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小南海水庫地震崩塌堆積天然壩體帷幕灌漿設計與施工

08-22 12:57:38  瀏覽次數:978次  欄目:市政工程
標簽:市政工程技術,市政工程施工方案, 小南海水庫地震崩塌堆積天然壩體帷幕灌漿設計與施工,http://www.nvlbio.live
    摘  要:小南海水庫系1856年地震山崩堵塞溪流形成的一座中型天然水庫,天然壩體結構松散,滲漏加劇,為加強天然壩體的防滲性能,減少水庫滲漏,采取帷幕灌漿進行大壩防滲整治。本文詳細介紹了大壩防滲整治設計、施工及質量檢查方法。由于地震崩塌堆積天然壩體防滲整治,國內無先例,國外罕見,沒有經驗可供借鑒。因此,小南海水庫天然壩體帷幕灌漿設計、施工及質量檢查方法具有一定的探索性,其成功經驗對類似工程的防滲整治具有一定的參考價值! £P鍵詞:小南海水庫  地震崩塌堆積體  帷幕灌漿  施工  1、工程概況  小南海水庫位于重慶市黔江區小南海鎮境內,是1856年地震山崩堵塞老窖溪形成的一座中型天然水庫。水庫集雨面積98.8km2,大壩防滲整治前水庫正常蓄水位高程670.5m,總庫容7087萬m3,有效庫容2930萬m3.由于天然壩體結構松散,滲漏加劇,多年平均滲漏水量約1000萬m3,致使壩體產生管涌滲透變形,危及大壩安全。為了確保壩體安全,加強天然壩體的防滲性能,減少水庫滲漏,保護地震遺址,在設計多方案論證基礎上,經主管部門批準,采取帷幕灌漿進行大壩防滲整治。由于地震崩塌堆積的天然壩體中帷幕灌漿屬“國內唯一,世界罕見”,沒有經驗可借鑒,亦沒有對應規程規范可遵循,因此,帷幕灌漿設計、施工及質量檢查方法具有一定的探索性! 1.1 天然壩的形成及分布范圍  天然壩形成于1856年黔江—咸豐地震,地震崩塌堆積體堵斷老窖溪形成小南海天然水庫。天然壩體長約1000m,壩高一般60~70m,部分達80~100m,頂寬度為100~230m,壩底寬度為1200~1300m,壩體總體積約為4000~4600萬m3.  1.2 工程地質條件 、盘烊粔误w主要由地震崩塌堆積的頁巖及粉砂質頁巖塊碎石夾孤石,以及堆積、風化或沉積碎屑組成! √烊粔误w物質結構在垂向上存在明顯差異,橫向上差異不明顯。高程633.40~659.00m以上壩體孤石含量為28.09~56.52%,孤塊碎石粒徑明顯比下部大,孤石最大直徑達10.0m以上。該部分結構松散,局部有架空結構。鉆孔注水試驗測得滲透系數為39.38~176.31m/d,屬強—極強透水層! ∠虏繅误w高程633.40~659.00m以下至高程608.47~622.41m之間,孤石含量為0.00~17.96%,塊碎石含量較上部壩體增加,孤塊碎石粒徑明顯較小,部分被粉細砂或粘土充填,基本無架空現象。鉆孔注水試驗測得滲透系數為6.53~60.80m/d,屬較強—強透水層! 、频卣鸨浪逊e體之下掩埋了原河流及Ⅰ級階地堆積物! 、翘烊粔误w下伏基巖為志留系中統羅惹坪群(S2Lr1)第一段灰色及灰綠色頁巖,并夾有介殼灰巖透鏡體。鉆孔壓水試驗測得,基巖強弱風化帶巖體透水率為2.3~3.3Lu,新鮮巖體透水率為1.7~3.3Lu,均屬弱透水巖體! 、葔误w滲漏點主要位于大壩右側天然溢洪道內,分布在不同層面的三個高程帶上;天然壩右半部上游壩坡分布有管涌入口,一般呈圓~橢圓狀,直徑一般0.10~0.30m,大部分位于塊碎石與孤石的接觸部位! 1.3 施工時段及完成工程量  2、帷幕灌漿設計 、鸥鶕烊粔误w工程地質條件和帷幕灌漿試驗,結合水利部專家組咨詢意見,設計帷幕軸線長748.138m,三排孔,相鄰2排排距有1.5m、2.0m兩種,孔距有3.0m、3.5m兩種,設計帷幕孔724孔,帷幕孔深入壩基巖體1.0m. 、圃O計灌漿壓力:兩邊排Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿壓力為0.2~0.8Mpa,兩邊排Ⅲ序孔灌漿壓力為0.2~1.2Mpa,中間排各序孔灌漿壓力為0.3~1.4Mpa. 、枪酀{材料及漿液配比:灌漿材料為普通硅酸鹽水泥和粘土為主,遇大漏漿及大通道時使用砂子和水玻璃! 」酀{漿液采用水泥粘土漿。邊排孔采用水泥:粘土為1:0.6,中排孔采用水泥:粘土為1:0.4的水泥粘土漿,水固(水泥+粘土)比采用3、2、1三個比級,即灌漿漿液重量比水泥:粘土:水為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共六個比級! 、荣|量標準:因壩體防滲帷幕的主要目的是減少滲漏,確保壩體安全,故根據壩體結構特征不同區段選取不同的防滲標準:帷幕灌漿試驗區樁號壩0+ 409.100~0+394.130m、壩0+644.631~0+626.631m壩段透水率<10Lu;樁號壩0+752.638~0+ 644.631m、壩0+626.631~0+409.100m和樁號壩0+394.130~0+4.500m壩段透水率<15Lu.  3、帷幕灌漿施工  帷幕灌漿前對壩頂帷幕軸線部位進行開挖平整,澆筑寬6.0m、厚0.3m的壓重混凝土(竣工后作為壩頂公路),先鉆灌第1、2段,再鑲鑄長4.0m的孔口管,以保證灌漿效果! 3.1 灌漿方法  采用小口徑無芯鉆孔、孔口封閉、孔內循環的方法進行灌漿施工。根據天然壩體的工程地質特點,采用稀泥漿護壁鉆孔,解決了成孔難的問題,且帷幕孔灌漿段成孔后,不進行清水沖洗和灌前壓水試驗! 3.2 施工順序及灌漿段長劃分  帷幕灌漿孔施工按分序加密的原則進行,先施工下游排,再施工上游排,最后施工中間排。同排中先Ⅰ序孔,后Ⅱ序孔,再Ⅲ序孔! 〉1、2段段長2.0m,第3段段長3.0m,第4段及其以下各段均為5.0m,最大段長不超過8m.  3.3鉆孔  鉆孔主要采用300型地質鉆機,φ60mm金剛石鉆頭無芯鉆進,終孔入基巖時換用φ56mm的金剛石鉆頭取芯鉆進。采用KXP-1型測斜儀進行孔斜檢測,所有鉆孔均沒有孔斜超出設計要求! 3.4 水泥粘土漿變換標準  每段灌漿前用灌漿漿液置換孔內鉆孔泥漿,記錄儀打出的第一介讀數不作為變漿依據。當水固比為3:1的漿液注入量達500L,而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時變濃一級。當水固比為2:1的漿液注入量達800L,而灌漿壓力和漿液注入率無明顯變化時變濃一級。當漿液注入率大于40L/min,灌注量達 800L后壓力和注入率無明顯變化時越一級變濃。鉆孔時,孔口一直不返漿的灌漿段,可直接灌注最濃一級漿液! 3.5 抬動觀測  每個單元均設有抬動觀測孔(樁),在灌漿過程中及時進行抬動觀測,并做好記錄。發生抬動現象時,通過降低灌漿壓力或注漿速率等措施,使抬動值在設計允許范圍內! 3.6 灌漿結束標準和封孔  灌注水泥粘土漿時,在設計壓力下,當漿液注入率不大于1L/min時,繼續灌注30min或漿液注入率不大于2L/min時,繼續灌注40min結束;灌注水泥粘土砂漿時,在設計壓力下,漿液注入率不大于1L/min時,穩定3—5min即可結束! 〗K孔灌漿結束后,用最濃一級的水泥粘土漿置換孔內稀漿,用終孔段的灌漿壓力機械封孔,上部空余部分人工封孔! 3.7 鉆孔和灌漿過程中特殊情況的處理措施  由于天然壩體物質組成和物質結構的特點,在壩體內形成架空和“砂窩”層(“砂窩”指天然壩體內孤塊石之間及其架空空洞內堆積的風化頁巖碎屑層),這是帷幕灌漿鉆孔、灌漿及其質量檢查的難點! °@進中遇到架空且長時間護壁泥漿漏失時,立即停鉆并提鉆,根據架空段高度投

www.nvlbio.live入碎石,然后壓塞灌漿。鉆進中若遇到不架空但長時間不返泥漿的孔段,立即停鉆,采用水泥粘土漿進行灌注! ∮捎诩芸斩魏筒环的酀{段的耗漿量大,灌漿一般難以結束,需采取如下措施: 、殴酀{過程中出現大漏漿時,優先采用無壓、低壓、濃漿、限流、間歇灌漿方法; 、瓢瓷鲜龅冖艞l原則操作,若漿液注入量累計達2000L后,仍不能回漿或升壓力時,采用機械灌注水泥砂漿或水泥粘土砂漿,直至結束! 、撬嗌皾{灌注難以結束時,采用摻水玻璃的辦法灌注直至不進漿結束! 4、灌漿質量檢查  灌漿質量檢查,采用鉆檢查孔分段壓水試驗的方法! 楸WC檢查孔注水試驗的準確可靠性,設計特別強調鉆孔禁止用泥漿護壁。因用清水鉆檢查孔時總是發生縮徑和塌孔事故,使檢查孔施工曾出現一度受阻無策,成為本工程重要的關鍵技術問題。經兩次多位專家咨詢及先后5種不同工藝試驗,最終選用“分級跟管護壁、小孔徑清水回轉鉆進超前導孔、靜水頭分段壓水試驗”方法較好地解決了灌漿質量檢查問題! 5、帷幕灌漿效果分析  共完成帷幕灌漿孔736孔,帷幕灌漿鉆孔總段長51497.46m,灌漿總段長50961.76m,灌入水泥14350.26t,粘土7424.68t,平均單位耗干料(水泥+粘土)427.28kg/m.  5.1 檢查孔靜水頭壓水試驗成果  每個單元工程均設一個檢查孔,共作檢查孔18個,靜水頭壓水試驗66段次,孔段合格率100%.其中帷幕灌漿試驗區布置2個檢查孔,透水率值最大為 4.7Lu(防滲標準為10Lu)。除試驗區以外的其余壩段布置16個檢查孔,透水率值最大為14Lu(防滲標準為15Lu),全部滿足設計要求! 5.2 灌漿成果分析  注入量隨孔序加密呈遞減規律。下游排帷幕孔單位干料(水泥+粘土)注入量為528.27kg/m,上游排為476.49kg/m,中間排為 283.48kg/m,上游排比下游排減少9.8%,中間排比上游排減少40.5%.下游排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少12.3%,Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少22.2%;上游排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少5.5%,Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少24.0%;中間排Ⅱ序孔單位干料注入量比Ⅰ序孔減少12.5%, Ⅲ序孔比Ⅱ序孔減少18.7%.  5.3、開挖檢查分析  溢洪道施工,在樁號壩0+668.231~0+605.900m范圍內開挖深度7.0m ,從開挖揭露的灌漿后壩體地層結構看,大孤石裂隙以及較松散的堆積體中均被水泥粘土漿結石充填密實,漿液結石最大寬度達25cm,漿液在地層中擴散延伸長度達20m余! ∫绾榈篱l室段開挖右邊坡垂直深度5米處的灌漿結石照片  5.4 滲流量觀測系統觀測資料分析  灌漿施工期所建滲流量觀測系統位于壩下游河床,滲流量觀測從2001年7月22日至今,實測灌后最大滲流量為30.0L/s(相應庫水位高程669.48m),是灌漿前庫水位高程668.24m的滲流量5.2%,正常蓄水位670.50m的3.54%.  備注: 847★為設計根據多年觀測資料計算值  綜上所述,小南海天然地震堆積壩體帷幕灌漿工程,設計合理,施工質量控制科學,防滲加固效果明顯! 6、結語  在小南海天然地震堆積壩體中作帷幕灌漿防滲加固工程,目前屬國內唯一的先例。設計施工過程中,對鉆孔、灌漿技術參數,灌漿材料、漿液配比、灌漿過程中特殊情況的處理、以及灌后質量檢查方法等多項技術與工藝進行了較多的試驗探索,并取得成功經驗! ≡摴こ痰某晒嵤,為我國今后解決類似工程問題積累了寶貴的設計和施工經驗! 。ㄇ埩   程丙權

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