劈裂灌浆防渗可以更好的解决堤坝渗漏问题,在施工中得到广泛应用,本文主要研究劈裂灌浆技术在堤防防渗中的应用。
《水电与抽水蓄能》杂志(双月刊)于1977年创刊,本刊以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,全面贯彻党的教育方针和“双百方针”,理论联系实际,开展教育科学研究和学科基础理论研究,交流科技成果,促进学院教学、科研工作的发展,为教育改革和社会主义现代化建设做出贡献。
一、灌浆设计
水利上的堤坝是人工或机械堆筑成的长条形土料建筑物,为梯形断面,由于受多种自然因素的影响,常出现一些不稳定现象。如果向不稳定的堤段造孔并向堤体孔内压注浆液,加上浆液自重因素,使堤体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕,则可达到消险固堤的作用。
1、灌浆形式选择
由于坝体施工质量差,坝体密实度、土质均匀性较差,坝坡、坝基均渗水严重,因此本次坝体垂直防渗工程采用劈裂灌浆技术。
劈裂灌浆技术在堤坝、软土地基、隧道、路基的加固中都有着广泛的应用,劈裂灌浆利用最小主应力面和堤轴线方向一致的规律,根据土体水力劈裂的原理,顺堤向布孔,在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体,有控制地劈裂堤身,将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实,同时浆压将筑堤土压密,最终在堤内顺堤向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体,从而达到防渗加固的目的。
2、灌浆孔布置与孔序
本次除险加固工程主要解决坝体渗漏问题,针对工程实际情况,采用在大坝坝顶沿坝轴线上游侧1.0m处进行单排布孔。为保证浆液对坝体隐患部位和坝身与坝基的接触面得到充分浸透、充填和挤压密实,孔深应深入坝基壤土层。
采用分序分次灌浆,分序的目的主要是使浆液在坝体中有充分的析水时间,据工程实际情况,采用两序孔灌浆。第一序孔孔距6m,第二序孔孔距3m。本次灌浆设计单孔灌浆次数不少于5次,复灌间隔时间不少于5天。
3、灌浆材料
灌浆材料采用粘土水泥浆液,水泥、粘土占混合浆液干料的15%、85%。灌浆土料物理力学指标主要为:粘粒含量20%~30%,粉粒含量30%~50%,砂粒含量10%~30%,有机质含量<2%,可容盐含量<8%,塑性指数8%~15%,泥浆比重1.3~1.6t/m3;为加速凝固,掺入15%左右水泥,水泥采用标号为P.O32.5级,并要求具有抗侵蚀性能;水泥的细度要求是通过4900孔/cm2标准筛(筛孔尺寸为0.088mm)的筛余量小5%~2%。
二、灌浆施工工艺
灌浆施工工艺是土坝安全和保证灌浆质量的关键。一般采用“坝体分段、区别对待、单排布孔、分序钻灌、孔底注浆、全孔灌注、综合控制、少灌多复”的原则,灌浆施工过程主要包括:施工准备→场地布置→造孔→护壁管安放→制浆→灌浆→终灌、封孔。
1、施工准备及灌浆设备选择
由于灌浆需要24小时不间断施工,施工前必须做好施工准备。
首先,灌浆设备要可靠、性能良好。经过多厂家比选,最后确定选用山东泰安产WJ100型卧式灌浆机,该机集搅拌、过滤、储浆、输浆功能为一体,可以连续搅浆和输浆,移动方便灵活。输浆用80/10型泥浆泵,功率4kW,最大工作压力1.0MPa,输浆量0.08m3/min,水平输送距离60~80m,动力配备为12kW柴油发电机2台,一台备用。
第二,选择符合要求的土料场,由于灌浆孔吃浆量的不确定性,所选择的料场土料必须充足。
2、造孔与护壁管安放
造孔前,在坝顶沿灌浆轴线开挖深约1.0m,宽约0.5m的沟槽,并回填粘土夯实,构成阻浆盖,防止孔口过早出现裂缝或冒浆现象。按设计要求布孔,然后采用干法造孔,孔径为100mm,孔深超过坝基1.5m,孔距3m,造孔应保证铅直,偏斜不得大于孔深的2%。
3、制浆
采用制浆搅拌机湿法制浆,随时测定泥浆密度,控制达到设计要求,泥浆比重控制在1.3~1.5t/m3,为加速凝固掺入15%左右P.O32.5级水泥,使浆液各项指标均达到设计要求。灌浆过程中浆液容重和输浆量每小时测定1次并记录,浆液的稳定性和自由析水率5天测1次,如浆料发生变化,随时加测。
4、灌浆技术要求
灌浆采用孔底注浆全孔灌注的方法,施灌的原则是“稀浆开路、浓浆灌注、分序施灌、先疏后密、少灌多复、控制浆量”。灌浆开始选用稀浆,经过3~5分钟后加大泥浆稠度;每孔每次平均灌浆量以深计,每米控制在0.5~1.0m3,每孔灌浆次数在5次以上。
1)压力控制
灌浆的控制压力,可等于或稍小于设计的压力值,初始可选择低些,随着复灌次数的逐步增加,使控制压力应接近或等于设计孔口压力值,本工程设计孔中压力控制在40~80Kpa,孔口压力为113.78Kpa。
2)灌浆量控制
控制每次灌浆量,可以提高灌浆效果,促使泥浆加快固结,如单孔灌浆量过大,会造成局部土体较大的湿陷变形,由于排水不及时,会带来坝体的不稳定。本工程按设计要求每孔注浆所用的干土料约为7.2T。
3)灌浆观测
为掌握灌浆质量,防止发生意外事故,劈裂灌浆时需同时进行坝体表面变形(水平位移和沉降)观测,可以随时了解土坝灌浆以及引起的回弹情况,监别大坝的安全,保证灌浆质量。对各观测项目要配合进行,随时掌握不正常现象的发生,发展,防止事故发生,确保工程安全。
为检测所做防渗工程实际效果,埋设测压管进行渗流观测。本次安排埋设测压管2组计8根,测压管成孔直径为110mm,测压管为2寸镀锌管,上部为不透水管,下为透水管(含沉淀管),透水孔直径10mm,透水率不低15%,呈梅花形分布。测压管应与注浆孔在一条直线上,每根测压管埋设后,进行灵敏度试验。
4)位移、沉浆量控制
为掌握在灌浆过程中及灌浆后坝体位移和沉陷的变化,确保在灌浆期坝体安全。沉降量的控制,根据实践经验要求,位移与沉降量之比应小于相应的1/2坝坡。[!--empirenews.page--]
5)坝顶劈裂宽度控制
在灌浆施工中,不允许坝顶产生很大的裂缝,要求达到“内劈外不劈”的原则。即在坝体内部沿坝轴线劈裂,而坝顶表面看不到劈裂缝。坝顶劈裂长度控制在一序孔间距以内,宽度控制在1~3cm以内,以每次停灌12小时后回弹闭合为宜。
每孔每次灌浆控制按如下要求:
达到一次控制灌浆量即停灌,另灌它孔;
虽然没有达到控制指标,但坝肩位移、坝顶裂缝长度和宽度均达到规定值时要停灌。
5、终灌、封孔
根据《土坝坝体灌浆技术规范》:①连续复灌三次不再吃浆。②坝顶连续三次冒浆,或连续三次超过控制压力、位移和裂缝宽度。③每孔灌浆次数和灌浆量达到或超过设计数量。④对具有水平砂层的坝体或砂坝的结束灌浆标准,还应有足够的帷幕厚度,以满足防渗要求。
封孔一般用泥球或稠浆封孔,在终灌后,将孔内清水抽出,然后倒入泥球或稠浆,最后表面用土夯实。
6、结束语
劈裂灌浆属隐蔽工程,具体施工有一定难度。劈裂灌浆的设计、施工,不能用一个模式或照抄照搬别人的,只有因堤制宜,根据堤高、堤土质、堤基的具体情况,采取相应的灌浆工艺及措施,才能取得劈裂灌浆的最佳效果。
本次工程我公司严格按照设计的要求和规范的规定进行施工,灌浆质量等到了保证,坝体防渗取得了良好的效果,使艾山水库能够常年蓄水,发挥应有的灌溉、防洪效益,同时该水库被评为江苏省水利风景区。