灌浆技术在病险水库除险加固中的运用 10页

　　灌浆技术在病险水库除险加固中的运用摘要：通过对病险水库成因分析，提出切合实际的除险加固技术方案。　　关键词：灌浆技术病险水库运用宁夏固原　　　　固原市位于宁夏自治区的南部，辖4县1区，总面积11293km2，占自治区面积的21.8%；总人口148.68万人，人口密度132人/km2。截止2008年底，建有中、小型水库148座，水保骨干坝、塘坝、淤地坝341座，总库容7.06亿m3。经过近年病险水库除险加固工程的实施，我们对不同立地条件病险水库进行成因分析，提出了一些水库除险加固技术方案，供参考。　　1泾源县西峡水库　　1.1工程概况n　　西峡水库位于泾河支流香水河泾源县城以西5km处。属小（一）型水库，水库建于1960年，控制流域面积43.9km2。粘土心墙土坝，最大坝高24m。水库自建成蓄水以来，左右坝肩及坝基多处出现渗漏，优以坝体中部河床段下游坝坡处最为严重。1976年加坝一次高度5.0m，最大坝高29m，设计总库容140万m3；1991年在左坝肩又增建溢洪道，但由于种种原因，两次扩建均未对坝体渗漏做相应的处理。随着坝体的加高，水库蓄水量的增加，坝体下游渗漏日趋严重，危及大坝安全。　　西峡水库是泾源县一座综合性水利工程，集发电、防洪、灌溉及城市居民生活、生产用水于一身。建有坝后式水电站一座，总装机460k3，所以对大坝的防渗加固处理十分紧迫。　　1.2工程防渗加固处理方案设计　　1.2.1处理方案　　根据地质勘探及现场实际渗漏出水点情况综合分析认为坝体下游中部即河床坝段的渗漏主要是坝基处1.9m厚的角砾层未被清除，坝基粘土心墙未与基岩连接，形成为主要的透水层，由于坝体太高，设计决定先对坝基段透水层采用水泥浆灌浆方法进行防渗处理。　　2.2.2主要参数　　①灌浆范围　　在上游坝坡角高程2052m，沿平行坝轴线方向布置灌浆孔，帷幕轴线长277m，布置一排孔，分两序施工。一序孔孔距3，0m，二序孔孔距1.5m，钻孔孔深30-32m。n　　②防渗标准　　注水试验渗透系数k<1.0×10-5cm/s。　　③钻孔方法　　选择2台GJ-150S型工程钻机，钻进时遇个别塌孔情况则跟进扩壁套管。钻孔孔距由稀到密分序进行，孔径ф110mm，孔斜〈1%，钻机处需修工作平台，且孔口要加护壁套管保护，以防孔内进水。　　④灌浆材料采用水泥浆　　水泥为普通硅酸盐水泥425#水泥。浆液要求流动性好，便于灌入缝隙中；析水性好，便于较快固结排水；收缩性好，能更好地与土体结合。　　浆液水灰比分三个等级，分别为2：1，1：1及0.8:1。相应的浆液比重在1.2-1.6之间。　　⑤灌浆压力n　　灌浆压力系指注浆管上端孔口的压力值。灌浆之前，可先进行灌浆试验，在选定的帷幕轴线上按设计布孔方式进行布孔，可先选择3-5个孔做为试验孔然后根据吸浆情况以及地表的观察，视有无冒浆或抬动变形情况再作压力调整。　　按灌浆试验结果，灌浆压力即要保证灌浆效果，又要确保坝体安全，试验选用0.2-0.45Mpa之内，孔深20m以内，压力选择0.2-0.3Mpa，孔深20m以上时，压力选择0.3-0.45Mpa。灌浆限制的最大压力是影响坝体安全和灌浆效果的最大因素，如果控制得好，对于坝基和坝体的压密和回弹、浆体的压密、保证防渗帷幕的形成等都能收到很好的效果。灌浆压力的大小与坝体的质量、灌浆部位、浆液浓度以及泵量的大小等有关，密度试验时要控制好浆液密度及在不同部位单位时间耗浆量，并认真记录整个试验过程中的压力变化，试验结束后绘制不同部位浆液密度与压力变化曲线ρ—p图，不同时间与压力变化曲线T—P图，然后再在3个孔中间插入1-2个孔做注水实验，可以取试块测帷幕墙体的厚度，也可以通过计算出渗透系数k，如果k≤1×10-5cm/s，则证明试验结果满足设计要求，试验参数合适，最终确定灌浆压力0.2-0.45Mpa。　　⑥灌浆方法　　灌浆时分两序进行，按由稀到密的分序原则，即先灌一序孔，后灌二序孔，浆液由稀至浓，逐级进行，灌浆压力由小到大，少灌多复。　　灌浆间隔时间：一、二序孔灌浆最小间隔时间不小于5天。每孔需进行5-8次复灌，复灌间隔时间应不小于3天。　　⑦终孔、封孔与停灌标准n　　该坝为当地角砾、碎石及粘土经人工碾压而成，基岩面高差不一，试验钻孔深度至坝基入强风化泥灰岩以下1.0m，即可终孔；钻孔结束后进行自下而上分段全孔灌浆，灌浆区段5-8m，最后一段灌浆结束后，改用稠浆进行复灌，待水泥浆初凝后即可封孔，孔口厚0.8m，采用水泥砂浆封口。　　在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min时继续灌注60分钟，可以结束一次灌浆。　　1.3灌浆施工中特殊情况处理　　①如灌浆过程中，发现冒浆、漏浆等，应根据具体情况，采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇性灌浆等方法进行处理。　　②发现有串浆孔时，先封闭一孔，待灌浆孔浆液初凝后再进行施工。　　③灌浆过程不能中断，若因故中断时间过长，需及时采取补灌措施。　　④在坝体较大的渗漏处掌握好灌浆施工时间，添加速凝剂，或采用水泥粘土浆，以增加灌浆效果，同时节约水泥用量。　　⑤n灌浆过程作为隐蔽工程，要求现场及时记录，并做到准确、详细、以利于分析检查灌浆效果。　　1.4灌浆效果检查　　①对记录资料进行统计分析，绘制各序孔的单位耗灰量曲线，根据其随序递减的程度来分析灌浆效果。　　②在已灌好的二序孔中间打检查孔，检查孔要求在全部灌浆结束两周后进行，检查孔数量为灌浆孔的10%。进行注（压）水试验，计算渗透系数K值。使其达到k≤1.0×10-5cm/s，在钻检查孔的过程中，逐级提取水泥浆液结石样本，观察了解，从外观描述结石情况。　　1.5结论　　西峡坝体防渗工程于2009年6月结束，在灌浆处理后的水库蓄水过程中，从外观检查，灌浆部位坝体下游中部即河床坝段的渗漏点明显消失，只在高水位运行时，渗漏点处有少许潮湿，灌浆效果相当明显。实践证明，西峡水库防渗处理采用水泥浆，设备简单，操作方便，效果明显，是南部山区第一座对水库基础进行灌浆防渗处理工程，值得在其他类似的水库工程中推广应用。　　2海原县海子水库　　2.1工程概况n　　海子水库位于中河流域二级支流杨明河下游，地处东经105°48′，北纬36°11′。海子水库控制流域面积75.6km2，该水库为1920年海原县大地震形成的天然水堰，当地群众称为“海子”。海子水库在五十年代中期被开发利用，1960年至1961完成土坝和放水涵卧管工程建设，以后土坝多次加高和改造，1993年改造并修建泄洪建筑物后达到现在规模：黄土均质土坝，坝高17.0m，坝长115m，坝顶宽5m，前坡比1：3.0，后坡比1：2.5，总库容420.8万m3，灌溉面积0.12万亩，属小（一）型水库。水库经过40多年运行，已淤积库容170.0万m3，现有库容250.8万m3，不能满足部颁洪水标准；主要建筑物为坝右肩泄洪建筑物及输水建筑物各一座，泄洪建筑物包括2孔1.3×2.0m简易水塔，坝下涵管（涵洞为2.0×2.0m方涵）、陡坡及消力池；输水建筑物为坝右肩取水卧管及坝下涵管，涵管与泄洪涵洞相接。由于该水库为1920年海原县大地震形成的天然水堰，土坝坝体质量较差，压实度不均匀，坝体上有多处裂缝可见，已严重危及坝体的安全；两坝肩的地震塌滑体为强透水层，两坝肩特别是左坝肩存在较严重的绕坝渗漏现象，水库高水位运行时对水库的安全有很大的威胁，需要作防渗处理。　　2.2工程设计　　2.2.1坝体裂缝及坝体加固处理：n　　①坝体裂缝处理　　设计对坝体及两坝肩整体灌浆处理。坝体灌浆孔共布设二排，其中土坝迎水坡一排，沿坝轴线一排，灌浆孔距3.0m，呈正三角形，打孔平均深度10.0m，共布孔168个，打孔深度1120m。　　②充填灌浆技术要求：　　布孔：在坝顶沿坝轴线布孔一排，孔间距3.0m左右，平均深度10.0m，在坝体迎水坡平行坝轴线布孔一排，孔间距3.0m左右，平均深度10.0m。　　造孔：造孔应根据布孔的孔位，孔深应超过隐患处1.0m左右，造孔力求保持铅直，要求用干法造孔，严禁用清水循环钻进。　　制浆：对浆液要求流动性好，析水性好，同时收缩性小，使浆液析水后与土坝体结合密实。用粘性土作材料，一般含粘粒为20%-45%，水土比（重量比）要求在1：1-1：2.5范围内，注浆过程中可根据实际情况按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》调整，制浆用水一般为不含过量杂质的淡水。　　灌浆:灌浆顺序应由外向里，由稀到密，即灌浆时应先灌最外边的两个孔，将裂缝封闭后，再灌中间的孔，先灌孔距较大的，然后逐渐缩小孔距，对横向裂缝的处理可先灌上游孔，再灌下游孔，后灌中间孔。n　　灌浆浓度应先稀后浓，首先灌入比重较小的稀浆，应视吃浆量增大而逐渐由稀到浓。　　灌浆应力应由小到大，逐渐升高。一般冲填灌浆处理土石坝裂缝的灌浆孔口压力控制在0.05-0.10Mpa左右，即能保证灌浆质量，因此要严格控制灌浆压力。　　灌浆方法应少灌多复，分段灌注。　　出现问题及时处理：灌浆过程中经常可能发生冒浆、串浆现象，根据具体情况进行分析，并及时处理。　　发现冒浆现象应立即降低灌浆压力或停灌。采取开挖回填封闭冒浆口的措施，再慢慢提高灌浆压力。　　在进行灌浆处理的裂缝上部，采取开挖回填粘土并夯实，形成阻浆盖，再钻孔灌浆，提高灌浆质量。　　灌浆结束标准及封口。当浆液升到孔口，经连续复灌三次，不再吃浆时，即可终止灌浆。封孔前应将孔内剩余未凝结的稀浆和可能掉进的杂物全部排出，用含水量适中的粘土球分层回填捣实。　　2.2.2裂缝灌浆设备：n　　选用湖南水工机械厂生产的堤坝灌浆机（该设备已购买）。设备主要包括DK10A打孔机（冲孔直径58mm，最大冲孔深10m，进孔速度20m/h），2BPZ—35自吸泵（流量3.89L/s，扬程35m，配套功率4马力），QNJ60联合制浆机（制浆量3.6m3/h，泥浆比≤1.45g/cm3，功率6马力，筛分粒度≤4mm），B2，功率4.5马力）及拔管器、减压阀等设备组成。　　2.3结论　　海子水库坝体裂缝及坝体加固处理坝体防渗工程于2008年5月结束，地质部门复探后进一步分析防渗效果良好。