)場測試)。2.為提高泥漿的流動性、穩(wěn)定性,加速漿液凝固或提高后期強度等目的,可以摻入適量的外加劑水土比,一般情況經驗取值:充填灌漿按1.4∶1～1.2∶1的漿液施灌,劈裂灌漿按1.2∶1～0.8∶1的漿液施灌。(四)灌漿1.灌漿方法灌漿采用孔底注漿全孔灌注方法進行,灌注純粘土漿。注漿管下至距孔底≥0.5m處。劈裂灌漿先灌河槽段,后灌河岸段,先灌Ⅰ序孔,后灌Ⅱ序孔;充填灌漿應先灌上游排孔,再灌下游排孔。2.灌漿孔口壓力壩體劈裂、充填灌漿據(jù)不同孔深相應控制不同的孔口壓力,灌漿控制壓力按如下原則確定:(1)劈裂灌漿壓力控制在0.2～0.4MPa以內;充填灌漿壓力應小于4.9×104Pa。(2)灌漿壓力是劈裂、充填灌漿施工中的重要控制指標。它一方面關系到壩體在施工過程中的安全,另一方面是對漿液能否在壩體中劈開一道縱向裂縫,形成完整的防滲帷幕起著至關重要的作用,并派出專人對現(xiàn)場的壓力表觀測記錄,壓力值不得超過最大允許灌漿壓力。3.灌漿綜合控制灌漿是施工的中心環(huán)節(jié)。全過程實施灌漿綜合控制,包括每次灌量控制;灌漿壓力控制;壩肩橫向位移控制;裂縫展開度及四彈比控制等。這些控制是相聯(lián)系進行的,每次灌量以每次每米超過0.4MPa原則,壩面裂縫要求控制在3cm內彈比不小于50%;充填式灌漿應盡量避免壩面出現(xiàn)裂縫。4.終灌標準(1)每孔灌漿次數(shù)不少于5次。(2)孔口壓力連續(xù)三次達到設計要求,并能穩(wěn)定在20分鐘以上。(3)當漿液升至孔口,經連續(xù)復灌3次不再吃漿。只要滿足上述(1)、(2)、(3)三點的其中一點要求,即可結束某孔灌漿。(五)封孔及壩面處理每孔灌漿完畢后將灌漿管拔出,往孔內注滿容重大于1.5t/m3的稠漿,待孔內漿液下沉后,再灌滿稠漿直至孔內