帷幕灌浆防渗技术探讨
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帷幕灌浆防渗技术探讨
多年来,防渗问题一直都困扰着水利工程施工建设,在施工中一旦施工技术不合理、材料选择不达标,就很容易引起水利工程在建成之后出现渗漏现象。尤其是目前水利工程建设中,防渗加固问题已经成为施工的核心内容。
一、工程概况
某水库集雨面积6km2,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、养殖等综合利用的中小型水库。水库总库容280万m3,设计灌溉面积0.45万亩,枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道及放水设施组成。该水库主副坝均为均质土坝,主坝坝顶高程327m,坝高15m,坝顶长370m,坝顶宽3m,原内坡比为1:2.5,外坡比1:2,上游坡设干砌防浪石,厚30cm,下游坡采用草皮护坡;副坝位于主坝左岸200m远的山坳中,坝顶高程327m,最大坝值12m,坝顶宽3m,上游坝坡为1:2.5,下游坝坡为1:2;按50年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核,设计洪水位、校核洪水位分别为325.24m、326.15m。
二、主坝渗漏原因分析
1.渗漏部位
渗漏部位主要有3处:建基面处的接触带土层孔隙性渗漏;坝体的填土层孔隙性渗漏;主坝左坝基存在破碎带,形成集中渗漏带。
2.渗漏成因
⑴工程修建前没有进行地质钻探,大坝基础地质资料不详。大坝左岸出露的地层岩性为灰岩,中厚层状构造,节理裂隙和溶沟溶槽发育;
⑵建坝时基础处理不彻底。施工时未将坝基河床裸露的冲洪积粘土、残坡积粘土全部清除,局部基岩开挖的碎石块残留在基础面上;
⑶坝体填土施工质量差。
由于当年施工時搞人海战术,施工断断续续,使施工质量难以控制,如取用粘土部分掺杂有机质物或含淤泥;坝体碾压采用人工木槌,造成大范围碾压程度低,结构松散,固结程度低;施工中无专门质检机构,对施工质量缺乏有力控制。
三、主坝防渗加固技术 水库的渗漏问题一直存在并不断发展,对大坝安全已构成威胁,经安全鉴定列为三类水库,多年来进行除险加固设计和施工,加固设计内容包括主副坝防渗加固,主副坝培厚,溢洪道维修等。
1.帷幕灌浆防渗设计
由地质勘察报告分析表明,大坝渗漏部位主要位于建基面处的人工填土与冲洪积粘土、残坡积粘土及基岩形成的接触带,次为坝体的填土层。主坝下伏的基岩表层由于在左部坝基存在破碎带,形成集中渗漏带,基岩为强透水,其余部位为弱透水;副坝的左部基岩较完整,基岩为弱不禁风透水,右部基岩相对较破碎,基岩为中等透水。根据实际情况,选择帷幕灌浆这一常规方法是可行的,帷幕灌浆施工易行,节省投资,效果显著。
⑴帷幕位置:主坝坝体两排帷幕距上游坝顶线1m及2m,坝体帷幕长266m,深入左坝肩16m;副坝坝体单排帷幕距上游坝顶线1m,坝体帷幕长144m,均对应主要渗漏带形成帷幕体。
⑵排数、排距、孔距:按有关规范帷幕厚不宜小于2m,故设计帷幕厚为2m;为了提高帷幕的防渗效果,主坝帷幕灌浆按双排孔设计,孔距2m,排距1m;副坝按单排孔设计,孔距2m。
⑶帷幕顶部高程:主副坝从坝顶钻孔,孔口高程327.0m,从设计底高程开始往上灌,直至孔口高程,孔口用粘土回填。
⑷帷幕深度:参考地质勘察报告,并根据有关帷幕灌浆的规范要求,帷幕灌浆深度进入坝基完整岩石3~5m,充填灌浆进入人工填土坝体5m。
2.灌浆材料
帷幕灌浆材料用纯水泥浆,通过室内和现场试验分析,水泥浆配合比采用2:1,1:1,0.8:1,0.6:1,0.5:1等5级。在灌浆时遇孔洞、裂缝吸浆量大时、用浓配合比,吸浆量小时用稀配合比。当较长时间吸浆量大时,为节约材料,减小投资,可掺合粘土、砂混合料,同时掺合水玻璃(Na2O.nSiO2),提高凝固速度和强度。水泥粘土配合比:水泥占干料重30%~40%,粘土70%~60%。 根据工程实际情况,本工程我们采用了几种制浆的方法来进行搅拌。选用了自制500L容量的水泥浆搅拌机,其生产能力能有效满足本工程的施工要求。搅拌时间分两种来控制,一种是采用高速搅拌,控制时间在30s以内;另外一种是普通的搅拌,控制时间控制在3min内。 水泥浆液搅拌完成后,不停留直接将其送入到灌浆泵的储浆桶内。从灌注浆液的制备到期用完这段时间不要超过4h,否则就要将之丢弃掉,重新生产新的浆液。另外,在整个过程中,需要采取防晒、放热、防寒、保温的相关措施,浆液的温度控制在5℃~40℃之间。
3.钻孔冲洗、压水试验
施工情况良好的的孔段,必须要对钻孔进行冲洗,并且要等到水变得清澈了才可以。帷幕灌浆首先要做的是导孔,对于钻孔后返水情况良好的孔段,需要做好简单的压水处理。压水时间控制在20分钟左右,每隔5分钟读一次表,总共4次的读数,如果最大值相比于最小值之间的差小于最后的终值12%就可以了。检测孔的压水需要采取单点法来进行。需要控制好试验中的水压力值,通常情况下,与灌浆之前的压水试验的压力差不多就可以。
4.灌浆技术
灌浆施工:①灌浆采用自下而上分段的方法。当遇到严重塌孔、溶洞、断层严重漏水带等应及时优先灌注,即亦可以从上到下进行;②压力根据规范和试验取值:帷幕灌浆压力为0.2~0.4MPa,充填灌浆压力为0.05~0.1MPa,回填灌浆压力不超过0.05MPa。在施工中可根据实际情况调整;③灌浆浆液的浓度应由稀到浓,逐级变换。灌浆浆液灰比采用2:1,1:1,0.8:1,0.6:1,0.5:1等5级;④灌浆段长:每段长5~8m,灌浆尾管下至距灌浆镀部0.5~1m;⑤当灌浆压力保持不变、灌浆率持续减少时,或当灌入率不变,压力持续升高时,均属正常,不得改变水灰比,当出现负压,则采用浓浆灌注,当注入量达0.5m3,而压力没有变化,则改用下一级浓浆;⑥灌浆结束:坝体充填及回填灌浆,在规定压力下,经连续3次灌浆不再吸浆,则灌浆结束。基岩帷幕灌浆结束标准是:在规定压力下吸浆不大于0.3L/min?m时,再持续30min,便可停止灌浆。
施工要求与注意事项:①为提高帷幕效果,灌浆时放空库容;②当灌浆孔口气温低于0.5℃时,应停止灌浆;③灌浆结束后,灌浆孔必须全部封填,并按设计序号编号;④做好施工记录,总结灌浆经验,建立工程档案。
四、主坝防渗加固效果
大坝防渗加固方案合理,没有发生重大设计变更。工程质量从检查孔压水试验成果看,帷幕灌浆达到设计要求;从分部工程质量评定来看,大坝灌浆单位工程质量达到优良等级。水库主坝防渗加固灌浆分部工程完建运行效果明显,坝体及基础基本形成了一道连续完整的帷幕,基本解决了坝基和坝体的防渗问题,原主副坝外坡16个渗漏点和管涌全部断流,水田沼泽现象消失。大坝总漏量比灌前减少了80%,水库发挥的效益明显提高,大坝帷幕灌浆不仅把渗漏堵住,加固了大坝,同时也提高了水库的蓄水、防洪能力。
五、结束语
水利工程作为保障人们生活与生产的主要基础设施,在建设中其防渗施工有着重要作用与意义。尤其是堤坝防渗技术的应用不仅仅能够有效的提高和保证水资源的利用率,更对于提高水库的使用寿命有着重要作用。