水庫(kù)壩基處理帷幕灌漿施工

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 橫泉水庫(kù)壩基處理帷幕灌漿施工

王軍興 （山西省水利建筑工程局   太原   030006） [摘要]：橫泉水庫(kù)壩基基巖巖性主要為Ar3c混合片麻巖，風(fēng)化程度高，透水性強(qiáng)，為減小基巖滲透性，設(shè)計(jì)要求對(duì)大壩防滲墻下基巖進(jìn)行帷幕灌漿，文中重點(diǎn)對(duì)橫泉水庫(kù)左壩肩壩基防滲墻下基巖段帷幕灌漿的施工方法及灌漿效果進(jìn)行了介紹。 關(guān)鍵詞： 橫泉水庫(kù)； 帷幕灌漿； 施工  中圖分類號(hào)：TV543       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 1 工程概況 橫泉水庫(kù)工程處于山西省呂梁地區(qū)中部，壩址位于山西省呂梁地區(qū)三川河支流北川河干流上，方山縣班莊與橫泉兩村之間。樞紐主要建筑物包括大壩、泄洪洞、供水發(fā)電洞、電站。 壩址河谷地形平坦開闊，河谷寬度650m，河床高程1 100~1 109m，左岸為黃土臺(tái)地，右岸為基巖山區(qū)。在河流兩岸發(fā)育有二級(jí)階地。Ⅰ級(jí)階地高出河床2~5m，階面寬150~300m。Ⅱ級(jí)階地高出河床5~10m，階面寬100~200m。Ⅰ、Ⅱ級(jí)堆積階地均呈條帶狀分布于兩岸。壩址左岸黃土臺(tái)地底部為一古河道，屬掩埋古河道。 壩址區(qū)出露的基巖地層有：1）上太古界呂梁山群赤堅(jiān)嶺組（Ar3c）混合斜長(zhǎng)片麻巖、混合花崗片麻巖、混合花崗巖，有花崗巖和輝綠巖巖脈侵入，分布于壩基及右岸，為壩址主要涉及的基巖地層。2）下元古界野雞山群青楊樹灣組變質(zhì)礫巖、石英片巖，分布于右岸。 本標(biāo)段灌漿主要是左岸壩基帷幕灌漿（樁號(hào)0-070~0+230），鉆孔進(jìn)尺13 314m（含檢查孔），灌漿總進(jìn)尺為3 977m。巖性自上而下為Q42pal、Q41pal卵石混合土、混合土卵石、級(jí)配不良礫及砂層，厚度15～30m，基巖巖性為Ar3c混合片麻巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚15～30m，地下水位1 100～1 106m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，帷幕灌漿孔均按一排布置，孔間距均為2m，鉆孔為鉛直孔，所有部位均按三序孔施工。本次施工擬對(duì)壩基基巖10Lu以上部分進(jìn)行帷幕灌漿處理。 2 灌漿施工 2.1 施工工藝流程 施工過程中，分三序施工，先進(jìn)行一序孔的施工，每單元內(nèi)布置一先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔在一序孔中選擇。每單元內(nèi)孔均按以下工藝流程進(jìn)行施工：先導(dǎo)孔→Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→質(zhì)量檢查孔。每個(gè)灌漿孔的施工工藝流程為：孔位放樣→鉆機(jī)定位→覆蓋層造孔至基巖面→套管護(hù)壁→基巖鉆進(jìn)第一段→鉆孔沖冼→下栓塞→裂隙沖冼→簡(jiǎn)易壓水→灌漿→基巖鉆進(jìn)下一段… …→終孔段灌漿→基巖段封孔→起拔套管→覆蓋層封孔。 2.2 鉆孔及套管護(hù)壁 覆蓋層鉆采用300型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)，鉆孔過程中采用黏土護(hù)壁。壩基黏土段及砂礫石段邊鉆進(jìn)邊下套管，開孔鉆頭直徑選用ф89mm硬質(zhì)合金鉆頭，跟進(jìn)至基巖面，基巖段鉆進(jìn)采用ф75mm金剛石鉆頭。先導(dǎo)孔基巖取芯、編號(hào)、照相、繪制柱狀圖。鉆孔全過程采用KXP-1型測(cè)斜儀跟蹤測(cè)斜，保證孔斜控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范充許范圍內(nèi)，遇到偏斜，及時(shí)采取措施糾編。 2.3 鉆孔沖冼、裂隙沖冼及壓水試驗(yàn) 鉆孔結(jié)束后，敞開孔口，將鉆桿放入孔底并通入大水流，從孔底向孔外進(jìn)行鉆孔沖冼，直至回水澄清延續(xù)10min結(jié)束。 鉆孔沖冼完畢，將灌漿阻塞器在設(shè)計(jì)位置，進(jìn)行裂隙沖冼，裂隙沖冼采用壓力水脈動(dòng)方式進(jìn)行。沖冼壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa，直至回水澄清并延續(xù)10min結(jié)束，并保證沖冼時(shí)間單孔不少于30min。 裂隙沖冼結(jié)束后采用“單點(diǎn)法”做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)持續(xù)20min，每5min測(cè)讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量；壓水壓力為灌漿壓力的80%，并不超過1MPa，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算出各孔段呂榮值，為后續(xù)的灌漿提供參考數(shù)據(jù)。 2.4 灌漿 灌漿施工中均采用250/50泥漿泵灌注，采用GJY-Ⅲ型自動(dòng)記錄儀記錄。灌漿材料選用32.5R普通硅酸鹽水泥，要求水泥細(xì)度通過80μm方孔篩余量不大于5%。 灌漿采用分段阻塞、分段灌注、孔內(nèi)循環(huán)的方法進(jìn)行。灌漿時(shí)，射漿管距孔底不大于0.5m。灌漿段長(zhǎng)上段為2m，下部為5m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長(zhǎng)，但不得大于7m。。灌漿管路應(yīng)保證漿液流動(dòng)暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力。灌漿泵和孔口處安裝壓力表，所選壓力表在使用前進(jìn)行率定。壓力表和管路之間設(shè)有隔漿裝置。灌漿原始記錄采用灌漿自動(dòng)記錄儀記錄。施工中灌漿孔嚴(yán)格地按照分序逐漸加密的原則進(jìn)行，即先灌先導(dǎo)孔和Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔，后灌Ⅲ序孔。 2.4.1 灌漿壓力和漿液比級(jí) 本標(biāo)段灌漿壓力采用經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主審批的試驗(yàn)確定壓力，灌漿壓力如表1。 表1                 各段帷幕壓水、灌漿壓力              單位：MPa 灌漿段 次 一序孔 二序孔 三序孔 壓水 灌漿 壓水 灌漿 壓水 灌漿 1 0.54 0.67 0.67 0.84 0.80 1.00 2 0.62 0.78 0.76 0.95 0.89 1.11 3 0.71 0.89 0.93 1.16 1.00 1.22 4 0.80 1.00 1.00 1.27 1.00 1.33 5 0.89 1.11 1.00 1.38 1.00 1.44 6 1.00 1.22 1.00 1.49 1.00 1.55 7 1.00 1.33 1.00 1.60 1.00 1.66 8 1.00 1.44 1.00 1.71 1.00 1.77 9 1.00 1.55 1.00 1.82 1.00 1.88 漿液比級(jí)采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七個(gè)水灰比，開灌水灰比為5：1，由稀變濃。灌漿過程中遵循由稀到濃、逐級(jí)變換的原則。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比；當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1h，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)；當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。 帷幕灌漿結(jié)束條件：在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1L/min時(shí)，延續(xù)灌注時(shí)間不少于90min；在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.4L/min時(shí)，延續(xù)灌注時(shí)間不少于60min?？卓跓o(wú)涌水的孔段，灌漿結(jié)束可不待凝。但在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)則宜待凝，待凝時(shí)間根據(jù)地質(zhì)條件和監(jiān)理工程師要求確定。 2.4.2 灌漿孔封孔。 灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，將會(huì)同監(jiān)理及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，灌漿孔驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行封孔。灌漿孔封孔采用“壓力灌漿封孔法”封孔。覆蓋層封孔采用水泥砂漿封孔，且邊拔套管邊填填料，每次填料高度小于1m。 3 灌漿施工中特殊情況的處理 3.1套管埋設(shè)困難 在孔內(nèi)用小一級(jí)鉆掃孔掏芯后再下設(shè)，同時(shí)用吊錘輕打；套管起拔困難時(shí)，先用吊錘向上松動(dòng)，然后再用拔管機(jī)起拔。如套管在埋設(shè)過程中折斷，先將上部套管拔出，再將絲錐放入套管折斷部位，擰緊絲口后慢慢拔出。 3.2 埋鉆 鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)如發(fā)生坍塌、掉塊等事故容易導(dǎo)致埋鉆，此時(shí)采用通過打吊錘或用拔管器起拔的方法慢慢將鉆具拔出來(lái)。如采用上述方法拔不出來(lái)，則采用加壓反轉(zhuǎn)的方式將鉆桿絲口擰開，把上部鉆桿返出孔口，之后再把絲錐放進(jìn)孔內(nèi)與孔內(nèi)鉆具絲口相接，擰緊后將孔內(nèi)鉆具逐步提出孔口。 3.3冒漿、漏漿 灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，根據(jù)具體情況采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。如冒漿因繞塞所致，則暫停灌漿，探明繞塞位置，適當(dāng)上提灌漿栓塞，避開繞塞部位，重新阻塞后繼續(xù)灌漿。 3.4串漿 灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)進(jìn)行灌漿，采取一泵灌一孔。否則將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再行掃孔、沖洗、而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。 3.5中斷灌漿 灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，因故中斷，按照下述原則進(jìn)行處理： 1）及早恢復(fù)灌漿。否則立即沖洗鉆孔，而后恢復(fù)灌漿。若無(wú)法沖洗或沖洗無(wú)效，則進(jìn)行掃孔，而后恢復(fù)灌漿。 2）恢復(fù)灌漿時(shí)，使用開灌比級(jí)的水泥漿進(jìn)行灌注。注入率與中斷前的相近，即改用中斷前比級(jí)的水泥漿繼續(xù)灌注；注入率較中斷前的減少較多，則漿液逐級(jí)加濃繼續(xù)灌注。 3）恢復(fù)灌漿后，如注入率較中斷前的減少很多，且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)采取補(bǔ)救措施。 3.6 注入量大，灌漿難以結(jié)束 灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時(shí)，選用如下措施處理：低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；單耗達(dá)到5t/m后，仍無(wú)明顯效果，則采取間歇灌漿，間歇時(shí)間為8h以上；漿液中摻加速凝劑；灌注穩(wěn)定漿液或混合漿液。 灌漿過程中如回漿變濃，換用相同水灰比的新漿進(jìn)行灌注，效果不明顯時(shí)，延續(xù)灌注30min，即停止灌注。 3.7鉆孔失水、掉塊 鉆孔過程中經(jīng)常發(fā)生鉆孔失水、掉塊等現(xiàn)象。鉆孔失水容易導(dǎo)致燒鉆事故，處理方法是采用低壓慢速鉆進(jìn)，同時(shí)保證孔內(nèi)供水，掉塊現(xiàn)象發(fā)生時(shí)對(duì)該部位先進(jìn)行灌漿處理并待凝12h后再行鉆進(jìn)。 4 質(zhì)量檢查效果分析 帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合鉆孔、檢查孔取芯資料、灌漿記錄和測(cè)試成果等評(píng)定其質(zhì)量。帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14天后進(jìn)行。 帷幕灌漿檢查孔的數(shù)量為總灌漿孔的10%，檢查孔布置在防滲帷幕軸線上，鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，巖芯保留，并編號(hào)、裝箱、繪制柱狀圖。自上而下分段鉆進(jìn)，自上而下分段壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)采用五點(diǎn)法。檢查孔基巖壓水合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤5Lu，大于5Lu的孔段進(jìn)行灌漿處理。 4.1 壓水試驗(yàn)結(jié)果分析 帷幕灌漿共布置了17個(gè)檢查孔，鉆孔總進(jìn)尺1 232.19m，壓水89段，平均呂容值為1.65Lu，最大3.70Lu，最小0.5Lu，均滿足設(shè)計(jì)小于5Lu的要求。這表明帷幕灌漿的效果非常明顯，施工質(zhì)量合格，滿足設(shè)計(jì)的防滲要求。 4.2 檢查孔取芯情況分析 帷幕灌漿共布置了 17個(gè)檢查孔，取芯鉆總長(zhǎng)920.67m，部分檢查孔在不同深度的巖石裂隙內(nèi)可見水泥結(jié)石充填，結(jié)石厚度13mm，部分水泥結(jié)石與巖石分離，分析原因主要是水泥結(jié)石強(qiáng)度與巖體強(qiáng)度存在較大差異，鉆孔時(shí)機(jī)械磨損所致。 4.3 單位注入量分析 檢查孔的平均注量為12.44 kg/m，相當(dāng)于灌漿孔平均值的7 %，表明經(jīng)過灌漿處理后，帷幕灌漿區(qū)域內(nèi)的巖層灌漿效果顯著。 5 結(jié)語(yǔ) 通過以上分析可以看出，該標(biāo)段的壩基帷幕灌漿施工結(jié)果符合一般灌漿規(guī)律，灌漿效果顯著，壩基巖層的防滲性能得到較大的提高，滿足設(shè)計(jì)的防滲要求，施工方法及施工工藝得到了驗(yàn)證。
作者簡(jiǎn)介：王軍興，男，1975年生，1999年畢業(yè)于太原理工大學(xué)工程地質(zhì)專業(yè)，工程師。 [收稿日期：2008-11-24]    Constructing Curtain Grouting to Treat Dam Foundation of Hengquaan Reservoir WANG Jun-xing Abstract: The main lithologic character of Hengquan Reservoir’s dam rock base is mixed gneiss Ar3c. Its weathering degree is high and hydraulic permeability is strong. In order to decrease permeability of rock base, and according to the demand of design, the curtain grouting must be carried out in the rock base under the dam seepage prevention wall. This paper emphatically introduces the construction method and effect of curtain grouting under the dam seepage prevention wall in the dam abutment of left bank. Key words: Hengquan Reservoir      curtain grouting      construction