小南海水库天然坝体帷幕灌浆设计施工.docx

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1、 小南海水库天然坝体帷幕灌浆设计施工_物业经理人 摘 要:小南海水库系1856年地震山崩堵塞溪流形成的一座中型自然水库,自然坝体构造松散,渗漏加剧,为加强自然坝体的防渗性能,削减水库渗漏,实行帷幕灌浆进展大坝防渗整治。本文具体介绍了大坝防渗整治设计、施工及质量检查方法。由于地震倒塌积累自然坝体防渗整治,国内无先例,国外罕见,没有阅历可供借鉴。因此,小南海水库自然坝体帷幕灌浆设计、施工及质量检查方法具有肯定的探究性,其胜利阅历对类似工程的防渗整治具有肯定的参考价值。 关键词:小南海水库 地震倒塌积累体 帷幕灌浆 施工 1、工程概况 小南海水库位于重庆市黔江区小南海镇境内,是1856年地震山崩堵塞

2、老窖溪形成的一座中型自然水库。水库集雨面积98.8km2,大坝防渗整治前水库正常蓄水位高程670.5m,总库容7087万m3,有效库容2930万m3.由于自然坝体构造松散,渗漏加剧,多年平均渗漏水量约1000万m3,致使坝体产生管涌渗透变形,危及大坝安全。为了确保坝体安全,加强自然坝体的防渗性能,削减水库渗漏,爱护地震遗址,在设计多方案论证根底上,经主管部门批准,实行帷幕灌浆进展大坝防渗整治。由于地震倒塌积累的自然坝体中帷幕灌浆属“国内唯一,世界罕见”,没有阅历可借鉴,亦没有对应规程标准可遵循,因此,帷幕灌浆设计、施工及质量检查方法具有肯定的探究性。 1.1 自然坝的形成及分布范围 自然坝形成

3、于1856年黔江咸丰地震,地震倒塌积累体堵断老窖溪形成小南海自然水库。自然坝体长约1000m,坝高一般6070m,局部达80100m,顶宽度为100230m,坝底宽度为12001300m,坝体总体积约为40004600万m3. 1.2 工程地质条件 自然坝体主要由地震倒塌积累的页岩及粉砂质页岩块碎石夹孤石,以及积累、风化或沉积碎屑组成。 自然坝体物质构造在垂向上存在明显差异,横向上差异不明显。高程633.40659.00m以上坝体孤石含量为28.0956.52%,孤块碎石粒径明显比下部大,孤石最大直径达10.0m以上。该局部构造松散,局部有架空构造。钻孔注水试验测得渗透系数为39.38176.

4、31m/d,属强极强透水层。 下部坝体高程633.40659.00m以下至高程608.47622.41m之间,孤石含量为0.0017.96%,块碎石含量较上部坝体增加,孤块碎石粒径明显较小,局部被粉细砂或粘土充填,根本无架空现象。钻孔注水试验测得渗透系数为6.5360.80m/d,属较强强透水层。 地震倒塌积累体之下掩埋了原河流及级阶地积累物。 自然坝体下伏基岩为志留系中统罗惹坪群(S2Lr1)第一段灰色及灰绿色页岩,并夹有介壳灰岩透镜体。钻孔压水试验测得,基岩强弱风化带岩体透水率为2.33.3Lu,新奇岩体透水率为1.73.3Lu,均属弱透水岩体。 坝体渗漏点主要位于大坝右侧自然溢洪道内,分

5、布在不同层面的三个高程带上;自然坝右半部上游坝坡分布有管涌入口,一般呈圆椭圆状,直径一般0.100.30m,大局部位于块碎石与孤石的接触部位。 1.3 施工时段及完成工程量 2、帷幕灌浆设计 依据自然坝体工程地质条件和帷幕灌浆试验,结合水利部专家组询问意见,设计帷幕轴线长748.138m,三排孔,相邻2排排距有1.5m、2.0m两种,孔距有3.0m、3.5m两种,设计帷幕孔724孔,帷幕孔深入坝基岩体1.0m. 设计灌浆压力:两边排、序孔灌浆压力为0.20.8Mpa,两边排序孔灌浆压力为0.21.2Mpa,中间排各序孔灌浆压力为0.31.4Mpa. 灌浆材料及浆液配比:灌浆材料为一般硅酸盐水泥

6、和粘土为主,遇大漏浆及大通道时使用砂子和水玻璃。 灌浆浆液采纳水泥粘土浆。边排孔采纳水泥:粘土为1:0.6,中排孔采纳水泥:粘土为1:0.4的水泥粘土浆,水固(水泥+粘土)比采纳3、2、1三个比级,即灌浆浆液重量比水泥:粘土:水为1:0.6:1.6,1:0.6:3.2,1:0.6:4.8,1:0.4:1.4,1:0.4:2.8,1: 0.4:3.2共六个比级。 质量标准:因坝体防渗帷幕的主要目的是削减渗漏,确保坝体安全,故依据坝体构造特征不同区段选取不同的防渗标准:帷幕灌浆试验区桩号坝0+ 409.1000+394.130m、坝0+644.6310+626.631m坝段透水率10Lu;桩号坝0

7、+752.6380+ 644.631m、坝0+626.6310+409.100m和桩号坝0+394.1300+4.500m坝段透水率15Lu. 3、帷幕灌浆施工 帷幕灌浆前对坝顶帷幕轴线部位进展开挖平坦,浇筑宽6.0m、厚0.3m的压重混凝土(竣工后作为坝顶大路),先钻灌第1、2段,再镶铸长4.0m的孔口管,以保证灌浆效果。 3.1 灌浆方法 采纳小口径无芯钻孔、孔口封闭、孔内循环的方法进展灌浆施工。依据自然坝体的工程地质特点,采纳稀泥浆护壁钻孔,解决了成孔难的问题,且帷幕孔灌浆段成孔后,不进展清水冲洗和灌前压水试验。 3.2 施工挨次及灌浆段长划分 帷幕灌浆孔施工按分序加密的原则进展,先施工

8、下游排,再施工上游排,最终施工中间排。同排中先序孔,后序孔,再序孔。 第1、2段段长2.0m,第3段段长3.0m,第4段及其以下各段均为5.0m,最大段长不超过8m. 3.3钻孔 钻孔主要采纳300型地质钻机,60mm金刚石钻头无芯钻进,终孔入基岩时换用56mm的金刚石钻头取芯钻进。采纳KXP-1型测斜仪进展孔斜检测,全部钻孔均没有孔斜超出设计要求。 3.4 水泥粘土浆变换标准 每段灌浆前用灌浆浆液置换孔内钻孔泥浆,记录仪打出的第一介读数不作为变浆依据。当水固比为3:1的浆液注入量达500L,而灌浆压力和浆液注入率无明显变化时变浓一级。当水固比为2:1的浆液注入量达800L,而灌浆压力和浆液注

9、入率无明显变化时变浓一级。当浆液注入率大于40L/min,灌注量达 800L后压力和注入率无明显变化时越一级变浓。钻孔时,孔口始终不返浆的灌浆段,可直接灌注最浓一级浆液。 3.5 抬动观测 每个单元均设有抬动观测孔(桩),在灌浆过程中准时进展抬动观测,并做好记录。发生抬动现象时,通过降低灌浆压力或注浆速率等措施,使抬动值在设计允许范围内。 3.6 灌浆完毕标准和封孔 灌注水泥粘土浆时,在设计压力下,当浆液注入率不大于1L/min时,连续灌注30min或浆液注入率不大于2L/min时,连续灌注40min完毕;灌注水泥粘土砂浆时,在设计压力下,浆液注入率不大于1L/min时,稳定35min即可完毕

10、。 终孔灌浆完毕后,用最浓一级的水泥粘土浆置换孔内稀浆,用终孔段的灌浆压力机械封孔,上部空余局部人工封孔。 3.7 钻孔和灌浆过程中特别状况的处理措施 由于自然坝体物质组成和物质构造的特点,在坝体内形成架空和“砂窝”层(“砂窝”指自然坝体内孤块石之间及其架空空洞内积累的风化页岩碎屑层),这是帷幕灌浆钻孔、灌浆及其质量检查的难点。 钻进中遇到架空且长时间护壁泥浆漏失时,马上停钻并提钻,依据架空段高度投入碎石,然后压塞灌浆。钻进中若遇到不架空但长时间不返泥浆的孔段,马上停钻,采纳水泥粘土浆进展灌注。 由于架空段和不返泥浆段的耗浆量大,灌浆一般难以完毕,需实行如下措施: 灌浆过程中消失大漏浆时,优先

11、采纳无压、低压、浓浆、限流、间歇灌浆方法; 按上述第条原则操作,若浆液注入量累计达2023L后,仍不能回浆或升压力时,采纳机械灌注水泥砂浆或水泥粘土砂浆,直至完毕。 水泥砂浆灌注难以完毕时,采纳掺水玻璃的方法灌注直至不进浆完毕。 4、灌浆质量检查 灌浆质量检查,采纳钻检查孔分段压水试验的方法。 为保证检查孔注水试验的精确牢靠性,设计特殊强调钻孔制止用泥浆护壁。因用清水钻检查孔时总是发生缩径和塌孔事故,使检查孔施工曾消失一度受阻无策,成为本工程重要的关键技术问题。经两次多位专家询问及先后5种不同工艺试验,最终选用“分级跟管护壁、小孔径清水回转钻进超前导孔、静水头分段压水试验”方法较好地解决了灌浆

12、质量检查问题。 5、帷幕灌浆效果分析 共完成帷幕灌浆孔736孔,帷幕灌浆钻孔总段长51497.46m,灌浆总段长50961.76m,灌入水泥14350.26t,粘土7424.68t,平均单位耗干料(水泥+粘土)427.28kg/m. 5.1 检查孔静水头压水试验成果 每个单元工程均设一个检查孔,共作检查孔18个,静水头压水试验66段次,孔段合格率100%.其中帷幕灌浆试验区布置2个检查孔,透水率值最大为 4.7Lu(防渗标准为10Lu)。除试验区以外的其余坝段布置16个检查孔,透水率值最大为14Lu(防渗标准为15Lu),全部满意设 计要求。 5.2 灌浆成果分析 注入量随孔序加密呈递减规律。

13、下游排帷幕孔单位干料(水泥+粘土)注入量为528.27kg/m,上游排为476.49kg/m,中间排为 283.48kg/m,上游排比下游排削减9.8%,中间排比上游排削减40.5%.下游排序孔单位干料注入量比序孔削减12.3%,序孔比序孔削减22.2%;上游排序孔单位干料注入量比序孔削减5.5%,序孔比序孔削减24.0%;中间排序孔单位干料注入量比序孔削减12.5%, 序孔比序孔削减18.7%. 5.3、开挖检查分析 溢洪道施工,在桩号坝0+668.2310+605.900m范围内开挖深度7.0m ,从开挖揭露的灌浆后坝体地层构造看,大孤石裂隙以及较松散的积累体中均被水泥粘土浆结石充填密实,

14、浆液结石最大宽度达25cm,浆液在地层中集中延长长度达20m余。 溢洪道闸室段开挖右边坡垂直深度5米处的灌浆结石照片 5.4 渗流量观测系统观测资料分析 灌浆施工期所建渗流量观测系统位于坝下游河床,渗流量观测从2023年7月22日至今,实测灌后最大渗流量为30.0L/s(相应库水位高程669.48m),是灌浆前库水位高程668.24m的渗流量5.2%,正常蓄水位670.50m的3.54%. 备注: 847为设计依据多年观测资料计算值 综上所述,小南海自然地震积累坝体帷幕灌浆工程,设计合理,施工质量掌握科学,防渗加固效果明显。 6、结语 在小南海自然地震积累坝体中作帷幕灌浆防渗加固工程,目前属国内唯一的先例。设计施工过程中,对钻孔、灌浆技术参数,灌浆材料、浆液配比、灌浆过程中特别状况的处理、以及灌后质量检查方法等多项技术与工艺进展了较多的试验探究,并取得胜利阅历。 该工程的胜利实施,为我国今后解决类似工程问题积存了珍贵的设计和施工阅历。/P