富地營(yíng)子水庫(kù)大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿冬季施工論文
摘要:富地營(yíng)子水庫(kù)位于黑龍江省黑河市境內(nèi)的公別拉河上游河段。水庫(kù)大壩壩基座落于海西期花崗巖體上。壩基基礎(chǔ)節(jié)理發(fā)育,并分布有數(shù)條較大的斷破碎帶,巖石透水性強(qiáng)。基礎(chǔ)帷幕灌漿主帷幕采用單排、直線懸掛式布置,基礎(chǔ)孔距2.0 m。施工順序采用分序鉆灌逐漸加密的原則,灌漿采用孔口封閉,自上而下分段循環(huán)灌漿的方法施工。巖石完整性較差的地段,進(jìn)行特殊的處理。
關(guān)鍵詞:帷幕灌漿 施工 冬季 巖石 滲漏
1、概述
富地營(yíng)子水庫(kù)壩址距西溝水庫(kù)尾約9km是公別拉河上的西溝水庫(kù)上游的一個(gè)階梯水庫(kù)。工程所在區(qū)域地處高緯度,屬寒冬帶氣候,冬季漫長(zhǎng)寒冷,從 10月末至次年4月下旬為封凍期,封凍天數(shù)達(dá) 160天左右,最大凍深1.8m,最大凍土厚度可達(dá)2.57m,設(shè)計(jì)庫(kù)容為965×105m3,攔河壩為瀝青混凝土心墻堆石壩,屬三級(jí)建筑物。大壩長(zhǎng)度1305m, 最大壩高27.0m, 帷幕灌漿總工程量為6882.5m。
2、壩基工程地質(zhì)特性
左岸主要巖性為花崗巖;河床及右岸為輝石橄欖巖與輝石安山巖。較大斷層破碎帶有:分布于左岸溢洪道閘基附近的F1,F3斷層,其中,F(xiàn)1斷層破碎帶寬10m左右,主要由1~3cm的碎塊,糜棱巖夾灰綠色碎石組成。該斷層破碎帶風(fēng)化較深。F3斷層,寬11 m,分布于左岸壩頭。由鱗片壯碎屑夾碎塊和斷層泥組成。
河床右岸壩基斷層破碎帶分布較多,較大的斷層有F4、,F(xiàn)5,F(xiàn)2等。其中,F(xiàn)4斷層分布于右岸壩肩引水洞附近,破碎帶寬度達(dá) 10m左右,主要由長(zhǎng)狀構(gòu)造巖和碎裂巖組成。F5斷層寬2~3 m,由片狀碎裂巖夾碎屑組成。F2斷層破碎帶寬13~15m,為壩址區(qū)最大的斷層破碎帶。由灰白色斷層泥、麋棱巖和碎塊巖組成。
3、帷幕灌漿的設(shè)計(jì)
3.1帷幕灌漿形成、孔距和孔深
主帷幕采用單排、直線懸掛式布置,基本孔距為2.0m,在斷層破碎帶處則于主帷幕中心線的上游側(cè)增加一排加強(qiáng)帷幕,并在主帷幕中心線的下游側(cè)設(shè)一排固結(jié)灌漿孔,其基本孔距為2.0m。同時(shí)在斷層破碎帶部位宜先進(jìn)行加強(qiáng)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿,然后再進(jìn)行主帷幕灌漿。
主帷幕灌漿孔深,據(jù)上述壩基地質(zhì)條件,河床及右岸斷層破碎帶分布較多,巖石節(jié)理發(fā)育,完整性較差,尤其右岸壩肩和引水管附近地段巖石破碎嚴(yán)重。故河床和右岸壩頭部位主帷幕和加強(qiáng)帷幕灌漿孔深度,一般為基巖面下10m;右岸壩肩處巖石節(jié)理發(fā)育,風(fēng)化較深,其灌漿深度至基巖面下15m ;河床左岸壩基帷幕灌漿孔深度一般為基巖面以下6.0m左右。
3.2、鉆灌順序及灌漿方法
帷幕灌漿施工順序采用分序鉆灌逐漸加密的原則,主帷幕灌漿的施工采用分三序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距8.0m、Ⅱ序孔孔距為4.0m、Ⅲ序孔孔距為2.0m;至于加強(qiáng)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿孔施工則分二序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距為4.0m、Ⅱ序孔孔距為2.0m。
帷幕灌漿采用孔口封閉,自上而下分段循環(huán)灌漿的方法施工。在地質(zhì)條件較好的壩段,亦可采用自下而上分段灌漿方法。具體由施工監(jiān)理工程師與地質(zhì)工程師確定。
3.3、帷幕灌漿段長(zhǎng)度與灌漿壓力
灌漿的段長(zhǎng)與灌漿壓力,不同的序別和段次,灌漿段長(zhǎng)和灌漿壓力有所區(qū)別,各段次段長(zhǎng)的壓力見(jiàn)表1
表1 單位:MPa
灌漿類(lèi)型
灌漿段(自上而下)
1(接觸段)
2
3
帷幕灌漿
Ⅰ序孔
0.3
0.6
0.9
、蛐蚩
0.3
0.6
0.9
、笮蚩
0.3
0.6
0.9
固結(jié)灌漿
0.3
0.6
4、帷幕灌漿的施工
4.1、冬季帷幕灌漿保溫措施
河床段是冬季施工應(yīng)做好防寒保溫工作,在灌漿工作面搭設(shè)保溫大棚,棚內(nèi)生火保溫,提高灌區(qū)內(nèi)的溫度。
4.1.1棚內(nèi)保溫
1) 第一段:消除浮冰段段長(zhǎng)30米,用五彩布將倉(cāng)號(hào)分隔成2個(gè)15米,每15米段先架設(shè)5個(gè)保溫柴爐將清除段保溫,保溫棚內(nèi)溫度在0℃以上,將砼表面的浮冰、草袋、塑料布掀除干凈,為施工作好準(zhǔn)備。
2) 第二段:施工段段長(zhǎng)30米,采用10個(gè)柴爐取暖,保證棚內(nèi)溫度在5℃以上,灌漿設(shè)備周?chē)釉O(shè)4個(gè)保溫煤爐 。
3) 第三段:養(yǎng)護(hù)段對(duì)已完成灌漿工程的最后幾個(gè)孔口進(jìn)行養(yǎng)護(hù)保溫,灌漿口用塑料布及草袋分層覆蓋,外設(shè)保溫煤爐 ,養(yǎng)護(hù)2天。
4.1.2、機(jī)械保養(yǎng):
1)、鉆機(jī):除在棚內(nèi)保溫外,當(dāng)鉆機(jī)停鉆、檢修時(shí),另設(shè)兩個(gè)1000W碘鎢燈,對(duì)鉆機(jī)機(jī)油底殼、操作手柄分別直射加溫,保證機(jī)械正常使用。
2)、灌漿機(jī)械:將煤爐集中在灌漿機(jī)械周?chē),以保證其周?chē)鷾囟,灌漿結(jié)束后對(duì)灌漿泵拆除放水。
4.1.3、材料加熱
1)、水泥:提前將525#水泥運(yùn)入倉(cāng)號(hào)中,靠近灌漿設(shè)備及火爐附近。
2)、水:采用水箱內(nèi)設(shè)6個(gè)2000W電棒加熱,使其溫度一直控制在10~40℃之間,保證灌漿用水溫度。
4.2、鉆機(jī)
采用DK—300型油壓鉆機(jī),φ59~φ75mm 金鋼石鉆頭造孔,鉆孔必須保證鉛直,其孔位偏差、主帷幕孔不超過(guò)10厘米,加強(qiáng)帷幕孔及固結(jié)孔不超過(guò)15厘米。鉆孔的終孔應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,孔內(nèi)殘留巖石和沉淀物不應(yīng)超過(guò)20厘米。
帷幕孔鉆進(jìn)時(shí),對(duì)孔內(nèi)的各種情況,均應(yīng)該詳細(xì)記載,作為分析鉆孔情況的依據(jù)。若發(fā)現(xiàn)集中漏水,應(yīng)立即停止鉆,待查明滲水部位及原因并經(jīng)處理后再進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆孔結(jié)束待灌、灌漿結(jié)束待加深時(shí),孔口均應(yīng)采取妥善措施加以保護(hù)。
4.3 孔壁沖洗及簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。
對(duì)灌漿孔在灌漿前應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗和裂隙沖洗,以提高灌漿效果。成孔后采用導(dǎo)管通入壓力水流從孔底向孔外沖洗的方法沖洗孔壁,沖洗至回水清凈。并延續(xù)10min為止。沖洗壓力采用通段灌漿壓力的70%~80%。但不超過(guò)1MPa,沖孔后采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn)。
4.4灌漿
4.4.1灌漿材料
灌漿所采用的水泥為525#的普通硅酸鹽水泥,水泥細(xì)度要求通過(guò)80um方孔篩的篩余量不大于5%(重量計(jì))。水泥應(yīng)保持新鮮,受潮結(jié)塊者不得使用。水泥在使用前要經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能使用。必須注意不得在同一灌漿段中使用不同廠家或不同標(biāo)號(hào)的水泥。
4.4.2、制漿方法:
因帷幕灌漿采用分段分序的施工特點(diǎn),故采用分散制漿法,由各灌漿機(jī)組配備一套400L的制漿設(shè)備,灌漿時(shí)各機(jī)組自行制漿。水泥漿制備后盡快使用,四小時(shí)后的剩余漿,廢棄。
4.4.3、灌漿方法
采用孔口封閉自上而下循環(huán)灌漿方法進(jìn)行灌注,以6分焊管為射漿管,射漿管下至距孔底0.5m處,此法可以使各段重復(fù)灌漿,對(duì)提高灌漿質(zhì)量有利。
4.4.4、灌漿壓力的控制
灌漿開(kāi)始后,在保證有回漿的前提下,盡快升至設(shè)計(jì)灌漿壓力。其整個(gè)過(guò)程均在設(shè)計(jì)壓力下完成,灌漿過(guò)程均有專(zhuān)人看守壓力表,并有專(zhuān)人掌握制漿情況。
4.4.5、漿液濃度的選用與變換
按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62-94),本工程灌漿濃度為6個(gè)比級(jí),即水灰比為5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1。變換灌漿濃度的原則是,各段的初始灌漿濃度均為5:1。當(dāng)灌漿壓力保持不變而灌入量均勻減少時(shí),或灌入量不變而灌漿壓力均勻生高時(shí)不得改變漿液濃度,當(dāng)某一級(jí)漿液濃度、漿液灌入量累計(jì)達(dá)400L,但漿液壓力和漿入量均無(wú)改變或改變不顯著時(shí),則應(yīng)提高一級(jí)漿液濃度;當(dāng)出現(xiàn)灌漿中斷或提高一級(jí)濃度后灌漿量突減,則注意降低一級(jí)漿液濃度。
4.4.6、灌漿結(jié)束封孔
灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè),當(dāng)滿足其中一個(gè)即可結(jié)束灌漿。灌漿段灌入量小于或等于1L,且在設(shè)計(jì)壓力下繼續(xù)60分鐘;灌漿過(guò)程中,如回漿濃度,降低一級(jí)濃度灌注,回漿濃度應(yīng)變濃,即可結(jié)束灌漿。封孔采用純壓力式,即以壓力為1~1.2Mpa灌入水灰比為0.5:1的濃度封堵,屏漿后120分鐘結(jié)束;等沉淀后再投水泥球,搗實(shí)。
4.4.7、灌漿中事故處理
灌漿發(fā)生冒漿時(shí),視具體情況采用封堵或降低壓力的方法處理;機(jī)械故障致使灌漿中斷時(shí)間超過(guò)30 min,應(yīng)重新掃孔、沖孔后灌漿。對(duì)于灌漿由于事故原因孔深不夠者,可視具體情況在原孔位附近補(bǔ)打或用檢查孔方式加以解決。
5、施工中遇到的問(wèn)題:
5.1、地質(zhì)構(gòu)造的不良綜合對(duì)帷幕效果的影響:
壩區(qū)的構(gòu)造線主要為NE及NW向與壩線呈斜交,灌漿時(shí)漿液的擴(kuò)散主要沿構(gòu)造方向擴(kuò)散,而沿壩軸線方向影響較小,為此,在單排孔的
情況下,因達(dá)不到要求的擴(kuò)散半徑而造成帷幕效果不好。
因受地質(zhì)條件的影響,構(gòu)造發(fā)育巖石破碎鉆孔時(shí)常發(fā)生嚴(yán)重塌孔,而且數(shù)量較大,采用根管鉆進(jìn)、水泥加速凝劑封孔后重新開(kāi)孔。有較大斷層破碎帶,分段灌漿、灌漿塞卡不住,經(jīng)監(jiān)理工程師同意采用綜合灌漿。
5.2、吸水不吸漿
壩區(qū)巖石屬于基性的輝石橄欖巖,此種巖石比重大,強(qiáng)度高,性脆,受構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石破碎形成的構(gòu)造破碎帶寬度較大,一受擠壓巖石多呈糜棱巖化,灰祿色由高苓土巖石碎屑(1~3mm)及破碎巖塊組成,這種糜棱巖石灌漿中常吸水不吸漿,灌漿效果極差,灌漿時(shí)回漿濃度現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,另在完整巖石中灌漿后鉆孔仍有承壓水反出也說(shuō)明這一點(diǎn)。
5.3、裂隙承壓水對(duì)灌漿質(zhì)量的.影響
在灌漿中發(fā)現(xiàn)河床段,普通存在裂隙承壓水,經(jīng)幾次簡(jiǎn)易測(cè)試水頭2.0m左右(相當(dāng)于河水位流量100~200mL/g)。 由于裂隙承壓水的頂托,灌入的水泥漿易被推出,所以灌漿后的封孔就尤為重要。
5.4、地下水的溫度對(duì)灌漿質(zhì)量的影響
這次河床段的灌漿工作正是嚴(yán)冬的情況下施工的,氣溫在-10℃~-25℃之間,實(shí)測(cè)的地下水溫1~1.5℃,為此水泥漿液在地層中凝固的時(shí)間較長(zhǎng),由于裂隙壓力的流動(dòng),甚至可能會(huì)造成水泥漿的失敗。這可能是由于水溫及地下水流動(dòng)所造成的。
5.5、吸漿量特別大
灌漿時(shí)無(wú)壓力耗漿量特別大,施工時(shí)采用0.5:1的濃漿進(jìn)行間隙灌漿,同時(shí)注入1~3%的速凝劑進(jìn)行速凝,反復(fù)數(shù)次。
6、帷幕灌漿質(zhì)量與效果評(píng)價(jià)
檢查帷幕灌漿質(zhì)量與效果的標(biāo)準(zhǔn),根《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL62-94)和《富地營(yíng)子水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩與溢洪道基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)要求》規(guī)定,經(jīng)帷幕灌漿后,壩基帷幕檢查孔巖石在壓力為0.4Mpa作用下,當(dāng)壓力試驗(yàn)透水率≤10Lu,即視為合格;另外可以從序次單位耗灰量隨序次增加而遞減的規(guī)律來(lái)衡量。
6.1、灌漿前后壩基巖石透水率比較
帷幕灌漿前據(jù)Ⅰ序孔的200多段壓水試驗(yàn)成果表明瀝青混凝土心墻堆石體基礎(chǔ)強(qiáng)風(fēng)化巖石的透水率普遍偏大,>10Lu以上者達(dá)90多段,其中主要沿強(qiáng)風(fēng)化巖頂部與心墻基礎(chǔ)混凝土蓋板結(jié)合部位分布,即沿接觸帶滲漏,其透水率多為15Lu~20Lu,最大達(dá)216.4Lu。其余壩基強(qiáng)風(fēng)巖石透水率為5.0Lu~15Lu,最大達(dá)31.9Lu。河床地段一般為6.0Lu~20Lu, 最大達(dá)39 Lu。右岸一般10 Lu ~25 Lu,最大達(dá)100 Lu。
經(jīng)帷幕灌漿后,據(jù)近70個(gè)檢查孔170余段壓水試驗(yàn)結(jié)果,≥10 Lu者,僅占10%左右,為保證工程質(zhì)量,進(jìn)行補(bǔ)充灌漿,補(bǔ)充灌漿后,壓水試驗(yàn)檢查全部合格。
6.2、各序次孔單位耗灰量及耗灰比
對(duì)各段單位耗灰量按序次統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,巖石比較完整地段,各序次孔單位耗灰比下降不顯著;巖石完整性較差的地段,各序次孔的單位耗灰量及耗灰比下降比較明顯。
7、結(jié)論
大壩基礎(chǔ)灌漿在冬季施工,因受水溫、氣溫、施工條件各方面的影響,施工質(zhì)量雖然得到了保證,但是、經(jīng)濟(jì)上費(fèi)用較大,為此應(yīng)盡量避免在冬季進(jìn)行施工。通過(guò)瀝青混凝土心墻堆石壩帷幕灌漿施工后,可以看出大壩基礎(chǔ)防滲已形成。
經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理單位評(píng)定合格率為100%、優(yōu)良率大于95%。本工程帷幕灌漿的施工質(zhì)量得到了黑龍江水利部組成的專(zhuān)家的充分肯定。
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