八宝海水库坝基帷幕灌浆工法的探讨

2011-02-26王喜波

东北水利水电 2011年6期

关键词：压水砂砾坝基

王喜波

（辽宁阜蒙县水利局，辽宁阜蒙 123100）

八宝海水库坝基帷幕灌浆工法的探讨

王喜波

（辽宁阜蒙县水利局，辽宁阜蒙 123100）

八宝海水库于2007年进行除险加固。砂砾石层按照帷幕灌浆设计和传统的施工方法进行坝基帷幕灌浆，其后出现了串孔、冒浆、坝体劈裂的问题。经过灌浆试验和工法的探讨及研究，三次工艺改进解决了以上问题。

砂砾石层；帷幕灌浆；工法探讨

1 主坝的工程地质

八宝海水库坝体是以亚粘土为主料的均质土经多次碾压而成，强度不均，质量较差。坝基分布有厚3至5 m砂砾石层，为极强透水层，透水率2.84 L/（min·m·m)。其次为强风化岩（玄武岩）平均厚 10—15 m，透水率 1.54 L/（min·m·m)。建基面18～20 m以内为弱风化玄武岩，透水率0.45 L/（min·m·m)。建基面18～20 m以下为微风化玄武岩，透水率 0.046 L/（min·m·m)。风化层以下为新鲜玄武岩。

2 帷幕线的位置

根据八宝海的地质条件及其渗漏情况，帷幕灌浆孔设计在主坝轴线上。帷幕线的长度按主坝长度在主坝桩号0+000向左延10 m，即帷幕桩号0-010～0+215。

3 帷幕灌浆的结构形式

由于八宝海水库的相对隔水层埋深较浅，帷幕灌浆采用接地式，防渗标准为岩石单位透水率0.05 L/（min·m·m)。位置为正常高水位 64 m 至相对隔水层内5 m的范围内，最大帷幕深度27 m。

4 帷幕灌浆参数

设计帷幕厚度为2 mm，最终孔距3 m。单排直线式同次序等距孔，按照孔序逐渐加密的原则，分Ⅲ序施工。

5 帷幕灌浆工艺

在施工前选择地质条件劣的坝段做灌浆实验，以校核设计及为施工提供更准确的参数。帷幕灌浆分Ⅲ序施工，各次序孔按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ顺序逐渐加密。每个灌浆段均按照下列顺序进行施工：造孔→冲洗→压水实验→灌浆，再依次循环上述过程，直到达到防渗标准，灌浆封孔。

1）造孔的一般要求。实际与设计孔位偏差不得大于10 cm，钻直孔，孔壁直孔径110～75 mm，坝体采用麻花钻头钻进，基岩采用合金钻头钻进。试验孔、先导孔和检查孔要求保留岩芯，对岩芯进行描述、鉴定并拍照，灌浆孔不要求保留岩芯，但应注意记录岩石节理、裂隙内水泥结石充填和胶结情况。孔深大于20 m时，每钻进10 m测斜一次。根据SL62-94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》第3.2.6条，其孔底最大允许偏差，见表1。

表1 钻孔孔底最大允许偏差值

2）冲孔的一般要求。所有钻孔在灌浆前均应进行冲洗。在冲洗时，采用灌浆压力的80%压力，进行压力水冲洗。冲洗应冲至回水变清后10 min结束。且总的冲洗时间每段不少于20 min，孔内残留的沉积物厚度不得超过20 cm。

3）压水试验。试验孔、先导孔和检查孔要求做三级压力，5个阶段的五点法正式压水试验，三级压力采用0.1，0.2，0.3 MPa；其余灌浆孔做简易压水试验，简易压水的压力为灌浆压力的80%，若该值大于0.3 MPa，采用0.3 MPa。

4）灌浆的一般要求。这次帷幕灌浆施工采用孔口封闭灌浆法，由于坝体与基岩直接接触，没有混凝土盖板，且接触部位岩石强风化比较破碎，给灌浆施工增加了难度。为了满足压力要求，防止冒浆等现象，在坝体钻透后，基岩钻进30 cm，然后下入套管，再将300L 0.5∶1浓浆加适量速凝剂搅拌均匀，用泵压送入孔底灌注，而后待凝8 h以上，再钻灌下一段。其它灌浆段长度一般要求5～6 m。

5）灌浆压力的控制。灌浆宜尽快达到设计压力值，但注入率大时应分级升压。帷幕灌浆压力标准值见表2。

表2 帷幕灌浆压力标准值MPa

6）灌浆材料及浆液浓度选择。采用标号32.5的普通硅酸盐水泥灌注。灌浆浆液应由稀到浓。浓度水灰比分级采用标准为：5∶1，3∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1，5个比级。

7）灌浆浓度变换标准和灌浆结束标准。浓度变换标准：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级；当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

灌浆结束标准：在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min；或不大于1 L/min时，继续灌注90 min，灌浆即可结束。当长期达不到结束标准时，应及时向地质工程师及监理工程师汇报，共同研究解决。

8）封孔。灌浆孔封孔，采用“置换和压力灌浆封孔法”，岩石部分采用水泥浓浆；坝体部分用粘土封填密实。

6 灌浆施工

1）问题的产生。按设计要求2008年4月3日至4月19日进行帷幕灌浆试验，桩号0+138—0+146，孔号25～37，计10孔。首先对坝基以下砂砾石层灌试。25，29，33孔出现：灌浆孔口管（穿透坝体镶嵌入砂砾石30 cm的89 mm钢管）外返浆、孔口管松动、坝体顺坝轴线方向裂缝，裂缝长12 m，最大缝宽4 mm。压力表不起压，第一段（砂砾石层）灌浆无法进行。

2）原因分析。坝基没有混凝土齿槽或盖重，砂砾石层透水率大，孔口管载不住（管外壁不能形成水泥结石）。浆液顺土坝薄弱部位发生剪切破坏和管外返浆。

3）解决措施。业主、监理、设计、施工单位共同研究，经有关方面专家多次论证。确定了一个最优方案：修正灌浆设计参数、改变灌浆工艺。具体措施如下：①砂砾石层灌浆比级有5∶1起灌变为1∶1起灌，在水泥中掺入膨润土，即比级为1∶0.5∶0.5。以增加浆液和易性和稠度。②砂砾石层段降低灌浆压力，由原设计0.15 MPa降为0.1 MPa。③灌浆工艺孔口封闭改为孔底封闭，减小浆液对土坝和砂砾石层间的冲切力。④砂砾石层段下套管（花管），使浆液压力均匀并以水平方向进入砂砾石层缝隙。⑤载管时在管外（底部）缠厚6 cm海带。海带遇水膨胀和浓浆结合形成锅盖式的盖重（水泥石）。