基于帷幕灌漿技術的水庫土壩除險加固施工

鐘 慶

(江西省水利水電建設集團有限公司,南昌 330000)

0 引 言

水庫土壩隨著使用時間增加,在多重因素的聯合影響下,可能會出現一系列安全隱患,危及下游居民的生命和財產安全,為解決這一問題,就需要對存在的險情進行除險加固處理。水庫土壩除險加固施工中可用的技術比較多,如帷幕灌漿技術、回填碾壓技術、防滲堵漏技術等,每種除險加固技術都有其獨特的優缺點和應用范圍,相比于其他技術,帷幕灌漿技術能夠很好的克服各種阻力,滲入到水庫土壩內部,形成一個具有一定強度、防滲性的帷幕體系。帷幕灌漿中,注漿的壓力越大,吸漿量和漿液擴散的范圍也就越大,而且在整個注漿施工中地層結構幾乎不會受到擾動和破壞,可很好的滿足水庫土壩除險加固的要求。基于此,開展基于帷幕灌漿技術的水庫土壩除險加固施工的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

本工程為高安市上游水庫除險加固工程(二期)施工1標。上游水庫壩址位于江西省高安市上游水庫工程管理局上游村境內,是以供水、灌溉為主,兼顧防洪、發電、養殖等綜合利用的大(2)型水庫,水庫控制流域面積129km2,總庫容1.85億m3。水庫設計灌溉面積1.33萬hm2;承擔了高安市及沿線鄉鎮供水任務;保護了下游村前鎮、新莊鎮、楊圩鎮居民5萬多人,耕地面積0.49萬hm2,以及320國道、滬昆高鐵、昌栗高速公路等重要城市和基礎設施;發電裝機容量1280kW。上游水庫工程等別為Ⅱ等,主要建筑物(包括擋水建筑物、泄水建筑物和輸水建筑物)級別為2級,次要建筑物(附屬建筑物)級別為3級。除險加固主要建筑物采用的洪水標準為:100a一遇(P=1%)洪水設計,2000a一遇(P=0.05%)洪水校核;泄水建筑物消能防沖按50年一遇洪水設計。水庫正常蓄水位83.00m,設計洪水位84.85m,校核洪水位86.34m,死水位71.00m。

2 重難點分析

雖然帷幕灌漿技術在很多方面都有顯著的優勢,但在案例工程應用時,受到地理位置和特點影響,在應用帷幕灌漿技術時依然存在很多重難點,主要體現在以下3個方面:

1)帷幕灌漿技術的應用對連續性有很高的要求,為提升施工的連續性,在正式施工前需要做好準備工作,除了需要準備好各種機械設備之外,還需要通過現場灌漿試驗,來確定最佳的施工參數。但案例工程現場條件復雜,如何選擇有效的試驗區域,以保證試驗參數的有效性是本工程施工重難點之一。

2)帷幕灌漿施工的前提條件是按照設計要求進行鉆孔,工程為土質壩體,在鉆孔中如何降低對壩體造成的不良影響,也是本工程帷幕灌漿的重難點[1]。

3)帷幕灌漿施工對整個水庫土壩除險加固施工的質量有直接影響,由于本工程存在的安全風險隱患比較嚴重,而且帷幕灌漿深度大,如何按照設計要求和標準完成帷幕灌漿施工任務,也是本工程施工的難點。

3 帷幕灌漿施工的應用要點

3.1 切實做好施工前的準備工作

為保證帷幕灌漿施工的連續性,促使各道工序都能有效落實到實處,提升水庫土壩除險加固施工質量,在正式施工前需要切實做好施工前準備工作。比如:在機械設備進場之前,需要對場地處理平整,清除影響帷幕灌漿施工的障礙物和雜物,保證施工場地相對清潔整齊,并準備好帷幕灌漿施工中用到的機械設備,核查所需機械設備,確保其性能良好。案例工程使用的機械及檢測設備如表1所示。

表1 帷幕灌漿施工中機械設備和檢測設備表

結合工程現場情況和地質條件,選擇和實際灌區相近、相似的地段作為帷幕灌漿施工試驗區,嚴格按照帷幕灌漿施工圖紙中的要求,選擇合適的試驗孔布置方式、鉆孔深度、灌漿分段、灌漿試驗區等。在每一個帷幕灌漿施工試驗區域內,要嚴格按照批準的灌漿試驗要求來擬定帷幕灌漿施工的程序、方法,并對灌漿試驗的結果進行分析,全面整理分析各序孔、檢查孔的單位吸水率、等各種試驗數據和資料,匯總整理成灌漿試驗結果,為帷幕灌漿正式施工提供必要的參考和指導。

3.2 加強對鉆孔施工質量的控制

為提升鉆孔質量和效率,降低鉆孔施工對水庫土壩造成的不良影響,在鉆孔施工中要采用地質鉆機來鉆孔,先按照設計圖紙的要求測量放線出鉆孔的位置,確定好鉆孔的深度和孔徑;然后安排鉆孔機就位,鉆頭對準孔位,保證鉆機安裝平穩,在正式鉆孔之前,需要合理確定好孔口管埋設的位置,鉆桿的安裝要垂直,利用垂直儀來檢測鉆孔的垂直度。開孔孔位要滿足設計圖紙的要求,并且和設計位置的偏差≤10cm,詳細記錄好偏差位置和鉆孔的實際位置。灌漿孔需要嚴格按照灌漿的程序分段、分序進行[2]。每個帷幕灌漿孔要用高精度測斜儀進行測量,控制傾斜度在允許范圍中,如果鉆孔的深度在20m以內,則最大的偏差值不應超過0.25m,如果鉆孔的深度達到30m,最大的允許偏差值為0.5m。在鉆孔中要力求做到孔徑上下一致,孔壁平順光滑,使鉆進中產生的巖粉細屑最少。

注漿檢查孔的孔底偏差要盡量和灌漿孔保持一致,其他鉆孔的孔底偏差最大≤1/40孔深,在排水口周邊至少30m范圍內的灌漿孔,在尚未完成灌漿之前嚴禁鉆進排水孔。而在進行排水孔鉆進施工中,如果遇到斷面破碎帶或者是其它軟弱巖體等一些特殊情況時,要及時上報給現場管理單位,制定處理方案之后再進行處理,如果在鉆進施工中發現排水孔堵塞問題,要重新測量放線,重新定位,重新鉆孔。

鉆孔完成之后及時開展裂隙沖洗和壓水試驗,灌漿孔需要進行全部沖洗,可采取風水聯合沖洗技術,從孔底逐步向孔外沖洗,沖洗水壓控制在灌漿壓力80%左右,如果壓力>1MPa,要采取1MPa的水壓進行沖洗,風壓控制在灌漿壓力的50%左右,當壓力>0.5MPa時,采用0.5MPa的壓力[3]。當回水澄清后的10min左右結束裂隙沖洗。裂隙沖洗完成后,及時跟進壓水試驗,工程采取了簡易壓水法,壓力為灌漿壓力的80%,如果此數值>1MPa,按照1MPa標準進行試驗,壓水試驗持續時間≥20min,每隔5min測讀一次壓水流量,待取得最后的流量作為計算流量,其成果用透水率來表示。

3.3 加強對灌漿施工質量的控制

在工程右岸坡體之上布置一套制漿系統,灌漿漿液集中配制,配制出0.5∶1的濃漿液,輸送到每個灌漿點位,按照各點位帷幕灌漿的實際需求,配制成各自所需濃度的漿液。在灌漿施工中,要采取自上到下的順序,孔口封閉孔采取內循環灌漿方式,射漿管到孔底的距離控制在50cm左右。帷幕灌漿材料選擇普通硅酸鹽水泥,水泥細度為能夠通過80μm的方孔篩的篩余量≤5%,按照實際施工的要求,可選擇更細的水泥[4]。漿液水灰比為8∶1,通常情況下要選擇純水泥漿液進行灌漿,如果在灌漿施工中遇到注入量比較大,或者是地下水流速比較大的地層,可選擇水泥黏土混合漿液進行灌注,水∶水泥∶黏土的比例為1∶1∶2,帷幕灌漿的壓力可通過以下公式計算出來:

P=P0+MD

(1)

式中:P為帷幕灌漿的壓力,MPa;P0為0.01MPa;M為0.025MPa/m;D為帷幕灌漿施工中頂板以上巖石厚度,通過此公式的計算,先導孔灌漿壓力和灌漿段次之間的關系如表2所示。

表2 帷幕灌漿施工中先導孔壓水壓力、灌漿壓力、灌漿段次關系表

在Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔帷幕灌漿中,灌漿的壓力要比先導孔高一些,P0可選擇0.06MPa,也就是第1段的灌漿壓力為0.06MPa,從第2段開始,一直到第10段,灌漿壓力分布為0.11MPa、0.19MPa、0.31MPa、0.44MPa、0.56MPa、0.69MPa、0.81MPa、0.94MPa、1.06MPa。

在每個孔的第1段和第2段優先灌漿,當第2段完成灌漿后,埋入一根長度在3m左右的孔口管,等待漿液凝固。每個灌漿段灌漿結束的條件為:在保持灌漿壓力持續不變的基礎上,注漿量持續減少。當漿液的灌注時間>30min后,但漿液壓力和注入率都沒有明顯改善,需要改為濃一級的水灰比進行灌漿[5]。當注入率>30L/min時,可按照實際情況,主體提升漿液濃度,如果為第1段注漿,可直接將漿液水灰比提升到0.5∶1的濃度。

4 效果分析

水庫土壩除險加固施工具有很強的復雜性,需要高度重視施工質量水平,并對施工效果進行評價分析,以確保水庫工程的安全性。本工程帷幕注漿中各分段分排序單位耗灰量匯總情況如表3所示。

表3 分段分排序單位耗灰量匯總表

由表3可看出,在灌漿排、序增加中,單位部分的耗灰量呈現出有增、有減的發展趨勢,此現象是灌漿效果的正常表現[6]。在進行帷幕灌漿施工中對灌漿孔的檢查通常以孔總數的10%來檢測,常用的檢測方法有兩種,一種是鉆孔取芯,另一種是壓水試驗,在案例中采取了后者來檢測灌漿孔的質量,檢測結果顯示,在用帷幕灌漿施工技術來進行水庫土壩除險加固施工中,孔口透水率普遍在5Lu以下,滿足防滲規定的要求,且>98%孔段的透水率在3Lu以下,表明施工效果比較好。

5 結 語

綜上所述,結合工程實例,分析了基于帷幕灌漿技術的水庫土壩除險加固施工,結果表明,帷幕灌漿技術具有很強的適應性,在復雜的地質條件下依然可以良好的應用,為提升水庫土壩除險加固施工效果,需要嚴格把控好施工前的準備工作,加強對鉆孔施工質量控制,并嚴格按照現場條件,制定科學有效的灌漿方案,才能更好的提升灌漿效果,保證除險加固的質量,值得在類似工程中大力推廣和應用。