摘要:水利水电工程对于国家的发展有着重要的社会效益和经济效益,在国民经济发展中正发挥着越来越重要的作用,但是许多中小型水库随着的运行时间的增加,大坝的渗漏问题正逐渐显现出来,严重影响大坝的正常运行和大坝的安全。为了保证大坝在整个设计寿命期内安全、高效的运行,有必要在施工过程中严格控制防渗工程的施工质量,有效的解决大坝的渗漏问题。
引言
在水利水电工程的运行管理过程中,大坝的渗漏问题越来越多的引起重视,施工过程中防渗工程的施工质量和工序控制就显得相当重要,现对目前较常用的大坝防渗措施帷幕灌浆的施工要点进行分析介绍。
帷幕灌浆是大坝垂直防渗措施之一,指的是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙形成阻水幕,通过延长渗径达到减小大坝渗流量或降低扬压力的目的。为了确保灌浆的质量在工程施工中必须注意以下问题:
1、钻孔灌浆的次序:地基灌浆一般按照先固结、后帷幕的顺序。这是因为深层帷幕的灌浆压力远高于浅层固结灌浆的压力,按照上述顺序可以保证在浅层地基已经得到加固的情况下,进行深层高压灌浆,防止发生地表抬动。帷幕灌浆应分序逐渐加密,这要一方面可以提高浆液结石的密实性,另一方面通过后灌序孔单位吸水量和单位吸浆量的分析,可以推断先灌序孔的灌浆效果。单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌Ⅰ序孔,然后钻灌第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ孔。双排和多排帷幕孔,在同一排内或排与排之间均应按逐渐加密的次序进行钻灌作业。双排帷幕孔通常是先灌下游排后灌上游排;多排孔是先灌下游排,再灌上游排,最后灌中间排。在坝前已经雍水或有地下水活动的情况下,更有必要按照这样的的次序进行钻灌作业,以免浆液过多地流失到灌浆区范围以外。
2、灌浆方法:按照灌浆时浆液灌注和流动的特点,灌浆方法有纯压式和循环式两种。纯压式系一次把浆液压入钻孔中,扩散到岩层缝隙里。灌浆过程中浆液从灌浆机向钻孔流动,这种方法设备简单、操作方便;但是浆液流动速度较慢,容易沉淀,堵塞岩层缝隙和管路。循环式灌浆时浆液进入钻孔,一部分被压入岩层缝隙中,另一部分由回浆管路返回拌浆筒中。这种方法一方面可使浆液保持流动状态,防止水泥沉淀;另一方面可以根据进浆和回浆浆液比重的差别来判断岩层吸收水泥的情况,作为衡量灌浆结束的一种条件。由于循环式灌浆对灌浆质量较有保证,目前工程中优先采用这种方法。
按照钻孔灌浆的顺序,有全孔一次灌浆和分段灌浆两种。全孔一次性灌浆是将灌浆孔一次钻到全深,沿全部孔深进行灌浆。这种方法施工简便,多用于孔深不超过8米,地质条件比较良好,基岩比较完整的情况。分段灌浆则又有自上而下,自下而上和混合法三种。
自上而下分段灌浆的施工顺序是:钻一段,灌一段,待凝一段时间后,再钻灌下一段,钻孔和灌浆交替进行,直到全深。这种方法的优点是随着段深的增加,可以逐段增加灌浆压力,借以提高灌浆质量。由于上部岩层经过灌浆形成结石,当下部岩层灌浆时,不易产生岩层抬动和地面冒浆等现象。分段钻灌,分段进行压水试验,压水试验的成果比较准确,有利于分析灌浆效果,估算灌浆材料的需用量。这种方法的缺点是钻灌一段以后,要待凝一定时间,才能钻灌下一段,钻孔与灌浆要交替进行,设备搬移频繁,影响施工进度。目前国内外坝基处理中为了保证灌浆质量,大都采用这种灌浆方法。
自下而上分段灌浆是一次将孔钻到全深,然后自下而上逐段灌浆,这种方法的优缺点和自上而下分段灌浆刚好相反。一般多用在岩层比较完整或基岩上部已有足够压重不致引起地面抬动的情况。
在实际的工程中,通常是接近地表的岩层比较破碎,愈往下岩层愈完整。因此,在进行深孔灌浆时,可以兼取以上两法的优点,上部孔段采用自上而下法先灌,下部孔段则用自下而上法钻灌,这就是所谓混合法。
在分段灌浆时灌浆孔的划分对灌浆质量有一定的影响。原则上说灌浆孔段的长度应该根据岩层裂隙分布的情况来确定,使每一孔段的裂隙分布大体比较均匀,有利于施工操作和提高灌浆质量。一般情况下,灌浆孔段的长度多控制在5~6m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果地质条件较好,岩层比较完整,段长可适当放长,但也不宜超过10m.在岩层破碎裂隙发育的灌区,段长可适当缩短,可取3~4m;在破碎带、大裂隙等漏水严重的地段以及坝体与基岩的接触面,应单独分段进行处理。
3、灌浆压力:所谓灌浆压力通常是指作用在灌浆段中部的压力P=P1+P2±P3 式中
P——灌浆压力,Pa
P1——灌浆管路中压力表的指示压力,Pa
P2——计入地下水水位影响以后的浆液自重压力按最大的浆液比重进行计算
P3——浆液在管路中流动时的压力损失,Pa
计算P3时,当压力表安设在孔口进浆管上时,则按浆液在孔内进浆管中流动时的压力损失进行计算在公式中取负号;当压力表安设在孔口管回浆管上时,则按浆液在孔内环形截面回浆管中流动时的压力损失进行计算,在公式中取正号。灌浆压力是控制灌浆质量的一个主要指标。确定灌浆压力的原则是:在不致破坏基础和坝体的前提下,尽可能采用比较高的压力。高压灌浆可以使浆液更好地压入细小缝隙内,增大浆液扩散半径,析出多余的水分提高灌注材料的密实度。当然,灌浆压力也不能过高,以致使裂隙扩大引起岩层或坝体的抬动变形,根据公式或经验所确定 的灌浆压力,只能作为事先估算的一种依据。实际施工时的灌浆压力常通过试验来确定,并在灌浆过程中进一步检验和调整。
4、灌浆压力和浆液稠度的控制:在灌浆过程中合理地控制压力和浆液稠度是提高灌浆质量的重要因素。灌浆过程中灌浆压力的控制基本上有两种类型,即一次升压法和分级升压法。一次升压法,就是灌浆开始时一次将压力升高到预定的压力,并在这个压力作用下,灌注由稀到浓的浆液。分级升压法是将整个灌浆压力分为几个阶段,逐级升压直到预定的压力。在灌浆过程中如果在某一级压力下,单位吸浆量超过规定的上限,则应降低一级进行灌注,待单位吸浆量回落到下限时再升高到原来一级压力继续灌注。分级升压法的压力分级不宜过多,一般以三级为限例如分为0.4P、0.7P、及P,其中P为该灌浆段预定的灌浆压力。灌浆过程中,浆液稠度控制的原则是先稀后浓,适时变换。即是说先灌稀浆,然后逐级变浓,直到结束标准。
这是由于稀浆的流动性好,宽细裂隙都能进浆,使细小裂隙先灌饱,而后随着浆液稠度逐渐变浓,其他较宽的裂隙也能逐步得到良好的充填。
5、灌浆的结束条件和封孔:灌浆的结束条件一般用两个指标来控制,一个是残余吸浆量,又称最终吸浆量,即灌到最后的限定吸浆量;另一个是闭浆时间,即在残余吸浆量 的情况下保持设计规定压力的延续时间。根据相关的规范要求在设计规定的压力之下,灌浆孔段的单位吸浆量小于0.4L/min时,延续30-60min后就可以结束灌浆。灌浆结束以后应随即将灌浆孔清理干净,用水泥砂浆填充密实。对于已蓄水的帷幕孔,更应及时封闭堵死,否则时间一久,孔壁产生水锈,就不再容易封堵密实。影响帷幕的工作效能。
6、灌浆的质量检查:基础灌浆是隐蔽性工程,必须加强灌浆质量的检查和控制。为此一方面要认真做好灌浆施工的原始记录,严格灌浆施工的工艺控制防止违程操作;另外一方面要在一个灌浆区结束以后,进行专门性的质量检查,以作出灌浆质量的最后鉴定。
灌浆质量检查的方法很多,常用的有:对已灌地区,钻设检查孔,通过压水试验和单位吸浆量试验进行检查;通过检查孔,钻取岩芯进行检查,或进行钻孔照相和孔内电视,观察孔壁的灌浆质量;开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔,检查人员直接进去观察检查,并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验;利用地球物理勘探技术,测定基岩的弹性模量、弹性波速、地震波的衰减系数等,对比这些参数在灌浆前后的变化,借以判断灌浆质量和效果。
结束语
随着社会经济的不断发展,水利水电工程建设数量与规模都出现了明显的增加与扩大趋势,对水利水电工程防渗技术的要求也越来越高。防渗工程的施工质量是否达到设计要求,直接影响工程的经济、社会效益和运行安全,因此,针对水利水电工程防渗技术的施工质量控制要点进行深入研究,就有着十分重要的现实意义。
论文作者:曾勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/12
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