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土坝自坝顶进行帷幕灌浆施工技术研究

2024-12-22 96 上传者：管理员

摘要：通过侯家峪水库在特殊情况下采取自坝顶进行帷幕灌浆方法的研究,比较分析孔口封闭、自上而下、自下而上的三种灌浆方法的优缺点,研究出一套适合坝顶及防渗墙帷幕灌浆的施工技术及工艺,该工艺安全可靠、经济可行、效果明显,值得在类似工程中推广、应用。尤其在一些已建成坝体坝基渗水处理中经常遇到,具有很重要的实用价值和推广意义。

关键词：
土坝
帷幕灌浆
施工技术
跟管
钻孔
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1、工程现状

韩城市侯家峪水库是一座具有村镇居民生活供水和农业灌溉功能的Ⅳ等小(1)型水利枢纽工程｡坝体为均质土坝,坝基为水平层状砂岩,裂隙发育,最大坝高45 m｡

2018 年6月份,大坝基础帷幕灌浆基本结束,准备开始坝体土方填筑｡此时大坝右坝肩发生较大滑坡,设计要求挖除滑坡体,延长大坝轴线,同时延长帷幕灌浆轴线｡针对此种情况,为保证整个工程进度,采取坝体分段填筑施工方案｡一边开挖滑坡体,一边填筑坝体,同步进行｡在左坝段坝体填筑完成后,滑坡体也基本开挖完成｡设计要求对开挖出的坝基进行帷幕灌浆,此时为保证右坝段填筑后坝体沉降期,必须先进行右坝段坝体填筑,否则坝前面板将不能及时施工,造成总体工期滞后｡坝基帷幕灌浆与坝体填筑施工发生矛盾,为了既保证坝体沉降期又保证大坝帷幕灌浆,经查阅大量文献､资料[1-2],由于此段坝体填筑高度在30 m左右,采取先填筑坝体,之后在坝顶安装套管,对坝基进行帷幕灌浆的方法｡自坝顶进行帷幕灌浆的方法在一些均质土坝解决坝基渗漏中得到过应用,而且有较为好的工艺｡

在参考文献中施工工艺的基础上,进行认真分析研究,并通过实验,改进文献中施工工艺,取得了较好的效果｡

按改进工艺施工,保证了坝体连续填筑,在坝顶帷幕灌浆完成部分时,坝体沉降期也满足了设计要求,开始了大坝面板混凝土施工,在帷幕灌浆结束时,大坝面板也同时完工,很好地解决了工期问题｡

2、文献既有土坝坝基帷幕灌浆施工工艺

在文献[2]中,通过7种工艺对比分析,提出了最佳的工艺,暂称为“既有土坝坝基孔口封闭灌浆法”,具体工艺如下:①采用直径91 mm､110 mm麻花钻干法造孔至岩面以上2 m~3 m;②下入套管并用锤击法将套管打入岩面;③立即采用低压漫灌的方法多次对接触面进行灌浆,以便形成“灌浆盖帽”,有利于下部段灌浆提高压力;④为加厚“灌浆盖帽”,采取缩短灌浆段(2.0 m､2.0 m､1.0 m),并降低灌浆压力等措施,在土坝坝顶操作钻灌设备并设法在基岩面形成“灌浆盖帽”,试图使坝体与坝基岩石隔离开来;⑤基岩灌浆采用孔口封闭法｡

同时,既有土坝坝基孔口封闭灌浆法,虽然在基岩面形成“灌浆盖帽”,但存在绕过或顶穿“灌浆盖帽”导致劈裂坝体的现象｡

3、既有土坝坝基孔口封闭灌浆工艺对本工程的适用性分析

通过对既有土坝坝基孔口封闭灌浆法的分析,与本工程实际的比较,不足之处如下｡

(1)易发生“铸管”事故

文献采用孔口封闭施工工艺是由于孔深较浅,本工程坝体钻孔深度30 m,坝基帷幕40 m,总孔深在70 m左右,孔口封闭,深孔浓浆灌注时容易发生“铸管”事故,即射浆管在孔内容易被水泥浆凝住｡

(2)浆液损耗多

孔口封闭灌浆时管路及孔内占浆多,浆液损耗多｡本工程基岩面以上30 m套管内浆液不能有效利用,灌浆后废弃浆液比自上而下分段卡塞灌浆多,单位注入量越小损耗越大｡

(3)易造成过量灌浆

由于孔内岩体多次重复灌浆,岩土常被多次劈裂,容易造成抬动､隆起等破坏现象,浆液渗流过远,造成过量灌浆[3]｡针对本工程,坝体与基岩接触面为薄弱部位,更容易被劈裂,造成过量灌浆｡

(4)灌浆段成果不准确

孔口封闭每一灌浆段的灌浆实际都是全孔的灌浆,但所作的简易压水试验成果､灌浆单位注灰量都是记录在某一个灌浆段,精确性差｡

4、改进后既有土坝自上而下帷幕灌浆施工工艺

为了改进既有土坝坝基孔口封闭帷幕灌浆方法,研究分析常用三种灌浆方法的优缺点,具体见表1｡

表1三种灌浆方法优缺点比较

通过对比分析,为了适用本工程,弥补既有土坝坝基孔口封闭灌浆法的不足之处,避免劈裂坝体,结合本工程实际情况,对文献灌浆工艺进行了改进｡

灌浆工艺改进主要是将孔口封闭法改为自上而下灌浆法,更为适用本工程,改进后的方法称为“既有土坝自上而下灌浆法”｡

(1)浇筑钻孔及灌浆平台混凝土

为避免对已填筑完成坝体造成破坏及方便施工,在坝顶沿帷幕灌浆轴线浇筑混凝土垫层,宽度4 m,作为钻孔及灌浆平台｡严格控制浇筑高程及平整度,保证后续钻孔的垂直度｡同时,在一侧浇筑排水沟及沉淀池,方便钻孔废水､废浆及时排除､沉淀,做好现场文明施工｡

(2)测放灌浆孔孔位

采用测量仪器,按设计孔间距及轴线测放孔位,做好标记和测放记录｡

(3)坝体内地质钻机跟管钻进

结合本工程实际情况,由于坝体填筑土料中夹杂石块,不能全部捡除,采用麻花钻钻孔存在遇到石块而更换钻头问题｡另外,麻花钻钻孔较大､不规则､垂直度不易控制,下入套管后,管壁与孔壁之间缝隙较大,后期灌浆容易冒浆,而且孔斜较大,影响基岩段垂直度｡

经过分析､研究,本工程采用地质钻机跟管钻进,既可解决遇到石块问题,又可保证减小管壁与孔壁缝隙及钻孔垂直度问题｡

自坝顶至基岩面1.0 m的土体钻孔采用地质钻机跟管钻进,跟管为 φ89 mm钢套管,钻之基岩面以上1.0 m处停止,钻孔深度1 m~31 m｡为保证套管底部与土体紧密结合,防止接触面灌浆时沿管壁外侧冒浆,利用钻机卷扬机,悬挂重锤,采用锤击法将套管打入岩面｡钻孔时保证钻机架设水平､稳固,过程中控制孔斜,重点控制20 m以内的偏差,采用KXP-1型钻孔测斜仪进行测量,最大允许偏差满足规范要求｡套管击入基岩面之后,采用钻机扫孔,将1.0 m土层钻穿,之后进行清孔｡

(4)接触面低压灌浆

清孔完成后,将灌浆塞(水压塞)阻塞在基岩面以上1 m位置处,采用0.2 MPa压力对坝体与基岩接触面进行灌浆,采用循环灌浆法,使接触面上形成较厚的“灌浆盖帽”,保证提高后续段灌浆压力｡同时,保证了套管外侧与孔壁之间水泥浆充填饱满,封闭了空隙,待凝72小时｡

(5)基岩内自上而下分段钻孔､循环灌浆

由于坝体与基岩接触面是薄弱部位,孔口封闭灌浆法每段灌浆均对此进行复灌,随着灌浆压力增大,接触面有可能被较大的灌浆压力劈开,造成坝体劈裂｡

对此,本工程基岩内帷幕灌浆采用自上而下,循环灌浆法,为防止坝体劈裂,前3段段长较短,压力较小,保证灌注质量而不劈裂坝体｡基岩内钻孔采用地质钻机钻孔,孔径76 mm,自上而下分段钻孔､分段循环灌浆｡第1段采用段长1 m,灌浆压力0.3 MPa,灌浆塞阻塞在坝体与基岩面接缝处,射浆管距孔底0.5 m位置处｡第2段采用段长2 m,灌浆压力0.4 MPa,灌浆塞阻塞在第2段段顶以上50 cm位置处,射浆管距孔底0.5 m位置处｡第3段采用段长3 m,灌浆压力0.5 MPa,灌浆塞阻塞在第3段段顶以上50 cm位置处,射浆管距孔底0.5 m位置处｡

以下各段段长均为5 m,段长及灌浆压力见表2｡

表2基岩内钻孔分段长度及灌浆压力表

图1既有土坝自上而下帷幕灌浆施工工艺图

(6)封孔

灌浆结束后,利用地质钻机的卷扬机将套管逐节拔除,可以重复利用｡基岩孔封孔:全孔灌浆结束后,灌浆塞阻塞在基岩面以下,采用1∶0.5的新鲜普通水泥浆液置换孔内稀浆或积水,全孔灌浆封孔｡封孔灌浆压力采用全孔段平均压力0.9 MPa,封孔灌浆时间1 h｡坝体内封孔采用泥浆,向孔内灌注密度大于1.5 g/cm3的稠浆,多次灌注,直至浆面升至孔口不再下降为止｡待孔口完全析水后,采用含水率适中的制浆土料将孔口回填捣实整平｡此工艺也适用于预埋灌浆管的防渗墙基础灌浆施工｡

5、特殊情况处理

(1)套管外壁冒浆处理

接缝低压灌浆及第一段灌浆时,套管外壁容易出现冒浆现象,所以接缝段灌浆后必须待凝72 h,保证形成的“灌浆盖帽”具有一定强度,下段灌浆不易顶穿｡或灌浆时,堵塞冒浆处､降低灌浆压力､浓浆灌注､间歇灌浆､在浆液中加入速凝剂或玻璃水｡

(2)绕塞返浆处理

虽然自上而下灌浆绕塞返浆现象不易发生,但在实际灌浆过程中也发生多次｡为防止灌浆塞被凝在水泥浆液里面,在灌浆塞顶部连接 φ8钢丝绳,发现绕塞返浆,及时停止灌浆,灌浆塞泄压后,拖拉钢丝绳,调整灌浆塞位置,重新开始灌浆｡

6、灌浆效果分析

灌浆效果分析,主要是分析自坝顶帷幕灌浆和直接在坝基进行帷幕灌浆的效果｡

本工程帷幕灌浆设计透水率小于5 Lu,两种方法进行灌浆,经检查孔检查,全部合格｡自上而下灌浆施工中未出现坝体劈裂现象｡

本工程左坝段(0+000~0+230)在坝基进行孔口封闭帷幕灌浆,完成灌浆进尺3908.9 m,注入水泥量953.672 t,平均单位注灰量243.97 kg/m｡

右坝段(0+230~0+485)采用自坝顶､自上而下帷幕灌浆,完成灌浆进尺4801m,注入水泥量799.137 t,平均单位注灰量166.45 kg/m｡

自上而下法单位注灰量减少32%,水泥浆液浪费较少｡

7、结论