劈裂灌浆在大坝防渗加固中的应用
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劈裂灌浆在大坝防渗加固中的应用摘要:为彻底消除工程隐患,对坝体实施劈裂式水泥黏土灌浆,在坝体内部形成一道水泥黏土防渗帷幕,堵塞漏洞、裂缝,切断软弱层,提高坝体的防渗能力,同时通过浆、坝互压和湿陷,使坝体内部应力重新分布,以提高坝体变形稳定性。
关键词:施工大坝劈裂灌浆防渗水库加固
中图分类号:tu74 文献标识码:a 文章编号:
新沂市阿湖水库堤坝由于施工土质差,碾压不密实,大堤存在一定的安全隐患。在上世纪九十年代初,对部分堤坝进行了充填式灌浆,密实度有所改善。但当充填灌浆的泥浆析水固结后,堤内仍留有空隙,特别是单孔灌浆量大的堤段尤为明显。为彻底消除工程隐患,利用阿湖水库水位较低的时机实施劈裂式水泥黏土灌浆,对阿湖水库大坝进行加固。
灌浆方法的选用
堤坝坝体灌浆是加固土堤的一项重要技术措施,堤坝灌浆防渗有高压填充式灌浆法、劈裂式帷幕灌浆法、低压速凝式灌浆法三种。高压填充式灌浆法主要用于堤基基础灌浆,适合治理因基础不良而引起的管涌。低压速凝式灌浆方法一般用于高危水位下抢险堵塞管涌。劈裂式帷幕灌浆法对于加固堤身,防止堤身渗漏有较好效果,比较适合施工土质差,碾压不密实的堤坝防渗加固。其做法是根据堤坝曲直不同情况,用浅孔轻便钻机或更简单的钻具,分别采用梅
花形布孔和直线布孔方式,沿堤坝轴线偏迎水面0.5m处钻孔,一般孔距3m左右,孔深根据堤身情况分别以钻透堤身填土或穿过堤身钻入基础1-1.5m为宜。灌浆时由下而上,少灌多复;泥浆由稀到稠,循序渐进;压力由大到小,灵活掌握。这样,可较好地处理灌浆中出现的冒浆、串浆、滑坡、局部隆起、湿陷等问题,使灌入的泥浆沿堤的轴向形成一道帷幕,达到改善堤身质量、防止渗漏的目的。
灌浆施工
1、灌浆机械的选择
造孔机械采用锥探机,造孔孔径为62mm ,灌浆机械采用泥浆泵。灌浆主要机械设备有:液压式土钻机2台,bw200/40型双缸泥浆泵6台,d——07单桶打浆机1台,磨擦杆、输浆管若干。
、造孔
首先按设计要求布孔,然后按序进行造孔,造孔应保证铅直,偏斜不得大于20cm。造孔应采用干法,不得用清水循环钻孔。为不影响交通及施工方便,灌浆孔为距上游肩3.5m,单排布置。造孔分两个工序进行,先打一序孔,孔距6m,一序孔灌浆结束后,再在一序孔中间插入二序孔,孔距6m,最终孔距为3m。灌浆造孔机械采用液压式土钻机。
3 、制浆
采用泥浆搅拌机制浆。用d——07单桶打浆机制备黏土水泥浆,
浆液要经过2mm网筛过滤。制浆的土料塑性指数ip>12。
4 、浆液配比
为加速泥浆硬化,浆液采用水泥黏土浆,水泥含量约为15%。灌浆开始采用稀浆,比重为1.2左右,当坝体被劈裂后,采用稠浆,浆液比重为1.5左右。水泥与黏土按重量比例配制好并拌合均匀后,再投放制浆筒内加水制浆,不允许将水泥直接倒入制浆筒,以防水泥与黏土混合不匀造成堵管、堵孔现象,影响灌浆质量。
5 、孔口压力计算
劈裂灌浆孔口压力计算如下:δρ=(α-1)kγ1h1+σe+σ
t-10-3γh式中:δρ为锥探钻孔起劈压力 kg/cm2;α为锥探孔应力集中系数,取α为2.25;k为侧压力系数,取k=0.4; γ1为湿土容重,取γ1=1.85g/cm3; h1为锥探孔深度,取h1=9m;σe为挤压钻孔壁回弹应力,取σe=0.3kg/cm2; σt为孔壁的单轴抗拉强度,取σt=0.2 kg/cm2;γ为水泥与黏土浆容重,取γ=1.5g/cm3;h 为泥浆柱高度,取h=9m。取值代入后计算结果为δρ=1.23g/cm2。即劈裂灌浆孔底的孔口控制压力。施灌中,若孔口压力达到设计压力值时仍未劈裂,可经现场技术人员研究同意后,提高孔口压力,如果压力很大,说明注浆管堵塞。
6 、灌浆
灌浆采用孔底全孔灌注的方法。灌浆开始采用稀浆,经过五至十分钟后加大泥浆稠度;在灌浆中,应先对第一序也轮灌,采用“少
灌多复”的方法。待第一序孔灌浆结束后,再进行第二序孔灌浆,一般每孔灌浆五次,每次间隔时间为五天。灌浆过程中,坝顶裂缝要小于2cm,坝肩处横向水平位移小于3cm。
7、灌浆结束及封孔
当堤顶裂缝连续5次冒浆,堤顶裂缝又基本连成一线时,即可认为灌浆结束。灌浆结束后,将注浆管拨出,在规范中规定是注满容重大于1.5t/m3的稠泥浆,如果浆面下降,可继续灌注稠浆,直至浆面升至坝顶不再下降为止,用粘土封堵孔的最上端。在本次工程2004年试验段的施工中,经开挖断面查看灌浆效果时发现,用上述方法封孔效果并不理想,出现隔段封实,隔段有空隙的现象。分析原因为用稠浆灌注时,将孔内的空气封在孔内没有挤出排空。在2005年大坝全面施工中,我们封孔采用插入2m的注浆管,用水泥袋在注浆管周围不完全封闭,以利孔内的空气排出,注浆时采用低压慢灌,待浆液从坝面溢出后,取出注浆管,再注入大于1.5t/m3的稠泥浆,最终封孔。在工程结束后的开挖检查中,用这方法封孔,原钻孔完全被泥浆封实。
灌浆过程中遇到的问题及分析处理
1 、在灌浆过程中,堤身转弯处出现异常裂缝(斜、横向裂缝),经分析,是由于堤身原施工质量差,堤身局部应力复杂,尚未形成主应力。出现裂缝后立即停灌,待堤身应力得到一定程度调整,过一段时间后复灌,情况有所改善。
2 、灌浆过程中,迎水坡冒浆情况较多,与该处堤身原施工质量有关。冒浆全部出现在护坡石缝处,经采取剔缝并拌和水泥、粘泥封堵的方法处理后不再冒浆。
结论
在灌浆施工过程中,均严格按照《施工方案》和《灌浆技术规范》进行施工。经有关部门对施工质量进行监督和抽样检查,工程的布孔、造孔、工艺操作、浆液性能、综合控制情况、灌浆中出现的问题及其处理,均达到设计要求,灌浆效果较好,灌浆后堤身形成一道防渗帷幕。坝后渗漏现象消失,由此可见劈裂式帷幕灌浆在大坝渗漏加固中有良好的应用效果。