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        高壓擺噴灌漿在永固水庫(kù)加固工程中的應(yīng)用

        2010-05-29 09:23:56李金冰
        治淮 2010年6期
        關(guān)鍵詞:施工

        潘 強(qiáng) 李金冰 周 松 劉 鵬

        一、概述

        永 水庫(kù)地處淮北平原蕭縣東南部山丘區(qū),屬新汴河水系,主要任務(wù)是防洪、灌溉,兼有養(yǎng)殖、旅游等綜合效益。水庫(kù)總庫(kù)容442萬(wàn)m3,壩址以上控制流域面積15.2km2,下游有永 、閘河2座煤礦以及永 鎮(zhèn)和永馬、永塑公路,防洪保護(hù)人口1.5萬(wàn)。

        永 水庫(kù)建于1958年,大壩系均質(zhì)土壩,最大壩高18m,壩長(zhǎng)450m。壩身上部主要成分為中~重粉質(zhì)壤土,密實(shí)度好,抗?jié)B性能強(qiáng);壩身下部為粉質(zhì)粘土,結(jié)構(gòu)松散且含有大量碎石,防滲能力較差,K平均=2.90×10-4cm/s;壩基為弱風(fēng)化石灰?guī)r,上部裂隙較發(fā)育,風(fēng)化層厚度在0.5~2.2m之間,下部巖芯完整,為相對(duì)隔水層。由于大壩建設(shè)期間清基不徹底且壩基未設(shè)防水槽,粘土夾碎石層及壩基表層存在多處滲水通道。經(jīng)50多年運(yùn)行,上、下游壩坡多處出現(xiàn)不同程度塌陷,下游壩腳出現(xiàn)多處散浸出逸點(diǎn),滲漏比較嚴(yán)重的是0+050~0+260段,共發(fā)現(xiàn)9處滲水,出逸點(diǎn)高程在43.062~44.145m之間,計(jì)算滲透比降最小達(dá)到0.353。1987年6月,庫(kù)水位51.2m時(shí)用三角堰測(cè)得滲漏量達(dá)1396m3/h,經(jīng)1987年、1988年應(yīng)急處理后,大壩滲漏量有所減少,1988年11月庫(kù)水位49.5m時(shí),滲漏量為61.2m3/h。1991至今,在汛期庫(kù)水位54.7m時(shí),滲漏量又有所增加,最大年份達(dá)480m3/h,大壩防滲加固迫在眉睫。

        二、大壩防滲方案的選擇

        由于永 水庫(kù)大壩滲漏主要集中在老河槽段壩身下部粉質(zhì)粘土夾碎石層及基巖表層,局部深度已達(dá)5.5m,壩基下部弱風(fēng)化石灰?guī)r強(qiáng)度高、防滲性能好,可作為壩基的不透水底板,所以推薦采用垂直防滲方案,在綜合考慮各種垂直防滲方案優(yōu)缺點(diǎn)及投資之后,最終選定高壓擺噴灌漿防滲方案進(jìn)行大壩防滲加固。

        1.塑性混凝土防滲墻方案

        塑性混凝土防滲墻防滲是利用專用的造孔設(shè)備營(yíng)造孔槽,采用泥漿護(hù)壁,用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆筑混凝土并置換出泥漿,形成墻體。適用于粘性土、砂層和砂礫石層,是透水體防滲處理的一種有效措施,處理深度可達(dá)50m,工程質(zhì)量易于控制和保證。墻體連續(xù)性好,防滲性能可靠,墻體為塑性,耐久性好,可適應(yīng)壩體的變形與壩身土結(jié)合緊密。缺點(diǎn)是施工時(shí)需填筑10m寬施工平臺(tái),完工后需清理平臺(tái)土方,造價(jià)高。

        2.采用粘土井柱防滲墻方案

        粘土井柱防滲墻是沿壩軸線附近用沖抓錐造孔,把原壩體內(nèi)的雜填土、軟弱層抓出,形成直井后回填粘性土,并用重錘夯實(shí)后形成一道連續(xù)的粘土心墻,同時(shí)造孔夯實(shí)過(guò)程中對(duì)井壁周圍的土體有擠密壓實(shí)作用,使其密度增加,滲透系數(shù)減少,從而達(dá)到防滲目的。防滲墻可采用雙排φ1200mm井柱,孔距650mm,排距900mm。粘土井柱防滲心墻能解決壩身與壩基的防滲問(wèn)題。但其在施工過(guò)程中由于庫(kù)水位的影響,存在著井壁坍塌問(wèn)題,多用于15m以下的均質(zhì)土壩。

        3.多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案

        表1 永 水庫(kù)加固工程設(shè)計(jì)防滲處理方案比較表

        表2 高壓擺噴灌漿工藝參數(shù)

        多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴入土體,同時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌,使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起,形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高的多,滲透系數(shù)較小,并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體,搭接成一列形成連續(xù)墻體起到截滲作用。

        多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案取材方便,施工工序少,速度快,工效高,成墻價(jià)低,耐久性好,受庫(kù)水位影響較小。方案適用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高而地基承載力小于120kPa的粘性土、粉質(zhì)粘土、粉土和砂土等軟弱地基,深度不大于18m。缺點(diǎn)是施工過(guò)程中遇到雜石、其他障礙物以及土層容重過(guò)大時(shí),處理難度較大。

        4.高壓擺噴灌漿防滲墻方案

        高壓擺噴灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流沖擊、切割、破碎地層土體,并以水泥為基質(zhì)漿液充填、摻混于其中使其形成較厚的板墻狀的凝結(jié)體,用以提高地基防滲能力或承載能力的施工技術(shù)。高壓擺噴灌漿比高壓定噴灌漿形成的凝結(jié)體厚,比高壓旋噴灌漿耗漿(灰)量小。防滲墻整體性好,不需進(jìn)行深大基坑開(kāi)挖,對(duì)壩體穩(wěn)定有利;造價(jià)相對(duì)塑性混凝土地下連續(xù)墻較低;可在高水位情況下施工,工期短,受氣候影響小,施工導(dǎo)流及排水工作量小。缺點(diǎn)是對(duì)施工技術(shù)要求高,施工單位技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)應(yīng)相對(duì)成熟。

        永 水庫(kù)防滲加固工程設(shè)計(jì)處理方案比較見(jiàn)表1。

        與其他三種防滲方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能比較后,高壓擺噴灌漿具有工效較高、設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下,具有不需開(kāi)挖、工作所需場(chǎng)地小的優(yōu)勢(shì),大大降低了施工難度。綜合比較后,推薦采用高壓擺噴防滲加固方案。

        三、高壓擺噴防滲墻設(shè)計(jì)

        1.試驗(yàn)

        為確保本次高壓擺噴灌漿達(dá)到預(yù)計(jì)的防滲、加固的效果,在水庫(kù)大壩未加固之前,首先進(jìn)行高壓擺噴試驗(yàn),即預(yù)先在大壩樁號(hào)0+150~0+220段開(kāi)展單樁及多樁不同布置的成樁試驗(yàn),確定防滲墻結(jié)合型式及高噴孔距,以確保圍井試驗(yàn)的成功。初步試驗(yàn)結(jié)果表明,確定高噴墻結(jié)合型式采用擺噴折接,孔距1.2m,成墻質(zhì)量較好,可以滿足防滲墻最小厚度要求。而后又選擇地質(zhì)條件有代表性的大壩0+010~0+030段,距大壩軸線15.485m(地質(zhì)情況較為復(fù)雜、碎石層較厚),形成一高噴圍井,在圍井中心布置檢查孔進(jìn)行注水試驗(yàn)(圍井按不同的孔距1.2m、1.6m共布置擺噴孔6個(gè),底部深入基巖1.0m,頂部至地表以下1m。檢查孔直徑130mm,鉆至相對(duì)隔水層,孔內(nèi)下φ75mmPVC管)。灌漿結(jié)束15d后進(jìn)行注水試驗(yàn),滲透系數(shù)在K1=1.53E-07~1.73E-07cm/s之間,滿足設(shè)計(jì)要求。圍井布置形式見(jiàn)圖1。

        2.高壓擺噴灌漿孔布置

        高壓擺噴灌漿孔布設(shè)于上游壩坡,防滲墻軸線與壩軸線平行,孔距1.2m,根據(jù)單樁及多樁搭接試驗(yàn)和圍井試驗(yàn)成果,采用擺噴折接型式,擺角30°,擺噴中心線與板墻中心軸線的夾角為15°;噴射孔采用間隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔相間,并在放水涵兩側(cè)加密布置的方法,實(shí)際防滲長(zhǎng)度310m。為使截滲墻與基巖良好結(jié)合,灌漿深度控制在壩基弱風(fēng)化層以內(nèi)1.0m。高噴灌漿孔成墻形式如圖2。

        3.施工及工藝技術(shù)參數(shù)

        高壓擺噴灌漿施工工序由放樣定孔位、鉆機(jī)就位造孔、拔管護(hù)壁、移鉆機(jī)、臺(tái)車就位、下噴桿、制漿接管路、開(kāi)機(jī)輸水漿氣、孔底靜噴、提升噴桿同時(shí)噴射漿液、終孔靜噴、移臺(tái)車等工序構(gòu)成。

        依據(jù)《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)灌漿,工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

        4.施工控制要點(diǎn)

        (1)孔斜控制

        孔斜控制的有效措施包括“鉆前控制+鉆進(jìn)控制”。鉆前控制即確保鉆機(jī)基座水平、立軸垂直,按設(shè)計(jì)要求放線定孔位,孔間誤差應(yīng)小于50mm。鉆進(jìn)控制是指質(zhì)檢員用水平尺檢校鉆機(jī)立軸,調(diào)整鉆機(jī)水平度與垂直度,按設(shè)計(jì)要求測(cè)量孔斜,嚴(yán)格控制孔斜率≤1%。

        (2)漿液配制與漿、水、氣的經(jīng)常性檢測(cè)

        灌漿水泥選用普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度應(yīng)大于32.5MPa。漿液使用純水泥漿,高速攪拌機(jī)攪拌時(shí)間大于30s,從制備到用完時(shí)間應(yīng)小于4h,施工前應(yīng)對(duì)灌漿材料與漿液作現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),采用重量法稱量誤差應(yīng)小于5%。

        在高噴灌漿施工過(guò)程中,應(yīng)經(jīng)常性檢測(cè)漿量、氣量與水壓,測(cè)試漿液進(jìn)漿和回漿比重,一般進(jìn)漿密度、回漿密度每20min測(cè)量記錄一次,水壓由專人不間斷進(jìn)行觀察。

        (3)中斷噴漿的處理

        高噴灌漿應(yīng)全孔作業(yè),當(dāng)因拆卸噴射管或事故造成注漿中斷,恢復(fù)噴漿時(shí),必須按規(guī)范進(jìn)行一段長(zhǎng)度的復(fù)噴,以保證截滲墻的連續(xù)性和可靠性。

        (4)靜壓回灌

        在高噴施工中噴射結(jié)束后,必須連續(xù)將回漿(若回漿不夠時(shí)用新攪拌的漿液)回灌至孔內(nèi),直至孔內(nèi)液面不下降為止。

        5.應(yīng)用效果

        永 水庫(kù)除險(xiǎn)加固后于2009年5月蓄水后,原滲漏嚴(yán)重的0+050~0+260處下游壩坡未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏現(xiàn)象。2009年8月,安徽省水利工程檢測(cè)中心站分別采取現(xiàn)場(chǎng)探地雷達(dá)、探坑、現(xiàn)場(chǎng)注水與室內(nèi)試驗(yàn)等方法對(duì)截滲墻進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果表明:探坑處墻體連續(xù),搭接良好,墻體材料較均勻;全壩段截滲墻雷達(dá)反射波形表現(xiàn)為高頻低幅特征,同相軸連續(xù),水泥土截滲墻均勻且連續(xù),成墻質(zhì)量較好。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)測(cè)得墻體的滲透系數(shù)在 8.46×10-8~1.09×10-7cm/s之間;室內(nèi)試驗(yàn)恒定水頭壓力控制在1.5~2.0MPa時(shí)測(cè)定墻體的滲透系數(shù)在4.47×10-7~6.28×10-7cm/s之間;墻體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在4.13~7.13MPa之間。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

        四、結(jié)語(yǔ)

        高壓擺噴灌漿技術(shù)適用范圍廣,可行性高,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工效高、造價(jià)低于混凝土防滲墻等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)較靜壓灌漿具有顯著的優(yōu)越性,與其他工法相比,具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),為處理堤壩基礎(chǔ)防滲提供了一個(gè)新的途徑。在其他工程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)須選取較有代表性的大壩壩體分別開(kāi)展單樁、多樁以及圍井試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)修正設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù),從而取得符合工程實(shí)際情況的施工工藝參數(shù),作為施工控制的依據(jù)。同時(shí),還必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,尤其在造孔及灌漿噴射過(guò)程中,監(jiān)理人員應(yīng)24h每孔跟班,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理■

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