水库大坝基础帷幕灌浆冬季施工

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富地营子水库坝址距西沟水库尾约9km是公别拉河上的西沟水库上游的一个阶梯水库。工程所在区域地处高纬度，属寒冬带气候，冬季漫长寒冷，从 10月末至次年4月下旬为封冻期，封冻天数达 160天左右，最大冻深1.8m，最大冻土厚度可达2.57m，设计库容为965×105m3,拦河坝为沥青混凝土心墙堆石坝，属三级建筑物。大坝长度1305m, 最大坝高27.0m, 帷幕灌浆总工程量为6882.5m。
    2、坝基工程地质特性
    左岸主要岩性为花岗岩；河床及右岸为辉石橄榄岩与辉石安山岩。较大断层破碎带有：分布于左岸溢洪道闸基附近的F1,F3断层，其中，F1断层破碎带宽10m左右，主要由1～3cm的碎块，糜棱岩夹灰绿色碎石组成。该断层破碎带风化较深。F3断层，宽11 m，分布于左岸坝头。由鳞片壮碎屑夹碎块和断层泥组成。
    河床右岸坝基断层破碎带分布较多，较大的断层有F4、，F5，F2等。其中，F4断层分布于右岸坝肩引水洞附近，破碎带宽度达 10m左右，主要由长状构造岩和碎裂岩组成。F5断层宽2～3 m，由片状碎裂岩夹碎屑组成。F2断层破碎带宽13～15m，为坝址区最大的断层破碎带。由灰白色断层泥、麋棱岩和碎块岩组成。
    3、帷幕灌浆的设计
    3.1帷幕灌浆形成、孔距和孔深
    主帷幕采用单排、直线悬挂式布置，基本孔距为2.0m，在断层破碎带处则于主帷幕中心线的上游侧增加一排加强帷幕，并在主帷幕中心线的下游侧设一排固结灌浆孔，其基本孔距为2.0m。同时在断层破碎带部位宜先进行加强帷幕灌浆和固结灌浆，然后再进行主帷幕灌浆。
    主帷幕灌浆孔深，据上述坝基地质条件，河床及右岸断层破碎带分布较多，岩石节理发育，完整性较差，尤其右岸坝肩和引水管附近地段岩石破碎严重。故河床和右岸坝头部位主帷幕和加强帷幕灌浆孔深度，一般为基岩面下10m；右岸坝肩处岩石节理发育，风化较深，其灌浆深度至基岩面下15m ;河床左岸坝基帷幕灌浆孔深度一般为基岩面以下6.0m左右。
    3.2、钻灌顺序及灌浆方法
    帷幕灌浆施工顺序采用分序钻灌逐渐加密的原则，主帷幕灌浆的施工采用分三序钻灌。即Ⅰ序孔孔距8.0m、Ⅱ序孔孔距为4.0m、Ⅲ序孔孔距为2.0m；至于加强帷幕灌浆和固结灌浆孔施工则分二序钻灌。即Ⅰ序孔孔距为4.0m、Ⅱ序孔孔距为2.0m。
    帷幕灌浆采用孔口封闭，自上而下分段循环灌浆的方法施工。在地质条件较好的坝段，亦可采用自下而上分段灌浆方法。具体由施工监理工程师与地质工程师确定。
    3.3、帷幕灌浆段长度与灌浆压力
    灌浆的段长与灌浆压力，不同的序别和段次，灌浆段长和灌浆压力有所区别，各段次段长的压力见表1
    4、帷幕灌浆的施工
    4.1、冬季帷幕灌浆保温措施
    河床段是冬季施工应做好防寒保温工作，在灌浆工作面搭设保温大棚，棚内生火保温，提高灌区内的温度。
    4.1.1棚内保温
    1）第一段：消除浮冰段段长30米，用五彩布将仓号分隔成2个15米，每15米段先架设5个保温柴炉将清除段保温，保温棚内温度在0℃以上，将砼表面的浮冰、草袋、塑料布掀除干净，为施工作好准备。
    2）第二段：施工段段长30米，采用10个柴炉取暖，保证棚内温度在5℃以上，灌浆设备周围加设4个保温煤炉 。
    3）第三段：养护段对已完成灌浆工程的最后几个孔口进行养护保温，灌浆口用塑料布及草袋分层覆盖，外设保温煤炉 ，养护2天。
    4.1.2、机械保养：
    1）钻机：除在棚内保温外，当钻机停钻、检修时，另设两个1000W碘钨灯，对钻机机油底壳、操作手柄分别直射加温，保证机械正常使用。
    2）灌浆机械：将煤炉集中在灌浆机械周围，以保证其周围温度，灌浆结束后对灌浆泵拆除放水。
    4.1.3、材料加热
    1）水泥：提前将525#水泥运入仓号中，靠近灌浆设备及火炉附近。
    2）水：采用水箱内设6个2000W电棒加热，使其温度一直控制在10～40℃之间，保证灌浆用水温度。
    4.2、钻机
    采用DK—300型油压钻机，φ59～φ75mm 金钢石钻头造孔，钻孔必须保证铅直，其孔位偏差、主帷幕孔不超过10厘米，加强帷幕孔及固结孔不超过15厘米。钻孔的终孔应符合设计要求，孔内残留岩石和沉淀物不应超过20厘米。
    帷幕孔钻进时，对孔内的各种情况，均应该详细记载，作为分析钻孔情况的依据。若发现集中漏水，应立即停止钻，待查明渗水部位及原因并经处理后再进行钻进。钻孔结束待灌、灌浆结束待加深时，孔口均应采取妥善措施加以保护。
    4.3 孔壁冲洗及简易压水试验。
    对灌浆孔在灌浆前应进行钻孔冲洗和裂隙冲洗，以提高灌浆效果。成孔后采用导管通入压力水流从孔底向孔外冲洗的方法冲洗孔壁，冲洗至回水清净。并延续10min为止。冲洗压力采用通段灌浆压力的70%～80%。但不超过1MPa，冲孔后采用单点法进行压水试验。
    4.4灌浆
    4.4.1灌浆材料
    灌浆所采用的水泥为525#的普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%（重量计）。水泥应保持新鲜，受潮结块者不得使用。水泥在使用前要经检验合格后才能使用。必须注意不得在同一灌浆段中使用不同厂家或不同标号的水泥。
    4.4.2、制浆方法：
    因帷幕灌浆采用分段分序的施工特点，故采用分散制浆法，由各灌浆机组配备一套400L的制浆设备，灌浆时各机组自行制浆。水泥浆制备后尽快使用，四小时后的剩余浆，废弃。
    4.4.3、灌浆方法
    采用孔口封闭自上而下循环灌浆方法进行灌注，以6分焊管为射浆管，射浆管下至距孔底0.5m处，此法可以使各段重复灌浆，对提高灌浆质量有利。
    4.4.4、灌浆压力的控制
    灌浆开始后，在保证有回浆的前提下，尽快升至设计灌浆压力。其整个过程均在设计压力下完成，灌浆过程均有专人看守压力表，并有专人掌握制浆情况。
    4.4.5、浆液浓度的选用与变换
    按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94），本工程灌浆浓度为6个比级，即水灰比为5：1、3：1、2:1、1：1、0.8：1、0.5：1。变换灌浆浓度的原则是，各段的初始灌浆浓度均为5：1。当灌浆压力保持不变而灌入量均匀减少时，或灌入量不变而灌浆压力均匀生高时不得改变浆液浓度，当某一级浆液浓度、浆液灌入量累计达400L，但浆液压力和浆入量均无改变或改变不显著时，则应提高一级浆液浓度；当出现灌浆中断或提高一级浓度后灌浆量突减，则注意降低一级浆液浓度。
    4.4.6、灌浆结束封孔
    灌浆结束标准有两个，当满足其中一个即可结束灌浆。灌浆段灌入量小于或等于1L，且在设计压力下继续60分钟；灌浆过程中，如回浆浓度，降低一级浓度灌注，回浆浓度应变浓，即可结束灌浆。封孔采用纯压力式，即以压力为1～1.2Mpa灌入水灰比为0.5：1的浓度封堵，屏浆后120分钟结束；等沉淀后再投水泥球，捣实。
    4.4.7、灌浆中事故处理
    灌浆发生冒浆时，视具体情况采用封堵或降低压力的方法处理；机械故障致使灌浆中断时间超过30 min，应重新扫孔、冲孔后灌浆。对于灌浆由于事故原因孔深不够者，可视具体情况在原孔位附近补打或用检查孔方式加以解决。
    5、施工中遇到的问题：
    5.1、地质构造的不良综合对帷幕效果的影响：
    坝区的构造线主要为NE及NW向与坝线呈斜交，灌浆时浆液的扩散主要沿构造方向扩散，而沿坝轴线方向影响较小，为此，在单排孔的情况下，因达不到要求的扩散半径而造成帷幕效果不好。
    因受地质条件的影响，构造发育岩石破碎钻孔时常发生严重塌孔，而且数量较大，采用根管钻进、水泥加速凝剂封孔后重新开孔。有较大断层破碎带，分段灌浆、灌浆塞卡不住，经监理工程师同意采用综合灌浆。
    5.2、吸水不吸浆
    坝区岩石属于基性的辉石橄榄岩，此种岩石比重大，强度高，性脆，受构造节理裂隙发育，岩石破碎形成的构造破碎带宽度较大，一受挤压岩石多呈糜棱岩化，灰禄色由高苓土岩石碎屑（1～3mm）及破碎岩块组成，这种糜棱岩石灌浆中常吸水不吸浆，灌浆效果极差，灌浆时回浆浓度现象经常发生，另在完整岩石中灌浆后钻孔仍有承压水反出也说明这一点。
    5.3、裂隙承压水对灌浆质量的影响
    在灌浆中发现河床段，普通存在裂隙承压水，经几次简易测试水头2.0m左右（相当于河水位流量100～200mL/g）。 由于裂隙承压水的顶托，灌入的水泥浆易被推出，所以灌浆后的封孔就尤为重要。
    5.4、地下水的温度对灌浆质量的影响
    这次河床段的灌浆工作正是严冬的情况下施工的，气温在-10℃～-25℃之间，实测的地下水温1～1.5℃，为此水泥浆液在地层中凝固的时间较长，由于裂隙压力的流动，甚至可能会造成水泥浆的失败。这可能是由于水温及地下水流动所造成的。
    5.5、吸浆量特别大
    灌浆时无压力耗浆量特别大，施工时采用0.5：1的浓浆进行间隙灌浆，同时注入1～3%的速凝剂进行速凝，反复数次。
    6、帷幕灌浆质量与效果评价
    检查帷幕灌浆质量与效果的标准，根《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）和《富地营子水库沥青混凝土心墙堆石坝与溢洪道基础帷幕灌浆施工技术要求》规定，经帷幕灌浆后，坝基帷幕检查孔岩石在压力为0.4Mpa作用下，当压力试验透水率≤10Lu,即视为合格；另外可以从序次单位耗灰量随序次增加而递减的规律来衡量。
    6.1、灌浆前后坝基岩石透水率比较
    帷幕灌浆前据Ⅰ序孔的200多段压水试验成果表明沥青混凝土心墙堆石体基础强风化岩石的透水率普遍偏大，＞10Lu以上者达90多段，其中主要沿强风化岩顶部与心墙基础混凝土盖板结合部位分布，即沿接触带渗漏，其透水率多为15Lu～20Lu，最大达216.4Lu。其余坝基强风岩石透水率为5.0Lu～15Lu，最大达31.9Lu。河床地段一般为6.0Lu～20Lu, 最大达39 Lu。右岸一般10 Lu ～25 Lu，最大达100 Lu。
     经帷幕灌浆后，据近70个检查孔170余段压水试验结果，≥10 Lu者，仅占10%左右，为保证工程质量，进行补充灌浆，补充灌浆后，压水试验检查全部合格。
    6.2、各序次孔单位耗灰量及耗灰比
    对各段单位耗灰量按序次统计结果表明，岩石比较完整地段，各序次孔单位耗灰比下降不显著；岩石完整性较差的地段，各序次孔的单位耗灰量及耗灰比下降比较明显。
    7、结论
    大坝基础灌浆在冬季施工，因受水温、气温、施工条件各方面的影响，施工质量虽然得到了保证，但是、经济上费用较大，为此应尽量避免在冬季进行施工。通过沥青混凝土心墙堆石坝帷幕灌浆施工后，可以看出大坝基础防渗已形成。
    经业主、监理单位评定合格率为100%、优良率大于95%。本工程帷幕灌浆的施工质量得到了黑龙江水利部组成的专家的充分肯定。