王家厂水库大坝坝体充填灌浆施工浅谈

前 言
险 。经有关勘测资料表明, 库内铺盖多处破坏, 同 时 , 坝体土层也有不同程度的变形和破坏 。经物理
王家厂水库位于涔水中游澧县王家厂 镇上游 力学试验分析 , 发现填筑土料质量较差 , 坝体不同程
1km 处 , 建于 1958 年 , 系均质土坝 , 最大坝高 35.5m , 控制流域面积 484 km2 , 总库容 3.05 亿 m3 , 正常蓄水
充填灌浆施工过程中 , 发现在大坝内坡不同高
涵管上部的竖井开挖表明该处填土杂乱 , 含有大量 程部位出现串冒浆 、塌坑等现象 109 次 , 占总孔段的
碎石和砂卵砾石 , 碾压不密实 。 各部位取样试验表 明 , 74.0m 标高以上多为含细砾的填土 , 结构松散 ,
15.4 %, 造成这些现象的主要原因是 : (1)坝体内弱面与灌浆孔直接或间接相通 ;
内摩擦角/φ
凝聚力 C/ kg·cm-2 渗透系数/ cm·s -1
施 工 期
最小值
平均值
合格率 /%
15.3 19.896 58.20
1.29
1.563 56.75
1 987年
最大值
最小值
平均值
Biblioteka Baidu
合格率 /%
32.1
17.6
24.1818 20.78
1.81
1.42
5
王家厂水库大坝坝体充填灌浆施工浅谈
到这些情况处理措施如下 : ·串浆 :在安全的情况下 , 采用灌浆孔 与串浆
孔同时灌浆 , 如果不能 同时灌浆 , 用栓塞塞住 串浆 孔 , 然后继续灌注 。
·冒浆 :处理方法是 :浓浆灌 ※停 ※灌等间歇 性灌浆方法解决 , 在施工过程中 , 若是其下游冒浆现 象严重 , 当即停灌在冒浆处挖开一个小坑 , 压砂作反 滤 , 使其只冒水不冒浆 , 经过一段时间后 , 冒浆自动 停止 。 若是在坝坡底部冒浆严重 , 说明有与灌浆孔 相连的大通道 , 其处理方法是把灌浆孔口用木塞塞 堵 , 孔口周围用土围成堰 , 堰里先注些泥浆 , 再加土 料拌合成(0.5 ～ 1.0)m3 的浓浆(比重在 1.7 以上)然 后拔去堵孔木塞 , 把这些浓浆连续涌入孔内 , 堵住冒 浆通道 , 停(3 ～ 5)d 后再灌 , 冒浆现象消失 。
中进行了人工倒土铺盖 等处理 , 收 到了明显效果 。 土组成 。根据施工期间现场取样 260 件评价质量检 至 1987 年 , 水库枢纽主要建筑物相继出现较严重病 查结果 , 平均合格率仅为 58.2 %, 具体情况如表 1 。
表1
试验项目
最大值
含水量 %
28.8
干容重/g·cm-3
1.72
(2)施工程序 :根据设计意图 , 严格分排 , 分序 进行施工 , “先上排 , 后下排 , 再中排” , 并穿插进行 , 每排孔先灌 Ⅰ序 , 再灌 Ⅱ序 , 按序施工 。
(3)钻孔 · 钻孔放样 :采用测量仪器 , 进行钻孔定位 , 孔 位误差控制在 10cm 以内 。 · 孔斜 :单孔施工时 , 先用水平尺核对机架机 座 , 保证钻孔铅直 , 钻孔孔斜满足规范要求 。 · 造孔 :采用旋转钻机钻进 , 钻进时先打入套 管 , 再钻进 , 并严格控制水量 , 防止出现塌坑和坝体 滑坡 , 一般钻至砂卵石层 3m 左右处停钻 。 (4)灌浆 · 灌浆方法 :采用自下而上分段 , 孔内循环的 灌浆方法 。 · 灌浆段长 :从 80m 高程以下开灌 , 灌段 10m 以内按 1 段进行灌浆 , (10 ～ 20)m 分 2 段进行灌注 。 · 灌浆操作程序 :只有一段灌注的钻孔 , 先将 射浆管到离钻孔底部 0.5m 处 , 启动灌浆泵 , 泥浆由 射浆管下射出 。 为了防止浆液沿射浆管上返 , 在射 浆管上部用栓塞栓紧 。 灌浆开始(3 ～ 5)min , 采用比 重为 1.2 的泥浆灌注 , 随后加大浓度 , 采用 1.4 的浆 液灌注 , 最 后用 1.6 的浆液灌至 结束 。 灌浆时 , 每 15min 测一次比重 , 每 10 天测定一次自由析水率 。 分两段灌注的钻孔 , 每 1 段灌注完毕后 , 将套管 拨至第 2 段顶部 , 进行第 2 段灌注 , 每次灌入最大量 控制在(0.4 ～ 0.5)m3/ m , 并且按“少灌多复”的原则 进行 , 单孔均保持复灌 4 次以上 , 尤其是 Ⅰ序保证复 灌 5 次 , 每次复灌时间间隔不少于 5d 。 (5)终灌与封孔 当灌浆进行到连续复灌 3 次不再吃浆 , 灌浆孔 内的浆液面基本不下降 , 表明“灌饱”即可终止灌浆 , 终止灌浆后 , 把孔内泥浆抽出 , 回填预先加工好的直 径为(2 ～ 3)cm 的泥球捣实 。 (6)特殊孔段处理 所谓特殊孔段是指坝体有裂隙 、空洞或其它情 况而导致吸浆量大 , 不易达到正常结束标准的孔段 , 如串浆冒浆 、塌坑 , 单孔吸浆量过大 , 缩孔卡钻等 , 遇
·孔口冒浆 :主要是 造孔期 间钻具 与孔壁 摩 擦 , 将坝体内的裂缝糊死或把孔口挤密 , 初灌时不进 浆出现孔口冒浆 , 处理方法是在孔口挖坑回填适宜 含水率的粘性土夯实成阻浆盖 , 或在孔口冒浆处的 缝隙内填细砂 , 用钢筋棒捣实作反滤 , 然后用稀浆冲 孔 , 待进浆顺利后逐渐变换浓浆 。
·塌坑 :在灌浆过程中 , 发生了多起塌坑现象 , 形成的原因是坝体内有较大空洞 , 灌入的浆液析水 引起上部土体塌陷 , 随着灌浆的进行 , 浆液面在坝体 内升高 , 架空土体塌陷随浆液面升高而上升 , 最后塌 陷至坡面形成塌坑 。 发生塌坑后 , 首先将塌坑表面 澄清的水抽出 , 待塌坑里的泥浆浓缩后回填粘性土 料层层夯实 。
安全可靠 , 经济合理 , 保证质量 。
2.3 充填灌浆目的和任务 为了改善坝体的填筑土质量 , 降低坝体浸润线
和渗透系数 , 堵住坝体因不均匀下沉和施工时存在
的弱面 , 使下部已施工的防渗帷幕 , 高喷板墙与坝体
有效衔接 , 达到水库安全运行的目的 , 在坝体内坡共 布置钻孔 704 个 , 累计进尺12 703.4m , 钻 孔共分 10 排 , 4m ×4m 呈梅花形布置 , 对坝体进行灌浆处理 。 2.4 灌浆材料
2 充填灌浆机理与设计
2.1 充填机理 沿坝轴线用一定的泥浆压力灌注泥浆 , 利用浆
坝互压 , 泥浆析水固结和坝体密实等作用 , 使与浆脉 连通的裂缝 、洞穴 、砂层等得到充填 、挤压 、密实 , 形
成竖直连续的防渗墙 。
2.2 设计的基本原则 根据坝体存在问题的性质 , 隐患的部位加以研
究分析 , 因地制宜地选择灌浆方法和施工工艺 , 做到
·单孔吸浆量过大 :吸浆量过大的孔 , 在灌浆 过程中时有发生 , 发生的部位往往是较疏松坝体的 右岸 , 左岸河谷段 , 以及接头和有裂隙存在的地方 , 对这种情况 , 我们采用了“少灌多复”的灌浆方法 , 即 每次灌浆量要少 , 使坝体内的孔隙水压力有个消散 过程 , 复灌的次数要多 , 直至灌饱灌好 , 使浆液加速 固结 , 这样反复多次 , 直到正常结束为止 。
表 2 粘土泥浆物理学性质指标采用值表
名 称 泥
浆
项 目 比 重 粘 度
稳 定 性 胶 体 率 失 水 量 浆脉 T 容量 浆脉渗透系数 含砂量(7005mm)
塑性指数
指 标 1.4～ 1.6 (30 ～ 60)s
<0.03g/ cm3 >95 %
(10 ～ 30)cm3/ 0.5h >1.55g/ cm3
4 灌浆效果分析
为了确保充填灌浆质量 , 促使防渗幕体形成 , 改
6
善坝体填筑质量 , 全部灌浆自始至终均严格按照《土 坝灌浆技术规范》和《王家厂水库坝体充填灌浆技术 要求》实施 , 根据施工过程中有关质量信息 , 对本次 充填灌浆分析如下 :
(1)坝体总的灌入情况 坝体施工总计 灌入粘土 3 932t , 单位注 入量为 358kg/ m , 其中 Ⅰ序孔单位注入量为436kg/ m , Ⅱ序孔 为313kg/m 。 (2)各序孔分次注入情况分析 据统计 , 各次灌浆耗灰比为 1∶0.59∶0.36∶0.23∶ 0.17∶0.12 。这种比率 基本符合充填灌浆的一般规 律 , 它说明本工程灌浆施工的方法 、工艺 、技术措施 等均符合防渗的实际情况 , 综合灌浆过程中所反馈 出来的质量信息表明 :坝体内原有集中和分散的缝 隙均已堵住 , 大坝坝体填筑土质等也有明显改善 , 此 次灌浆已取得良好的防渗效果 。
1.5767
63.31
32.2
5.1
13.1114
16.6
0.75
0.05
0.3927
20.9
5.88 ×10 -4 4.21 ×10 -9 5.39×10 -6 66.28
设计指标
19.9 1.55
17.30 0.53
2.9 ×10 -7
从坝 体 各断 面来 看 , 合 格 率分 布极 不 均匀 , 填筑质量下部优于上部 , 左端好于右端 , 经过 30 多
砂卵石及第三系下统砾岩中的溶洞及渗漏未进行处 理 , 1959 年 4 月大 坝建成蓄水后 , 坝体下游老 河床
1 大坝坝体填筑土质量分析
右侧部位出现了常年渗水点 、坝脚塌陷等严重的工 1.1 坝体填筑土基本概况
程地质问题 , 对此于 1959 ～ 1960 年两次在坝前库水
坝体由黄色粘土和浅黄色含少量碎石或含砾粘
充填灌浆材料主要为粘土 , 原则上要求灌入的
浆液土料与坝体土料的物理力学性质基本接近 , 以
偏粘为宜 , 这样 , 泥浆在析水固结过程中 , 能与边界
条件排水能力相协调 。本工程灌浆材料主要技术指 标为塑性指数 10 %～ 20 %, 粘粒 含量 40 %左右 , 粉 粒含量 50 %左右 , 砂粒含量小于 10 %, 有机质含量 小于 2 %, 浆液指标如下 。
·缩孔卡钻 :这种现 象一般 发生在 孔深达 到 25m 后 。 卡钻的原因是坝体含水量较高 , 尤其是钻 孔底部 , 一般都大于塑限接近流限含水量 , 土的无侧 限抗压强度低 , 在大主应力作用下 , 孔壁不能自立而 缩孔抱钻 , 采用打倒锤的办法才将钻具拔出 , 后来改 用小口径钻头 , 避免钻杆的接首和大钻头的起拔阻 力 , 避免了此类事故的发生 。
(69 ～ 72)m 标 高 以 下 合 格 率 为 70 %, 以 上 仅 为 60 %, 左坝段基本为粘性土 , 但右坝段在 P2 处(70 ～ 80)m 标高之间有大量细砾 、砂卵石 , 碾压不密实 , 南
年运行 , 存在透水性大 , 浸润线偏高等问题 。 1.2 充填灌浆施工揭露的坝体填筑土质量
度的存在着填筑质量问题 , 影响水库正常运行并威 胁大坝安全 。 该水库被 列为第二批国 家级病险库
位汛前80.0m , 汛后82.6m , 相应库容(1.49 ～ 1.87)亿 之一 。
m3 , 灌溉面积2.1万 hm2 , 总装机 3 ×1.36MW , 多年平 均发电量9.5kW·h , 是一座以防洪灌溉为主 , 兼顾发
右坝段填土及施工质量均较差 。 从整体上看 , 坝体
(2)坝体填筑时的施工接头处碾压不密实 , 不
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王家厂水库大坝坝体充填灌浆施工浅谈
均匀沉陷引起坝体裂隙 , 在灌浆压力作用下发生相 邻孔串浆 。
上述现象表明 , 坝体存在以下问题 : (1)部分 坝体填 筑土内 摩擦 角与凝 聚力合 格 率低 ; (2)两种不同介质面的渗透冲刷出现的淘空 ; (3)施工填筑中接头和合拢段处理不当和土料 的不均一性引起渗漏 ; (4)填筑过程中碾压不密实 。
为了使坝体与已处理的砂卵石高喷板墙和坝基 防渗帷幕有效衔接 , 形成一个完善的防渗系统 , 分两
电 、养鱼等综合效益的大型水利枢纽工程 。
期对坝体内坡进行了充填灌浆处理 , 累计完成进尺
王家厂水库属典型的“三边”工程 , 对河床中的 12 703.4m , 总灌段长10 591.1m , 灌入粘土3 932t 。
DO I :10.16052/j .cnki .hnslsd.2000.01.003
水工与施工
《湖南水利水电》2000 年第 1 期
王家厂水库大坝坝体充填灌浆施工浅谈
黄明清 刘启庆
(湖南省澧县王家厂水库管理处 澧县 415506)
【摘 要】 王家厂水库大坝系均质土坝 , 坝体填土杂乱 , 施工中碾压不密实 , 因此透水性大 , 坝体浸 润线偏高 , 文章论述了坝体存在的问题 , 并总结了充填灌浆的灌浆方法和施工工艺 。 【关键词】 坝体 充填灌浆 王家厂水库
(10 ～ 6)～ (10 ～ 8)cm/ s <5 % >14
2.5 灌浆方法 采用自下而上分段灌浆的方法 。
3 充填灌浆施工
(1)浆液制备 :将符合质量要求的粘土运至施 工现场 , 在泥浆池中浸泡(1 ～ 2)d , 用过滤筛网清除 杂质后 , 送入拌合桶中 , 拌合时间不少于 10min 。