高压喷射灌浆在水库防渗处理中的应用
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浅析高压喷射灌浆在水库防渗处理中的应用摘要:高压喷射灌浆是一种有效的防渗加固工艺,近年来,在水库防渗处理中得到了广泛应用。本文结合水库防渗处理实例,介绍了高压喷射灌浆施工的技术要点及质量控制措施,并对高压喷射灌浆防渗效果进行了分析,得出了几点有益的结论,对类似水库的防渗处理具有一定的参考价值。
关键词:高压喷射灌浆;水库除险加固;防渗施工;效果分析中图分类号:u445.55+2文献标识码: a 文章编号:
水库在防御洪水灾害和保障国民经济建设发挥了重要作用。但是由于使用的时间及水库的老化及本身施工质量不理想等原因,形成了不少的病险水库。病险水库渗漏逐渐增多,对大坝造成了的严重损害。因此,为了避免漏水的加剧和危及水库大坝安全、延长大坝的使用寿命,必须对水库进行防渗处理。高压喷射灌浆具有施工工程量小,工程投资少,成墙工效较高。在渗透和结构方面有着独特的稳定性。高压喷射灌浆形成的防渗体弹性模量较低,有较强的变形适应性,在适应地基的变形方面举有明显的优越性。近年来,高压喷射灌浆在防渗处理中的应用也逐渐增多。
1水库工程实例
某水库大坝高25m,坝顶高程79.4m,水库总库容1130万m3,兴利库容975万m3。溢洪道为开敞式,位于大坝左岸;底涵位于大坝左岸坡山脚,高涵位于大坝右岸山体中。该水库工程等别为3等,
其主要建筑物为3级,次要建筑物为4级。水库按50年一遇洪水进行设计,300年一遇洪水进行校核。
2大坝工程地质条件及病险现象
2.1坝址工程地质条件
坝址河流两岸山体地形坡度20°~30°,坝址区为白垩系江底河组粉砂质泥岩、砂质泥岩及第四系冲积层。坝址第四系冲积层厚20~31m,其中黏土砂卵砾石层分布于河床部位,以2mm以上粗砾为主,孔隙大,结构疏松;淤泥质黏土厚6.4~11m,多呈软塑状态,局部夹粉砂土和粉砂层透镜体。
2.2病险现象和原因分析
当库内蓄水位达77.9m时,下游坝坡发现潮湿现象,左岸下游坝脚同时出现渗流;库水位在1903.4~1903.9m时,下游坝坡的渗水潮湿面积达3781m2,总渗漏量每昼夜达561m3。水库距震中较近,检查后共发现25条裂缝,坝脚渗漏量增大,距土坝坝脚40~50m
的农田发生裂缝,并伴有黑泥浆上涌,部分裂缝涌水并有沙沸现象。
大坝产生渗漏是因为坝体碾压质量差,大坝土体透水性较大;坝基冲积层没有被切断,黏土砂卵砾石层上、下游贯通,大坝填筑前未进行坝基清基或防渗处理,坝基砂卵砾石层透水性强。
3大坝防渗处理
3.1大坝防渗方案
坝体碾压质量差,透水性强,坝基存在砂、卵(砾)石强透水层,
坝体和坝基渗漏严重。为防止大坝的渗透破坏,减少坝体和坝基渗漏量,对坝体和坝基进行垂直防渗处理。
根据该水库坝基淤泥质黏土和砂卵砾石层的物理力学性质,结合高压喷射的特殊性及防渗深度(大坝高压喷射防渗处理最大深度59.2m),设计采用单排旋喷套接结合两岸摆喷的方式形成防渗墙,防渗墙轴线与坝轴线平行,并向上游偏移1.0m,墙体结构见图1。整个高压旋(摆)喷灌浆的防渗墙长度为318.4m,灌浆孔为单排孔,其中高压摆喷灌浆孔64个,累计孔深926.7m;高压旋喷灌浆孔303个,累计孔深13713.6m。
大坝左、右两岸25m深度范围采用高压摆喷,孔距为1.2m,摆角60°。中间坝段采用高压旋喷,高压旋喷孔沿坝轴线布置,孔距为0.8m,旋喷孔深达基岩表面,单排布孔。施工中认真按施工技术要求执行,根据大坝工程地质条件、现场试验结果及已有工程实践经验,确定高压喷射各项施工技术参数如下:高压水压力30~
35mpa,流量75l/min;浆液压力1mpa,流量50l/min;气压0.3~0.7mpa;提升速度6~10cm/min,旋转速度8r/min;钻孔孔斜率小于0.5%,孔位偏差小于2cm。
图1防渗墙平面结构形式
3.2高压旋喷灌浆防渗施工
(1)高压旋喷灌浆机械系统
高压旋喷灌浆机械系统是按高压旋喷灌浆施工工艺要求,由多
种设备组装而成,主要有造孔钻机、搅浆机、灌浆泵、水泥上料机、压缩空气机、高压水泵、提升卷扬及旋摆设备、喷射装置、浆液回收设施及监控设备等。
(2)高压旋喷灌浆施工步骤
高压旋喷灌浆采用“三管法”分序进行旋喷施工,施工工艺流程见图2。
图2高压旋喷灌浆施工流程施工方法及步骤:
a.制浆。使用合格的425号普通硅酸盐水泥,浆液密度1.6~
1.7g/cm3。水泥浆的搅拌时间,使用高速搅拌机应不少于30s,使用普通搅拌机应不少于90s。浆液在过筛后使用,并定时检测其密度。
b.钻孔。确定施工的孔号及桩位,按设计要求钻孔至基岩面后进行深度确认,达到设计孔深后测斜。
c.试喷。先进行地面试喷,然后将喷射管放入灌浆孔,当喷头下放至设计深度时,送入符合要求的水、气、浆,待浆液冒出孔口后,按设计要求摆动提升,自下而上直到设计高度,喷射过程中要详细记录,严格按技术要求控制施工质量。
d.高压旋喷灌浆。施工中采用三重管喷射形式,喷射灌浆的顺序为旋喷机就位→将喷管下至预定孔深→送浆至孔口返浆→启动
高压泵、空压机→开始旋喷并提升→结束旋喷→回填封孔。
e.封孔。现场调配好封孔浆液后机械封孔。
4高压喷射灌浆防渗效果
4.1高压喷射灌浆施工质量检查
该水库高压喷射灌浆施工完成后,进行开挖检查、检查孔检测、室内检测等工作。
(1)开挖检查
a.高压摆喷孔灌浆坝段:摆喷孔桩之间搭接良好,摆角形成的喷射扇形区域明显,对接处水泥土胶结牢固;水泥墙体在两孔对接处较厚,达到1.2m,而在摆喷孔处厚0.5m,达到设计要求。
b.高压旋喷灌浆坝段:旋喷孔桩之间搭接良好,孔桩与孔桩之间已形成套接,套接处水泥土胶结密实牢固,整体水泥墙体在同一深度上厚度均匀,就开挖的5m深度的墙体厚度来看,厚0.9~1.4m,达到设计要求。
(2)检查孔检测
检查孔共38个,布置在旋喷桩中心处、旋喷桩上下游及旋喷桩之间,通过取芯和注水试验,检查比较旋喷桩的搭接情况和喷射效果。
通过检查孔进行199段的注水试验,渗透系数统计如下:小于0.05×10-6cm/s的有29段,占总段数的14%;在(0.05~0.5)×10-6cm/s之间的有74段,占总段数的38%;在(0.5~1.0)×10-6cm/s之间的有96段,占总段数的48%;平均渗透系数为0.68×10-6cm/s;所有检查孔的注水渗透系数均在设计规定的防渗标准值