摘要:结合实际工程,笔者介绍了高压摆喷灌浆技术在水库大坝中的应用,阐述了特殊部位的处理措施,供相关专业人士参考。
关键词:除险加固;高压摆喷灌浆;钻孔
某水库总的库容为1572万m3,属于III等水利枢纽工程。水库大坝分为主坝和副坝,其中主坝长为696m,副坝长为351m。由于坝体为均质沙坝,渗漏现象比较严重,渗透坡降和渗透系数大,内部存在着渗透破坏隐患。库坝的严重渗漏,严重危及大坝安全,因此,必须对水库进行防渗处理。
1 加固设计思路
1.1 坝体防渗工程方案的确定
高压喷射灌浆构筑截渗砼幕墙,能较好地解决砂砾石地层的防渗问题,造价较为适中,是解决水库坝基防渗问题的较好方案。经专家组充分论证,设计采用高压摆喷灌浆幕墙方案。
1.2 高压摆喷防渗幕墙平面布设
以主坝防渗为主,沿上游坝坡高程1096m平行坝轴线开挖4.0m宽的施工平台布设防渗幕墙,孔距为1.35m;在穿越输水洞放水塔处,防渗墙纵轴线从高程1095m处绕过,并在转折点布设高压旋喷桩连接。
1.3 高压摆喷防渗幕墙纵剖面设计
水库除险加固后校核洪水位1097.5m,设计洪水位1096.58m,正常挡水位1094.25m。为解决大坝在正常工作条件下的渗透稳定问题,确定墙顶高程为1096m。根据地质资料,在主坝段,坝后滩面高程1076.50m,基岩面高程1023m～1049m,埋藏很深;黄土状砂壤土顶板高程为1058m～1069m,其渗透系数K20在10-4cm～10-6cm之间,标准值为K20=6.93×10-5/s,属弱一微透水层,可视为相对不透水层。从防止坝体、坝基渗漏的角度出发,幕墙应深入相对不透水层,但考虑到尤家峁水库整个库盘均有渗漏问题,且相对不透水层埋藏较深,范围很大,若对其进行防渗处理,耗资巨大。
鉴于坝下游滩面高程为1076.50m,以确保大坝运行安全和消除坝体内渗透破坏隐患为主要目的,本着确保大坝安全的前提下节约工程投资的原则,确定主坝段采用悬挂式摆喷防渗幕墙方案。设计防渗幕墙底高程为1068m。
1.4 摆喷幕墙特殊部位的处理
摆喷幕墙转折处的处理:为保证幕墙整体性,在幕墙转折处设一旋喷桩连接两侧的摆喷幕墙。旋喷桩布设在摆喷轴线交点处,桩径130cm。
放水洞两侧摆喷幕墙的加密处理:在1095m高程放水洞两侧处,沿防渗幕墙轴线各钻一孔,并在防渗墙临水侧距轴线1.0m处各加钻一孔,在对这四孔灌浆时要加大水压力和浆压力。以保证防渗幕墙在放水洞底下能够有效连接。
1.5 高压摆喷防渗幕墙设计参数的确定
水库坝体防渗幕墙成墙形式采用单排高压摆喷交叉型。
1.5.1 摆喷孔距的确定
孔距是影响防渗墙质量和造价的重要因素,因此选定合适的孔距非常重要。在砂层中,高压摆喷灌浆的孔距一般为1.2m~1.4m。根据拟形成的幕墙高度,参考类似E程的实际经验,设计选定孔距为135cm。
1.5.2 摆喷角度的确定
根据《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》(送审稿)(以下称舰范》),砂土地层摆角为15°~30°,摆喷轴线与防渗墙轴线夹角15°~25°。参照已成类似工程经验,设计选定摆角为30°,摆喷轴线与防渗墙轴线夹角20°。
1.5.3 摆喷幕墙其他参数及技术指标
设计最小成墙厚度20cm;设计要求钻孔孔斜率小于1%。高压摆喷防渗幕墙的技术指标:渗透系数K≤10-5cm/s,抗压强度R28≥5MPa,允许渗透坡降J>50。
1.5.4 摆喷幕墙施工主要技术参数
水压35MPa~40MPa,水量70L/min~75L/min;气压0.6MPa~1.2MPa,气量1m/min~2m/min;浆压0.3MPa~1.0MPa,浆量70L/min~80L/min;提升速度10cm/min~15cm/min,摆动速度7次/min~8次/min。施工前应作围井注水试验,通过试验后可适当修正参数,满足工程实际要求。
2 高压摆喷主要施工要求与技术控制
2.1 钻孔施工要求与技术控制
采用不小于中Φ110mm回转钻机泥浆护壁钻进成孔;开孔时要求开孔位置与设计孔位偏差不大于50mm,钻孔施工顺序应按二序、逐渐加密原则进行,先施工I序孔(奇数S/L),再施工II序孔(偶数孔),然后施工加密孔;钻孔施工时采取孔口埋设2m左右孔口护壁管等预防孔斜措施,并进行孔斜测量,保证孔斜不超过1%;钻孔的有效深度应超过设计孔深0.3m;钻进中选取部分I序孔作为先导孔,采取芯样、划分层位,其深度超过设计孔深0.3m。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情况。钻进暂停或终孔待喷时,裸孔应加以保护。
2.2 制浆过程要求与技术控制
2.2.1 浆液材料
高压喷射灌浆应采用合格的425#普通硅酸盐水泥;高喷灌浆过程中,根据需要可以在水泥浆液中掺人掺和料和其他外加剂,但掺和料和外加剂的种类及掺人量应通过试验来确定。
2.2.2 制浆
制浆材料称量采用重量法,要求误差不大于5%,浆液水灰比控制在0.8:1,浆液密度不小于1.5g/cm3。
2.2.3 浆液质量控制
在高压喷射注浆过程中,应不断地检测进浆和回浆浆液的密度,发现浆液密度出现异常情况须立即查明原因,并按照灌浆过程特殊情况的处理办法进行处理。
2.3 灌浆施工要求与技术控制
根据高喷试验开挖和钻孔取芯、注水试验后对试验技术参数进行修正,确定最优技术参数,再进行高喷灌浆幕墙施工。
施工过程应严格执行相关规范,钻孔经验收合格后。方可进行高喷灌浆。灌浆前应做好充分的准备工作,三重管下人孔底的深度与实际钻孔深度的差值应不大于0.1m,如达不到设计深度,必须重新扫孔至设计深度,并按规定速度提升和摆动喷射装置。在高喷灌浆过程中,出现压力突降或突升、孔口回浆浓度或回浆量异常情况时,应查明原因及时处理;孔内出现严重漏浆时,应根据地层情况分别采取以下措施进行处理:降低喷射管提升速度或停止提升;降低压力、流量,进行原地灌浆;在浆液中掺加适当的速凝剂;加大浆液浓度灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等。若发生串浆,应填堵被串孔,待灌浆孔高喷灌浆结束后,应尽快进行被串孔扫孔、灌浆或继续钻进。处理事故或换管重新喷射时,将喷射装置下放至原位置以下0.3m重复喷射,确保搭接长度不小于0.3m。高压喷射注浆完毕后,应及时进行回灌,避免高喷灌浆后由于地层中的浆液的析水、收缩而使帷幕上部墙体产生空缺现象,影响墙体的质量。回灌浆液可采用喷射邻孔的回浆;或采用水灰比0.5:1的浓水泥浆进行回填。
3 结语
实践证明,该水库除险加固工程设计采用悬挂式高压摆喷灌浆技术对坝体进行除险防渗是正确的,取得了理想的效果,为类似除险加同工程方案选择提供了成功的经验。
参考文献
[1]徐美华.高压摆喷灌浆技术在围堰防渗中的应用.石家庄铁道学院学报,2005(1).
[2]《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》,DL/T 5200-2004.