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淺析帷幕灌漿施工方法及效果

淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)

                                  趙英

                 (湖南華緯水電工程公司,湖南常德415000

【摘要】  帷幕灌漿技術(shù)是土石壩滲漏最常見(jiàn)的處理措施之一,在病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例,闡述了病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中帷幕灌漿的施工方法和技術(shù)要領(lǐng),分析了帷幕灌漿的應(yīng)用效果。隨著帷幕灌漿設(shè)備的不斷完善和更新,帷幕灌漿技術(shù)將會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用空間。

【關(guān)鍵詞】  帷幕灌漿;施工方法;效果分析

中圖分類號(hào):TV543   文章編號(hào):1005-4774( 2016) 06-0014-04

    目前,中國(guó)土石壩水庫(kù)大部分修建于20世紀(jì)50~70年代,長(zhǎng)期以來(lái)壩體滲漏是影響土石壩安全運(yùn)行的主要病險(xiǎn)原因。滲漏問(wèn)題如果不及時(shí)處理,土石壩會(huì)出現(xiàn)貫穿性滲水通道,乃至管涌,導(dǎo)致大壩決口、垮壩,危及當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚拓?cái)產(chǎn)安全。

    在解決土石壩滲漏問(wèn)題技術(shù)方案中,帷幕灌漿是最為常見(jiàn)的工程措施之一。作為科學(xué)高效的防滲漏技術(shù),在近幾年病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)中得到了有效、廣泛的應(yīng)用,保障水庫(kù)發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1帷幕灌漿基本原理

    帷幕灌漿是在壩體及巖石或砂礫石地基中,采用高壓灌漿技術(shù)封堵滲漏縫隙和通道,建成防滲帷幕的一種施工工藝,即將水泥漿或其他化學(xué)漿液的混合物灌入巖體或土層的裂隙、孔隙等所要修補(bǔ)和加固的部位,使擋水建筑物內(nèi)部形成連續(xù)的防滲帷幕。一般情況下,防滲帷幕頂部與大壩防浪墻底板連接,底部深入相對(duì)不透水巖層一定深度,形成無(wú)縫搭接、相對(duì)封閉的整體防滲體,達(dá)到減小壩體滲流量、降低滲透壓力的目的。多年來(lái),帷幕灌漿防滲處理施工技術(shù),對(duì)保證水工建筑物的安全運(yùn)行起到了重要作用。

2  帷幕灌漿前準(zhǔn)備工作

21  確定帷幕灌漿范圍

    設(shè)計(jì)人員通過(guò)大壩地質(zhì)勘查,結(jié)合水庫(kù)水位情況,確定帷幕灌漿的深度、寬度等。

  帷幕灌漿按灌漿孔底部是否深入相對(duì)不透水巖層,劃分為兩種情況:一種是封閉式帷幕,指將漿液注入到不透水層下部3~5m左右,徹底將滲流通道斷開(kāi),形成板式截水墻,這種帷幕防滲效果最好;另一種是懸掛式帷幕,針對(duì)透水層情況較為復(fù)雜且防滲要求不高的壩體,或者部分透水層較厚、灌漿深度達(dá)不到,以及滲徑較長(zhǎng)、滲流量小等情況。懸掛式帷幕在施工中要注意將懸掛式灌漿法與其他防滲法相結(jié)合,彌補(bǔ)缺失,達(dá)到防滲效果最佳化。具體方案的選擇,宜根據(jù)地質(zhì)鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行。

2.2帷幕定位

    帷幕灌漿工作開(kāi)始前,工程技術(shù)人員根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)與以往施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)灌漿孔進(jìn)行定位放樣。合理的定位布孔是灌漿帷幕工程取得良好效果的前提條件,因此,技術(shù)人員必須認(rèn)真進(jìn)行實(shí)際勘測(cè),確定合適的打孔軸線部位及孔距。

    灌漿孔的位置由地質(zhì)條件與水頭決定,一般情況下,帷幕灌漿孔距是2~3m,而孔排間距多為孔距的0.7倍。如一些砂石料材質(zhì)和巖層走向較差的大壩基礎(chǔ),由于地質(zhì)條件差,必須適度增加灌漿孔的排數(shù)。

2.3  鉆孔

    確定鉆孔位置后,施工人員開(kāi)始用回旋式鉆機(jī)或沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔;匦姐@機(jī)是一種高效便捷的鉆孔設(shè)備,具有扭矩大、破切力強(qiáng)、鉆孔深的特點(diǎn),在高壩施工時(shí)可優(yōu)選這種設(shè)備。

    在鉆孔時(shí),施工人員要嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)圖紙上的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù),確保鉆孔位置和方向準(zhǔn)確。在遇到不可避免的特殊地質(zhì)情況時(shí),最大限度地將孔位偏差、孔斜率控制在允許的設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi),確保鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求。

2.4洗孔

    洗孔是采用清水沖洗孔內(nèi)、孔底及裂縫中的填充物,疏通孔道,方便漿液流到預(yù)定部位,保證灌漿通道暢通。常用清洗方法有鉆孔沖洗法和裂隙沖洗法。清水沖洗時(shí)間一般不低于30min,沖洗之后回清水10min以上,沖洗標(biāo)準(zhǔn)是孔道內(nèi)雜物厚度不能超過(guò)10cm。

    裂隙沖洗是指利用水的壓力沖洗掉裂縫中的各種雜物,其所需壓力標(biāo)準(zhǔn)是1MPa,通常為灌漿壓力的80%。

2.5  確定灌漿順序

    帷幕,按防滲帷幕的灌漿孔排數(shù)分為兩排孔帷幕和多排孔帷幕。地質(zhì)條件復(fù)雜且水頭較高時(shí),多采用三排以上的多排孔帷幕。在灌漿次序上,按照下、上、中次序進(jìn)行灌漿,先灌最下面一排,再灌最上面一排,最后灌中間的孔排。灌漿工作必須嚴(yán)格按照順序進(jìn)行,不得前后顛倒。

2.6選擇灌漿材料

    灌漿材料主要有三類:⑧水玻璃類;⑥純水泥漿、黏土漿、水泥黏土漿;⑥有機(jī)高分子復(fù)合化學(xué)材料。由于各種材料都有其獨(dú)有的特性,施工人員需根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)每種灌漿材料進(jìn)行壓水試驗(yàn),實(shí)際灌漿需根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用灌漿材料。正常情況下,灌漿材料多采用純水泥漿和水泥、水玻璃混合漿,它具有凝結(jié)速度快、成本低和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3  帷幕灌漿施工方法

    帷幕灌漿施工常采用的方法有兩種:全孔一次灌漿和分段灌漿。在一些地質(zhì)條件好的地段,常采用全孔一次性灌漿,而分段灌漿法則可分為上下分段、綜合分段等幾種灌漿法。

3.1  自上而下分段灌漿法

    自上而下分段灌漿法,多用于巖層質(zhì)地差、裂縫多、滲漏較嚴(yán)重的地質(zhì)條件。施工時(shí)先從上至下,逐段進(jìn)行打孔、灌漿。

    此種方法具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn):⑧用料準(zhǔn)確不會(huì)產(chǎn)生廢料,有利于資源的合理有效配置;⑥灌漿塞安裝在底部,漿液不會(huì)從孔洞溢出,能夠有效地將裂隙填補(bǔ)密實(shí),增大防滲強(qiáng)度;⑥這種灌注方式可以循序漸進(jìn)的增大壓力,保證漿液能夠注入到預(yù)計(jì)部位,孔洞內(nèi)壓力均勻不會(huì)產(chǎn)生坍塌。

    此種方法的缺點(diǎn):④工序繁雜,經(jīng)常需要交叉作業(yè),鉆1個(gè)孔灌1次漿,每個(gè)孔作業(yè)完畢后才能進(jìn)行下個(gè)鉆孔灌漿作業(yè),費(fèi)時(shí)耗力;⑥作業(yè)周期長(zhǎng),每次灌漿作業(yè)后都必須停下等待漿液凝固后才能進(jìn)行下個(gè)灌漿作業(yè),而且這種孔的斜度很難控制。

3.2  自下而上分段灌漿法

    自下而上分段灌漿法,適用在巖石質(zhì)地較好,裂縫較少的地層。灌漿作業(yè)的方式是按照設(shè)計(jì)要求,將孔打到設(shè)計(jì)深度,然后從下往上逐段進(jìn)行灌漿。

    該方法的優(yōu)點(diǎn):作業(yè)周期短、不用停工等待漿液凝結(jié),鉆孔與灌漿之間不需要交叉作業(yè),高效便捷。

    該方法的缺點(diǎn):易受裂縫的影響,漿液注入不到位,灌漿壓力不好控制;孔洞里的情況不易查明,部分孔洞堵塞而不易察覺(jué),導(dǎo)致返漿情況較多,嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量。

3.3綜合分段灌漿法

    地質(zhì)條件較為復(fù)雜附施工段可采用綜合分段灌漿法。綜合分段灌漿法是將自上而下灌漿法和自下而上灌漿法結(jié)合起來(lái)的一種方法。對(duì)部分透水性不穩(wěn)定、巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的灌漿孔,多采用綜合分段灌漿法,可達(dá)到最佳的灌漿效果。

3.4孔口封閉自上而下灌漿法

    孔口封閉自上而下灌漿法(見(jiàn)下圖),是將灌漿口封閉,然后從上往下逐段進(jìn)行灌漿,不需要停工等待漿液凝固。此種方法有5個(gè)優(yōu)點(diǎn):⑧施工操作簡(jiǎn)單;⑥灌漿作業(yè)周期短,施工作業(yè)過(guò)程不需等待,能有效提高工作效率;@可以用大壓力進(jìn)行灌漿,漿液注入效果好;③鉆孔小,效率高;⑥可重復(fù)灌漿,能保證工程質(zhì)量。

淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)2870.png 

4帷幕灌漿在官亭水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用分析

4,1工程概況

    官亭水庫(kù)位于澧陽(yáng)平原首端、澧水支流——澹水中下游山區(qū)與平原的交界處,壩址位于湖南省臨澧縣官亭鄉(xiāng)(現(xiàn)刻木山鄉(xiāng))彭市村。官亭水庫(kù)由大壩、溢洪道、輸水隧洞、防護(hù)堤及電站等建筑物組成,大壩為均質(zhì)土壩,壩頂高程81.50m,最大壩高28.5m,壩軸線長(zhǎng)547m,壩頂寬6m。水庫(kù)集雨面積101 km2,水庫(kù)正常蓄水位76.50m,相應(yīng)正常庫(kù)容5650萬(wàn)m3;設(shè)計(jì)洪水位77.84m,相應(yīng)設(shè)計(jì)庫(kù)容6826.12萬(wàn)m3。官亭水庫(kù)是一座以灌溉、防洪為主,兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。195810月,官亭水庫(kù)動(dòng)工興建。19593月,工程竣工并投入蓄水運(yùn)行。

水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)壩體填筑質(zhì)量較差,壩體防滲達(dá)不到規(guī)范要求,大壩的左壩肩存在繞壩滲漏或接觸面滲漏,高水位時(shí),左岸下游壩坡存在明顯的散浸現(xiàn)象。針對(duì)這些問(wèn)題,在該水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí),設(shè)計(jì)單位制訂了大壩左肩帷幕灌漿施工方案,帷幕灌漿施工總進(jìn)尺1592. 3m。

4.2實(shí)施措施

    根據(jù)施工方案,將作業(yè)平臺(tái)設(shè)置在大壩左岸內(nèi)坡一級(jí)平臺(tái)上,按照分序加密原則,將灌漿孔劃分為三排進(jìn)行布孔。鉆孔采用回旋鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)兩種鉆孔方式,鉆孔作業(yè)按照設(shè)計(jì)圖紙分序進(jìn)行,孔位偏差控制在10cm之內(nèi)。施工過(guò)程中每隔2~5m對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行一次校核,做好記錄,確保灌漿質(zhì)量(其施工設(shè)備見(jiàn)下表)。

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    帷幕灌漿開(kāi)始施工前,對(duì)孔洞進(jìn)行孔壁和裂隙沖洗,回水澄清10min后停止。同時(shí),保證單個(gè)灌漿孔沖洗總時(shí)間不低于30min,串孔不低于2h,回水不清的孔洞全部重新沖洗。灌漿孔沖洗完畢后,采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn),先導(dǎo)孔為4~7號(hào)、19~ 23號(hào)、41~46號(hào),實(shí)驗(yàn)后立即進(jìn)行灌漿作業(yè),如果間隔時(shí)間超過(guò)24h,則對(duì)孔洞全部重新清洗。

    針對(duì)官亭水庫(kù)大壩工程地質(zhì)實(shí)際情況,帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法,具體工藝流程:施工準(zhǔn)備淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png定位淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png鉆孔淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png沖洗淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png壓水試驗(yàn)淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png灌漿淺析帷幕灌漿施工方法及效果(水利)3682.png檢查。

4.3質(zhì)量檢驗(yàn)

    灌漿結(jié)束后,按規(guī)范規(guī)定,檢測(cè)單位對(duì)孔、巖芯等部位進(jìn)行鉆孔檢查,按1個(gè)施工單元布設(shè)1個(gè)檢查孔的原則布設(shè)檢查孔,檢查孔總數(shù)不少于鉆孔數(shù)的5%。鉆孔檢查巖芯時(shí)對(duì)其進(jìn)行編錄、保存。區(qū)段灌漿14d后,再進(jìn)行打孔壓水試驗(yàn),共進(jìn)行壓水試驗(yàn)54段,試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。

    20153月中旬,該帷幕灌漿防滲工程完工,通過(guò)對(duì)帷幕灌漿實(shí)體質(zhì)量查驗(yàn)及汛期水庫(kù)高水位運(yùn)行,結(jié)果顯示:原壩基散浸現(xiàn)象全部消失,帷幕灌漿效果良好。

5結(jié)語(yǔ)

    帷幕灌漿施工技術(shù)是土石壩滲漏問(wèn)題最為常見(jiàn)的處理措施之一,在病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中得到廣泛應(yīng)用,且已應(yīng)用到礦井作業(yè)、房建和市政基礎(chǔ)等各個(gè)領(lǐng)域。在中國(guó)建筑業(yè)飛速發(fā)展的今天,隨著帷幕灌漿設(shè)備的不斷完善和更新,帷幕灌漿技術(shù)將會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用空間。

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