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灌漿施工技術(shù)在小型水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

2017-05-30 22:26:02韓珊珊
企業(yè)科技與發(fā)展 2017年2期
關(guān)鍵詞:灌漿技術(shù)小型水庫除險(xiǎn)加固

韓珊珊

【摘 要】文章介紹了灌漿施工技術(shù)在小型水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用,著重介紹了充填灌漿、劈裂灌漿、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等幾種灌漿技術(shù),提出采用灌漿技術(shù)的適用條件并分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),通過對(duì)灌漿效果進(jìn)行對(duì)比提出一些建議,供大家參考。

【關(guān)鍵詞】小型水庫;除險(xiǎn)加固;灌漿技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TV697.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688(2017)02-0061-03

1 灌漿的必要性

我國大部分的水庫修建于20世紀(jì)50~60年代,受到歷史條件、施工技術(shù)、水庫設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理等因素的制約,工程存在老化、人為破壞、自然侵蝕等現(xiàn)象,為了水庫能繼續(xù)安全運(yùn)行,需要對(duì)水庫存的問題及隱患進(jìn)行排查、修補(bǔ)、加固。盡管新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)和發(fā)展,但在基礎(chǔ)處理及大壩防滲、補(bǔ)強(qiáng)等工程中,水泥灌漿仍然在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上保持著最為重要的地位。

2 常見的幾種灌漿技術(shù)

2.1 充填灌漿

充填灌漿:對(duì)存在空隙的地層(主要為土體)進(jìn)行低壓灌注。以滲透理論、充填理論為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)采用漿液自重或低壓(如<0.5 kgf/cm2,供漿壓力)進(jìn)行灌注,以不產(chǎn)生新的裂縫為原則。

某水庫主壩上游壩坡雖然不存在滑坡的危險(xiǎn),但主壩填土壓實(shí)度為0.90,不能滿足規(guī)范要求;壩外坡坡腳反濾體已受破壞,排水失效,壩體有滲漏現(xiàn)象。上游壩面干砌塊石護(hù)坡修建于1980年,經(jīng)過多年的運(yùn)行,護(hù)坡?lián)p壞已相當(dāng)嚴(yán)重,原水泥砂漿勾縫大部分已經(jīng)開裂脫落,正在逐漸失去其保護(hù)壩體抵御風(fēng)浪的功能。為消除工程隱患,本次除險(xiǎn)加固擬進(jìn)行防滲處理,同時(shí)對(duì)壩面護(hù)坡進(jìn)行全面改建,以保護(hù)大壩的安全。壩體防滲設(shè)計(jì):根據(jù)本壩的實(shí)際情況,加固設(shè)計(jì)方案考慮2個(gè)方案。方案一為在壩體進(jìn)行充填灌漿防滲;方案二為在壩前設(shè)置砼截水槽,壩內(nèi)坡正常蓄水位以下鋪設(shè)土工膜與壩前截水槽相接防滲。經(jīng)過方案對(duì)比,決定采用方案一。充填灌漿防滲包括壩基礎(chǔ)防滲和壩體防滲,通過機(jī)械灌漿,在壩基、壩體內(nèi)形成一道密實(shí)的防滲帷幕,從而提高壩的防滲能力,達(dá)到防滲的目的,以保證壩的安全。灌漿材料采用為水泥黏土漿液,水泥摻量為20%。該水庫主壩最大壩高為17.60 m,根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料分析,灌漿深度至少到巖層以下3 m。一般帷幕延伸至水庫正常水位與相對(duì)不透水巖層范圍線兩岸相交處,由于左岸均為較厚的山體,隔水性能好,故帷幕灌漿范圍為向兩側(cè)壩肩各延長5 m,灌漿長度為566 m。灌漿孔中心線距壩頂上游側(cè)2.0 m,灌漿孔分2排布置,排距為1.5 m,孔距為2 m,共設(shè)置了376個(gè)灌漿孔。實(shí)踐證明,經(jīng)過充填灌漿處理后的大壩的防滲效果良好。

2.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿:采用大于臨界水力壓力的壓力值對(duì)土層先劈裂后再進(jìn)行灌漿。即在充填灌漿的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大壓力,有計(jì)劃、有控制性地劈裂壩體,然后對(duì)裂縫及與漿脈相通的洞穴和裂隙進(jìn)行灌漿。

某水庫1987年10月對(duì)壩坡裂縫進(jìn)行開挖及回填夯實(shí)處理,并對(duì)大壩進(jìn)行加厚加固。經(jīng)過多年運(yùn)行且缺少維修資金,水庫設(shè)施已經(jīng)老化。因此,必須對(duì)壩體進(jìn)行黏土水泥劈裂灌漿,沿壩軸線方向按梅花狀布置,采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中,從而形成一條較好的防滲帶,以達(dá)到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排,排距為1.00 m,孔距為2.00 m,孔徑為100 mm,根據(jù)各孔所在位置,孔深超過壩基底1.00 m深為準(zhǔn),灌漿孔為110個(gè)。經(jīng)過對(duì)水庫工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理后,使水庫工程由現(xiàn)在的三類工程進(jìn)入二類工程,保證了水庫工程的安全運(yùn)行,確保時(shí)六灌區(qū)約80萬m2(1 200畝)農(nóng)田灌溉用水需要,恢復(fù)灌溉農(nóng)田面積約14.67萬m2(220畝)。大大提高了時(shí)六灌區(qū)系統(tǒng)的灌溉供水能力,保護(hù)了水庫下游防洪人口,耕地面積約53.33萬m2(800畝),真正發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。

土壩中采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲,主要是考慮了大壩特定的應(yīng)力分布條件,并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好,容易對(duì)大壩造成破壞。堤壩劈裂灌漿是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的作業(yè),要想保證灌漿的質(zhì)量,不但需要一個(gè)好的灌漿設(shè)計(jì)隊(duì)伍,還必須有一支具有豐富灌漿經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)專業(yè)施工隊(duì)伍,它必須具有對(duì)灌漿施工過程進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)的手段及能力,出現(xiàn)問題時(shí)能及時(shí)地采用正確的處理措施,將隱患消滅在萌芽之中。如果做不好,劈裂灌漿就會(huì)變成破壞灌漿。

2.3 帷幕灌漿

帷幕灌漿:為了提高地基的防滲能力,對(duì)巖層中存在的裂隙等,用水泥漿液進(jìn)行壓力封堵。某水庫水庫壩址以上集雨面積為1.23 km2,主河流長度為1.60 km,比降為3.09%,多年平均降雨量為1 811 mm,多年平均徑流量為154萬m3。庫區(qū)為山區(qū)地形,山嶺起伏,森林茂密,植被良好。主壩為水力沖填壩,干密度低,下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全不滿足規(guī)范要求,大壩內(nèi)坡護(hù)坡質(zhì)量差。壩外坡在78 m水位運(yùn)行時(shí),局部存在滲漏現(xiàn)象;輸水涵管也有漏水現(xiàn)象;大壩滲流安全性評(píng)為C級(jí)防滲處理。地質(zhì)鉆探資料表明,壩基主要為全風(fēng)花崗巖至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,全風(fēng)化層厚度為5~15 m。全風(fēng)化花崗巖,土狀,滲透系數(shù)為K=9.0×10-5 cm/s,屬弱透水性,但局部有小構(gòu)造破碎帶存在,巖石破碎,透水性較強(qiáng)。本次加固設(shè)計(jì)擬對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理,壩體進(jìn)行充填灌漿處理。灌漿孔沿壩軸線布置,采用單排布孔,孔距為1.5 m,孔徑為75 mm。灌漿分2段灌漿,壩基以下3 m為帷幕灌漿,灌注材料為純水泥漿;巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿,灌注材料為含20%水泥的黏土漿。灌漿效果要求達(dá)到滲透系數(shù)小于1.0×10-6 cm/s,灌漿壓力通過現(xiàn)場(chǎng)灌注試驗(yàn)確定。施工結(jié)束后,采用鉆孔方式檢查灌漿效果,灌漿效果較好。

2.4 固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿:該種灌漿方式是為了提高地基或圍巖的完整性,增強(qiáng)地基或圍巖的整體性能,如提高地基承載力、提高圍巖防滲能力、提高邊坡穩(wěn)定性等,而對(duì)破碎巖層進(jìn)行的有壓力的灌漿。

1993年5月,某水庫工程內(nèi)坡出現(xiàn)漏水,同年7月雖然壩體進(jìn)行水泥固結(jié)灌漿處理,但是水庫工程到現(xiàn)在還沒有徹底除險(xiǎn),還存在不少問題,嚴(yán)重威脅水庫的安全運(yùn)行。大壩內(nèi)坡舊涵管頂高程459.00 m處有一圓形陷坑,崩坑直徑為2.0 m,深0.8 m,其四周12 m的范圍內(nèi)出現(xiàn)多次崩塌縫,漏水嚴(yán)重。大壩壩體在高水位時(shí),下游壩坡高程455.05 m處以上壩面有水滲漏,嚴(yán)重威脅大壩的安全運(yùn)行。根據(jù)水庫工程的現(xiàn)狀,對(duì)壩體進(jìn)行灌漿,對(duì)壩身內(nèi)坡陷坑處及內(nèi)坡壩面邊坡?lián)p壞段和排洪道等設(shè)施進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。對(duì)壩體進(jìn)行水泥漿固結(jié)灌漿,沿壩軸線方面按梅花狀布置。采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中,從而形成一條較好的防滲帶,以達(dá)到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排,排距為1.0 m,孔距為3.0 m,孔徑為100 mm,根據(jù)各孔所在位置,孔深超過壩基底1.0 m深為準(zhǔn),灌漿孔為101個(gè)。施工結(jié)束后,采用圍井布置方式檢查,灌漿效果良好。

3 適用的條件及優(yōu)缺點(diǎn)分析

靜壓灌漿指的是進(jìn)漿管不動(dòng),采用一定壓力的漿液灌注。固結(jié)灌漿、常規(guī)帷幕灌漿及充填灌漿均屬于靜壓灌漿。廣義地說,只要有壓力,進(jìn)漿管不動(dòng)則稱之為靜壓灌漿;狹義地講,主要是指基巖灌漿。靜壓灌漿適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、砂土、礫石、卵(碎石)石等松散地層。礫石等地質(zhì)條件也可以進(jìn)行靜壓灌漿,如遇上漂卵石地層,則要分析漂卵石塊徑大小。漂卵石塊徑太大了靜壓灌漿噴不開,攪不動(dòng),或攪動(dòng)效果不好,造成膠結(jié)不好,達(dá)不到防滲要求。因此,相關(guān)規(guī)范要求在這些漂卵石地層里面采用靜壓灌漿進(jìn)行防滲處理時(shí)要先進(jìn)行試驗(yàn)。目前,對(duì)大塊徑的漂卵石,特別是含泥的漂卵石,灌漿工藝還是存在很多問題,如高噴灌漿噴不開、靜壓灌漿也難灌好。充填灌漿方案的優(yōu)、缺點(diǎn)分析:既不需降低水位,也不需圍堰就可以施工,但施工期較長??梢栽趬误w內(nèi)形成鉛直而連續(xù)的防滲墻,堵住漏水通道,提高壩體的防滲能力,同時(shí)通過漿、土互壓和濕陷,使壩體、壩基內(nèi)部應(yīng)力重新分布,提高壩體、壩基的穩(wěn)定性。能充分利用上游現(xiàn)有的干砌石。灌漿防滲的施工技術(shù)要求比較高,而且整個(gè)施工過程都必須對(duì)大壩的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè);從施工質(zhì)量來說,灌漿防滲的施工都是在壩體內(nèi)進(jìn)行,質(zhì)量比較難把握,灌漿防滲的壽命短。

灌漿壓力需要控制好,使用的壓力也不可大于土體抗裂強(qiáng)度。充填灌漿是對(duì)土層進(jìn)行防滲處理最早使用的方法,但大量的實(shí)踐證明,它的成墻性或封閉性很差,防滲效果不好,特別不適合對(duì)大面積的土層進(jìn)行防滲;僅適用于處理性質(zhì)和范圍都已確定的局部隱患。

4 建議

(1)為了查出巖石的透水率,壓水試驗(yàn)是用高壓方式把水壓入鉆孔,根據(jù)巖體吸水量計(jì)算巖體裂隙發(fā)育情況和透水性的一種原位試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)是用專門的止水設(shè)備把一定長度的鉆孔試驗(yàn)段隔離出來,然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水,水通過孔壁周圍的裂隙向巖體內(nèi)滲透,最終滲透的水量會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)定值。

(2)灌漿壓力的控制:灌漿盡可能地采用比較高的壓力,但應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。灌漿壓力的大小與孔深、巖層性質(zhì)和灌漿段上有無重壓等因素有關(guān),應(yīng)通過試驗(yàn)來確定,并在灌漿施工中進(jìn)一步檢驗(yàn)和調(diào)整。

(3)土壩中采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲,主要是考慮了大壩特定的應(yīng)力分布條件,并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好,容易對(duì)大壩造成破壞。這些防滲加固措施根據(jù)具體工程又可細(xì)分為不同的施工方法,豐富的防滲措施為處理復(fù)雜的大壩滲漏問題提供了基礎(chǔ),也增加了技術(shù)選擇的難度。因此,只有將技術(shù)應(yīng)用在最適合的范圍內(nèi),才能達(dá)到最佳效果。劈裂灌漿技術(shù)經(jīng)濟(jì)、機(jī)理明確、工藝合理,在很多工程中得到了應(yīng)用。但是,該技術(shù)在實(shí)踐中還存在一些問題,比如工程長、施工技術(shù)理論不完善等,因此還需要對(duì)其施工工藝流程進(jìn)行探析。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張武功,于驍中,周家聰,等.陳村大壩105 m高程裂縫的斷裂力學(xué)研究[J].大壩與安全,1994(4).

[2]石青春,馮樹榮.龍灘高碾壓混凝土重力壩的溫控防裂研究[R].長沙:中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2003.

[3]馬訓(xùn)義,黃麟芬.樂灘水電站混凝土工程的溫控設(shè)計(jì)[R].

南寧:廣西電力工業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2006.

[4]張發(fā)華.我國水電站大壩安全現(xiàn)狀[J].大壩與安全,1987

(1).

[責(zé)任編輯:陳澤琦]

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