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        努爾加水庫大壩基礎(chǔ)防滲灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)及施工分析

        2021-07-05 05:22:54
        地下水 2021年3期
        關(guān)鍵詞:單排基巖壩基

        陳 剛

        (新疆昌吉市三屯河流域管理處,新疆 昌吉 831100)

        攔河大壩是水庫工程的核心建筑物,其設(shè)計(jì)工程包括壩基、混凝土基座、防滲墻、護(hù)坡、壩頂公路等多個(gè)結(jié)構(gòu),且對(duì)整體的安全穩(wěn)定性、防滲性等要求很高,壩基是這一切的基礎(chǔ),因此對(duì)壩基防滲而采取的灌漿設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)是一項(xiàng)及其重要且復(fù)雜的工作。

        1 工程概況

        努爾加水庫位于昌吉市境內(nèi)三屯河上,總庫容6 844萬 m3,工程規(guī)模為中型,等別屬Ⅲ等。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩,總長486.7 m,壩高超過70 m。工程位于強(qiáng)震區(qū)(烈度Ⅷ度),故建筑物級(jí)別提高一級(jí),為2級(jí)建筑物,洪水標(biāo)準(zhǔn)不變。經(jīng)地質(zhì)勘測(cè):壩基巖體屬弱透水巖體,為保證承載力和防滲性,專家組決定對(duì)大壩左壩肩、河床段和右壩肩段進(jìn)行固結(jié)和帷幕灌漿,按照透水率q≤5Lu控制設(shè)計(jì)。

        2 灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)分析

        2.1 基礎(chǔ)開挖

        努爾加水庫所在位置河床寬220 m,在河床左側(cè)陡崖下普遍分布有寬30 m、厚5~8 m含土砂礫石。在樁號(hào)0+240范圍發(fā)育一條河床深槽,寬約60 m,最大深度為12 m,上部為2.5 m河床覆蓋層,河谷基巖面平整,覆蓋巖性主要為含漂石砂卵礫石,下部基巖為砂礫巖。

        本項(xiàng)目心墻基座基礎(chǔ)開挖深度較大,因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)開挖分兩層進(jìn)行,每層臺(tái)階高度為3~5 m。

        2.2 固結(jié)灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)

        2.2.1 灌漿分區(qū)設(shè)計(jì)

        本項(xiàng)目壩基固結(jié)灌漿防滲處理深度按5 Lu及水頭的1/3深度控制,根據(jù)基巖位置、裂隙、滲透性的不同,共分為以下3個(gè)灌漿區(qū):

        (1)左岸基巖,其透水率q=0.2~3.38 Lu,滲透系數(shù)2.08~2.77×10-4cm/s,該段巖石屬弱透水,設(shè)計(jì)灌漿深度10~15 m;

        (2)河床壩基,巖石屬弱透水,q<5 Lu下限位于基巖面以下5~15 m,設(shè)計(jì)灌漿深度20~25 m[1];

        (3)右岸基巖,在基面以下11~15 m深度,透水率q<5 Lu,設(shè)計(jì)灌漿深度20~25 m。

        2.2.2 灌漿孔設(shè)計(jì)

        (1)左岸巖基滲透率最低,且深度小,因此設(shè)計(jì)單排灌漿孔即可,采用矩形布置,間距設(shè)計(jì)為3.0 m;

        (2)河床壩基受水力作用最明顯,且對(duì)壩體穩(wěn)定性影響最大,所以設(shè)計(jì)5排灌漿孔,采用矩形布置,行間距均設(shè)計(jì)為3.0 m;

        (3)右岸基巖總情況適中,設(shè)計(jì)3排灌漿孔,采用矩形布置,行間距均設(shè)計(jì)為3.0 m。

        2.2.3 漿液材料設(shè)計(jì)

        (1)水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥,水泥要求出廠日期不超過3個(gè)月,且無受潮、結(jié)塊問題。細(xì)度要求通過80 μm方篩余量不得超過5%[2];

        (2)漿液外加劑有3類,速凝劑選用水玻璃、氯化鈣、硫酸鈉等均可;減水劑選用萘系類、聚羧酸類均可;穩(wěn)定劑選用膨潤土,具體摻入量可通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

        2.3 帷幕灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)

        2.3.1 灌漿孔距設(shè)計(jì)

        帷幕灌漿孔距D與漿液擴(kuò)散半徑R有直接關(guān)系,具體計(jì)算公式見(1)(2)[3]。計(jì)算得R=1.05 m,取值1.0 m,D=1.73 m,取值1.5 m。

        (1)

        D=2R·cos30°

        (2)

        式中:K為土體滲透系數(shù);t為灌漿持續(xù)時(shí)間,h;u1/u2為水與漿液粘滯系數(shù),取0.15;H為注漿最大水壓力;r為輸漿管半徑,10 mm;n為土體孔隙率,20%。

        2.3.2 不同部位帷幕灌漿設(shè)計(jì)

        (1)右岸帷幕設(shè)計(jì)

        本項(xiàng)目右岸壩基6~26 m深度范圍內(nèi)的含土砂卵礫石采用混凝土防滲墻處理,因此設(shè)計(jì)在墻下設(shè)單排帷幕灌漿即可[4],灌漿深度12~20 m。

        (2)壩肩帷幕設(shè)計(jì)

        左壩肩在溢洪洞開挖后形成壩頂平臺(tái),設(shè)計(jì)直接在平臺(tái)進(jìn)行帷幕灌漿,灌至溢洪洞右邊墻,灌漿長度約19 m,深度10~15 m,單排帷幕;右壩肩在地面高程處帷幕灌漿,帷幕中心線與心墻軸線重合,灌漿長度約16.5 m,深8~10 m,單排帷幕。

        (3)壩基帷幕設(shè)計(jì)

        本項(xiàng)目在壩體中心設(shè)計(jì)瀝青混凝土心墻,因此壩基位置帷幕設(shè)計(jì)在防滲墻底部,灌漿長度423.4 m,深15~29 m,單排帷幕。

        3 灌漿施工要點(diǎn)分析

        3.1 固結(jié)灌漿施工要點(diǎn)分析

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在瀝青心墻基礎(chǔ)范圍內(nèi)進(jìn)行鋪蓋式固結(jié)灌漿,共2排,排距為2.0 m,孔距3 m,呈矩形布置,深度為5 m,灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤5 Lu,具體施工要點(diǎn)如下:

        (1)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔,孔徑為91 mm。當(dāng)每一孔段鉆孔完畢后,待監(jiān)理、業(yè)主一同驗(yàn)收合格后再進(jìn)行后續(xù)鉆孔及裂隙沖洗,要求孔內(nèi)殘留物厚度不得大于20 cm,裂隙沖洗至回水澄清后10 min結(jié)束[5];

        (2)抽取有代表性鉆孔進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn),要求抽取率不低于10%,試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)為灌漿壓力的80%,要求吸水量最大值與最小值之差小于10%;

        (3)本項(xiàng)目固結(jié)灌漿孔按照“先下游、后上游”原則進(jìn)行施工,為防止塌孔和相互干擾,在每一排上分三序進(jìn)行,先Ⅰ序,中Ⅱ序,后Ⅲ序(見圖1所示)。

        圖1 固結(jié)灌漿孔序施工示意圖

        (5)灌漿注入率與壓力有著直接關(guān)系,本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)4級(jí)壓力,具體試驗(yàn)詳情見表1所示。在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力情況下,單位吸漿量不大于0.4 L∕min時(shí),再延續(xù)30 min即結(jié)束灌漿。

        表1 灌漿注入率與壓力關(guān)系參考值

        3.2 帷幕灌漿施工要點(diǎn)分析

        本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在混凝土防滲墻施工完成后,利用墻體中預(yù)埋鋼管的孔位上進(jìn)行。因此孔洞位置、順直通暢度、深度等參數(shù)必須保證,在此不再詳述。本項(xiàng)目帷幕灌漿施工要點(diǎn)如下:

        (1)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用XY—2型鉆機(jī)鉆孔、YJ—340攪拌機(jī)制漿、YZ—180M型泥漿泵純壓式灌漿,水囊止?jié){塞止?jié){,成都西易自動(dòng)記錄儀測(cè)定灌漿壓力和灌漿量[7];

        (2)帷幕灌漿設(shè)計(jì)分三序孔施工(見圖2),按“自上而下”分段造孔,其中1序孔作為先導(dǎo)孔先行施工,逐孔段取樣,采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn),了解基巖透水率后確定帷幕灌漿入巖深度;

        圖2 帷幕灌漿孔序施工示意圖

        (3)采用“純壓式”進(jìn)行灌漿,混凝土和基巖接觸部位先進(jìn)行單獨(dú)灌漿并待凝,接觸段長度為2m,以下每段長度為5m,帷幕灌漿孔底段必須伸過設(shè)計(jì)帷幕線;

        (5)當(dāng)某一孔段在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的情況下,單位吸漿量不大于0.4 L/min時(shí),再延續(xù)60 min,或單位吸漿量不大于1 L/min時(shí),再延續(xù)90 min,即結(jié)束灌漿;

        (6)在每個(gè)灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后,采用“分段壓力灌漿封孔法”對(duì)灌漿孔進(jìn)行封孔,封孔壓力采用該孔段的灌漿壓力。

        本項(xiàng)目固結(jié)灌漿和帷幕灌漿質(zhì)量檢查以分析檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主,結(jié)合鉆孔取芯資料、施工記錄、成果資料等綜合評(píng)定。在各單元工程灌漿全部結(jié)束14 d后,進(jìn)行檢查孔施工。檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

        表2 固結(jié)、帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)成果表

        4 結(jié)語

        努爾加水庫基礎(chǔ)通過采取固結(jié)灌漿和帷幕灌漿手段,保證了透水率q≤5 Lu,為后續(xù)壩體施工提供了良好基礎(chǔ)。灌漿技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出了很高要求,而且由于地質(zhì)條件差異,其設(shè)計(jì)和施工參數(shù)也會(huì)存在很大差別,且需要在施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,因此不可照搬其他工程經(jīng)驗(yàn)。

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