劈裂灌浆技术在临濮沙河水库的应用

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1、劈裂灌浆技术在临濮沙河水库的应用  一、工程概况  临濮沙河水库是一座供山东省菏泽电厂用水的水库,最大库容536万m3,位于鄄城县境内的临濮沙河上,围坝长5207.3m,坝顶高程55.50m,最大坝高9.5m,一般坝高7.5m,坝顶宽6m,为均质土坝,上下游边坡均为1∶3。坝前坡铺塑料膜防渗,塑料膜上用干砌石护坡,该坝于1990年冬修建,由于是冬季和群众性施工,土坝碾压质量很差,坝体内有土块架空。该坝自1991年12月挡水以来,水库一直在低水位运行,未达到设计水位要求,水库经过半年多的运行,在坝顶出现大小塌坑40多个,有的塌坑直径2

2、~3m,严重威胁大坝的安全,对坝体的处理势在必行。  临濮沙河水库土坝隐患主要是土坝碾压质量差,施工接头多,坝体土块有架空现象,坝面排水不畅,下雨后造成坝面积水,形成塌坑等。针对上述隐患,关键是消除坝体中的裂缝、洞穴,增加坝体的密实度,消除坝体的湿陷性,实现上述目标的措施,有开挖加填黏土和劈裂灌浆等,但开挖回填黏土工程量大,造价高,对坝前的塑料膜防渗和护砌容易造成破坏,不宜采用。经多方案论证,最好的方法就是劈裂灌浆方案,其施工速度快,工程造价最低,在施工过程中,对坝前坡的塑料膜防渗和护砌也不会造成破坏。  劈裂灌浆就是沿坝轴线布孔,

3、利用坝体小主应力成基本沿坝轴线分布这一规律,用灌浆压力沿坝轴线劈裂坝体,灌入泥浆构造浆体防渗帷幕,同时与浆脉连通的裂缝、洞穴等坝体隐患,均被泥浆充填挤压密实,达到防渗加固的目的,经济合理,方法简便易行。  二、灌浆设计  1.布孔  根据坝体隐患的性质,共布三排孔,排距1.5m,第一排孔距上游坝肩1.5m,第三排也距下游坝肩1.5m。第二排孔位交错梅花形布置,孔距2m。  2.孔深  为了保证隐患部位得到充分处理,第一排孔深9.5m,深入到坝基黏土层,第二、第三排孔深5m,以改善大坝高程51.0m以上质量较差的坝体结构,增加土体强度

4、和防渗效果。  3.浆液选择  选用合适的浆液是保证灌浆质量的重要条件,对浆液的要求是:可灌性好,稳定性高,析水固结快,形成的浆体防渗性能强,并且考虑充分利用当地材料和造价低等因素,根据对当地黏土泥浆的物理力学性能试验,选用重粉质壤土或重壤土,即黏粒含量在20%~25%,砂粒含量小于20%,其余为粉粒,泥浆的容量采用1.3~1.6g/m3。  4.灌浆压力的确定  灌浆压力是劈裂施工中一个重要控制指标,当灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时,钻孔就开始随裂缝扩展,随着裂缝的扩展,浆液进入坝体而形成防渗帷幕,灌浆压力如果控制得好,对于

5、坝体的压密和回弹,浆体的压密和补充坝体小主应力不足、保证防渗帷幕的作用等,都能起到好的效果,否则,还有可能破坏坝体的某些结构,甚至出现险情。因此,通过灌浆试验和理论计算,该工程灌浆孔口压力一般控制在1kg/cm2以下。  三、灌浆施工  本项工程自1999年9月1日始至11月30日结束,历时90d,灌浆坝段5207m,共造孔7810个,钻孔总进尺50768m,完成防渗面积101536m2,灌入土料10000m3。  为了保证灌浆质量,施工技术要点有如下规定:  1.分序分次施灌  分序分次施灌能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结,强

6、度及时提高,同时,能迅速消除由于灌浆引起坝体中局部孔隙水压力升高的威胁,保证大坝施工期的安全,并能促使灌入坝体内的泥浆黏粒向两侧移动,使黏粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列,形成一层防渗性能很强的泥浆层,如此反复轮灌,即可形成一道粗细颗粒相间,木纹纸状的浆体防渗泥墙,因此,施工时先灌第一排孔,再灌第三排孔,最后灌第二排孔,各排灌浆中,先对第一序孔轮灌,采用“少灌多复”的方法,待第一序孔灌浆结束后,再进行二序孔,第二序孔结束后,再进行第三序孔。  2.注浆方法  采用孔底注浆全孔灌注的方法,注浆管下至距孔底20cm左右,泥浆从注浆管下口

7、沥出,使坝体由下部逐渐向上劈开,第一排孔复灌2~3次或基本不吃浆时,将注浆管提升1~2m,达到间隔时间后,再复灌,直至注浆管距坝顶2m左右为止。第二、三排至少自复灌3~4次或基本不吃浆时再提管,其他要求与第一排孔相同。  3.弯曲段灌浆  该水库共有4个转弯段,在转弯段施工轴线上,将设计灌浆孔连续钻完,然后逐孔轮流灌浆,单孔每次灌浆量要少,发现孔口有裂缝时就停灌,改灌另孔,当每个钻孔都形成小的裂缝,而且互相交接,灌浆量再逐渐增加,直至灌完形成与转弯段轴线一致的泥浆防渗帷幕为止。  4.质量控制  一是灌浆开始先灌稀浆,水泥浆比重控制

8、在1∶2,等孔口压力突然下降后,再次将比重提高到1.4~1.6之间。二是每个灌浆孔都要经过多次复灌,前两次应避免坝顶裂缝,后几次复灌时,坝顶裂缝宽度控制在3cm以内。三是每孔复灌次数6次以上,黏土坝段每孔复灌间隔时间不少于5d,砂土坝

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