劈裂灌浆技术在土坝加固处理中的应用与效果

整,而是由于底板上沉积有淤泥,其厚度变化较大,界面起伏不平,并且雷达在水和淤泥中传播的速度相差较大(大约差0104m/ns),使得原本水平的混凝土底板,在地质雷达图象上反映出起伏不平(图2)。

(4)闸墩(混凝土)与水的电性差异很大,闸墩侧壁会产生较强的反射,当水深在1m左右时,在雷达图象上出现倒“八”字形干扰异常(图3)。

这种异常有规律,形状固定,虽然通过资料处理不能完全消除,但并不影响对混凝土底板隐患异常的判读。

此外,闸墩侧壁反射干扰异常随着探测水深的加大,影响越明显(图4)。

(5)在南港水闸工作中,受外界干扰(潮水的涨落)较少,从获得的资料分析,雷达波形整齐,同相轴连续,未发现混凝土底板有明显的异常(图5)。

6　结论(1)闸孔底板掏空情况比较隐蔽,很难用常规方法发现,运用地质雷达法检测,经济快速,精度高,质量可靠,是一种行之有效的方法。

(2)选择准确的参数,制定合理、可行的方案,是检测能否成功的重要因素。

(3)建立必要的正演模型、分析地质雷达在检测中的干扰因素及图象特征,可为资料解释提供可靠依据。

(4)当水闸水位变化很小、闸内无淤泥等干扰时,将连续的几条雷达横剖面接在一起,根据水闸底板反射波同相轴变化,可判断出水闸的整体沉降情况。

(5)要分清水利部门所说的“脱空”和物探意义上的“掏空”的概念。

物探意义上的“掏空”隐患,需要达到仪器的分辨率范围,对于本次工程,只要水闸混凝土底板与下覆砂层分离(达到毫米级),在水利上便属于“脱空”(这种情况发展下去便有安全隐患),此时利用现有的任何物探方法都无法查明,而这种“脱空”随着时间会发展成大面积“掏空”,造成水闸底板安全隐患,因此,应该定时定期、及时地应用地质雷达检测,以防止灾难性的破坏发生。

参考文献[1]李大心1探地雷达方法与应用[M]1北京:地质出版社,19941[2]曾校丰,钱荣毅1水库坝体隐蔽缺陷的地质雷达探测[J]1工程勘察,2000,(5)1作者简介:李沫(1974-),男,陕西岐山人,工程师,从事工程物探工作;李金波(1952-),男,高级工程师,从事水利水电管理工作。

劈裂灌浆技术在土坝加固处理中的应用与效果方建瑞(福建省水利厅,福建福州　350001)摘要:在土坝的碾压施工中,由于各种原因造成土坝坝体碾压不密实、土体渗透系数偏大等质量问题,影响工程正常运行或存在安全隐患。

该文结合我省一工程实例探讨劈裂灌浆技术在土坝加固处理中的应用与效果。

关键词:劈裂灌浆;土坝;加固处理;应用;效果中图分类号:TV543+17 文献标识码:B 文章编号:1002-3011(2001)04-0039-031　前言在我省水利水电工程建设中,土坝因具有可就地取材、对地质条件要求较低且投资省等优点,是较常采用的一种坝型。

但是在土坝施工过程中,往往因气候条件、土料含水率、施工技术和工艺(如铺土厚度大、厚薄不均、碾压不实等)等原因造成坝体碾压密实度较差、土体渗透系数较大、坝后浸润线出逸点过高以及出现不均匀沉陷而产生裂缝等质量问题,导致工程完工后无法投入正常运行或存在较严重的隐患。

劈裂灌浆技术在许多水库土坝坝体防渗加固中取得了良好的效果。

本文结合我省一具体工程的劈裂灌浆设计、施工、观测、质量检查和稳定分析来探讨该技术在土坝加固处理中的应用及效果。

2　劈裂灌浆的机理劈裂灌浆是运用坝体应力分布规律,用一定的灌浆压93水利科技 2001年第4期力,将坝体沿坝轴线方向劈裂,同时灌注合适的泥浆,形成铅直连续的防渗泥墙,堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层以提高坝体防渗能力,同时通过浆、坝互压和湿陷,使坝体内部应力重新分布,以提高坝体变形稳定性。

3　劈裂灌浆技术优点311　适用范围广劈裂灌浆技术应用条件较广,处理范围较大,特别适用于问题性质和部位不能完全确定的隐患。

一般情况下可以处理以下一些问题:①土坝坝体碾压不实,密实度普遍较差;②土坝坝体内有渗漏通道、软弱层、坝后坡浸润线出逸点过高,大坝外坡渗漏湿坡现象或渗透破坏(管涌、流土)现象;③土坝坝体由于不均匀沉陷而产生的裂缝;④土坝分段分层施工,质量差的结合部位容易产生水力劈裂的情况;⑤坝体和其他建筑物结合不好,存在空隙和接触冲刷;⑥坝体内存在生物洞穴及腐烂树根等。

现阶段采用灌浆措施加固土坝坝体成功的工程,坝高大都在60m以下,且多为均质坝和宽心墙坝。

随着灌浆技术的发展,这个界限应会被突破。

312　施工季节长土坝的灌浆一般要求在枯水季节水库低水位时进行,以加速泥浆固结,保证土坝安全,但是有些年调节水库不能在一个枯水期内完成坝体灌浆。

而劈裂灌浆允许在较高水位下进行,但应严格灌浆工艺,注意灌浆观测和控制。

313　设计水平高坝体河槽段主要利用小主应力分布规律,比较容易实现定向劈裂灌浆,其终孔距离与灌浆孔序有关,一般采用2孔～3孔。

为保证灌浆质量,第一序孔间距不超过坝高的2/3 (或钻孔深度的2/3),比较低的坝或坝身土料粘性较大的,间距应更小一些。

岸坡段应力比较复杂,灌浆时容易发生横向裂缝和斜向裂缝,通常采用三种布孔方式,(1)参照充填式灌浆梅花形布置;(2)沿坝轴线布孔,孔距2m～3m,使之在岸坡段也能沿坝轴线劈裂,形成防渗泥墙;(3)采用以上两种方法相结合。

314　施工工艺简单灌浆采用分序和“少灌多复”(一次灌浆量要少,重复灌浆次数要多),以加速浆液在坝体中的析水固结,提高泥墙的质量。

4　工程实例411　概况云霄县梁山一级水库电站工程位于云霄县东厦镇荷步村,大坝为粘土心墙土石坝,最大坝高3217m,坝顶高程525100m,坝顶长130m,顶宽510m,设计正常蓄水位520160m,电站装机容量2×800kW。

工程于1994年3月正式动工兴建,1995年10月建成投入试运行。

412　大坝施工质量存在的主要问题(1)碾压式土坝铺土厚度偏大,且厚薄不一,导致底干层土难以压实,存在“上实下松”,钴探取样,土的密度和渗透系数均不能满足设计要求。

(2)粘土心墙填土与反滤层接合部位碾压不实,为松散状态。

心墙坝坡未作削坡处理就在其上面铺设反滤层,且沙的规格质量不符合要求,沙和碎石层铺设厚度不足,难以起到反滤作用。

(3)大坝堆石体与山坡结合部位尚有部分弃土未清除,使堆石体置于弃土上,堆石体孔隙率大,级配不良。

因质量问题,大坝建成以后,水库汛期限制蓄水位,但由于暴雨洪水,水库多次溢洪。

因大坝坝坡均为堆石体覆盖,未设测压管进行观测,坝后三角堰观测资料断断续续,故在运行中无法分析判断大坝有无异常现象。

鉴于上述问题,经研究决定对大坝采用劈裂灌浆进行加固处理。

413　灌浆设计在河槽段,沿坝轴线布设一排孔,轴线上下游侧110m 各布设一排副孔。

主排孔在河槽段分二序施灌,终孔孔距510m,岸坡段分一序施灌,孔距310m。

河槽段孔深2010m,至505100m 高程,岸坡段孔深打穿坝体至强风化顶板。

副排孔河槽段终孔孔距1010m,岸坡段610m,造孔深度及规则与主排孔相同。

当主排孔施灌后,沉陷量大于30cm,就不作副排孔的灌浆。

灌浆压力现场测定。

浆液先稀后稠,控制在1215kN/m3～1315kN/m3,浆体厚度河槽段25cm,岸坡段10cm。

414　灌浆施工1998年8月至11月对大坝进行灌浆防渗加固施工。

灌浆期间,库水位在50210m～50810m高程,相应浸润线较低,有利于施灌时浆体的排水及固结。

41411　造孔造孔机械用50型钻机,采用100kg吊锤冲击钻杆挤压坝体成孔。

孔径57mm～60mm,钻杆末端带有锥头,锥头上部连接梅花管,靠钻杆接头起止浆作用,借以实现孔底注浆工艺。

41412　制浆浆液就地取材,用纯土配制,J100泥浆搅拌机械湿法造浆。

场地土料为粘质土砂和粉质粘质土砂,含砂量高,洗折率低。

经简易测定,稳定性值在018kN/m3～112kN/m3,胶体率为72%～85%。

一序施灌浆液比重12kN/m3～13kN/m3,二序12kN/m3～1311kN/m3。

同一级浆液比波动值控制在<2%,以求较精确测出孔口压力值。

042001年第4期 水利科技41413　压力压力控制利用水力劈裂原理,各孔在施灌前进行测定:即用12kPa开始进浆,当压力达到峰值后突降,此峰值为孔口施灌最大压力。

河槽一序段为100kPa～150kPa,二序为200kPa～230kPa,岸坡段为120kPa～300kPa。

41414　观测在灌浆期间,成立专门观测小组对坝顶沉陷、坝顶裂缝和坝坡漏浆、坝后三角堰排水及库水位变化、孔口压力过程线和孔内小主应力进行认真的观测,并收集整理观测成果。

另外,用水平仪及经纬仪对大坝进行施测,一天两次,以保证施灌安全。

41415　施灌施灌机械用HB50/15单缸灌浆机,流量3t/h。

采用孔底注浆、全孔灌注法施灌施灌从河槽段开始,从左至右。

钻杆深度控制在2010m、1815m、1510m、1110m、510m。

每分钟进浆50L。

一序单孔预定浆量60m3、二序40m3,分5次～7次轮复灌。

岸坡段与副排孔不给定浆量。

施灌过程中,控制在已测定启开峰值压力内,按设计浆量分期分量施灌,最后使其坝顶产生裂缝。

将裂缝挖开回填土夯实,待后再施灌。

以此重复施灌使其坝顶裂开2次～3次。

相邻孔均出现串浆时采用两孔同时施灌。

岸坡段施灌时,在坝的内外坡出现4处漏浆,采用水泥稠浆静压灌注处理,再用泥浆动压与静注交换,直达到灌浆前的压力或坝顶出现裂缝为止。

施灌结果总进尺104017m,总灌入干土量499183kg,折合泥浆体积57510m3,平均浆体厚度按理论计算,河槽段为3019cm,岸坡段为14cm,达到设计要求。

41416　封孔封孔结合注浆,保持孔口液面,连续注入直至浆面不下降为止。

待干固后用土把孔口夯实。

注浆用比重13kN/m3的粘土浆液,在每100L浆液中加入45kg～50kg粉细砂,使其干土重度达1419kN/m3～1512kN/m3。

415　灌浆效果(1)通过灌浆有效地改善坝体变形稳定,主要体现在:①坝轴线及其两侧的坝体变硬;②坝体小主应力增加;③二序启开峰值压力大于一序,且整个灌浆过程二序压力明显大于一序,压力过程线较平稳;④在施灌过程中坝体沿纵向出现不同量的沉陷;这是灌浆坝体排水产生湿陷的效果,由此可见坝体密度加大。

(2)从相邻孔串通及孔内停灌时的返浆现象分析,浆体在坝顶310m下是沿轴线分布的。

在坝体内沿纵向形成连续防渗墙,起有效的防渗作用,改善了坝体的渗透稳定。

(3)岸坡段孔深进入坝基,灌浆加固接触面的强度,同时堵住了4个漏浆处,消除了坝体隐患。

(4)灌浆期间施测未出现水平位移,说明工艺是较合理的。

(5)坝后三角堰排水情况在三个多月较系统资料中获得:雨天排量大,晴天排量小。

排水与库水位直接相关,反映灵敏,无超前或滞后现象。