固结灌浆试验报告

1、中宁县长山头水库除险加固工程固结灌浆试验报告红宝实业2010年4月批准：审查：校核：编写：协作单位：西北水利水电工程有限责任公司目录1概况.41.1工程概况 .41.2工程地质概况 .41.2.1坝址区地形地貌及物理地质现象.41.2.2水文地质 .41.2.3受灌体地质条件 .42 灌浆试验区布置 .52.1试验地段选择 .52.2孔位布置 .53 施工进度及完成工程量 .63.1施工进度 .63.2完成工程量 .64 施工组织 .74.1劳动力组织 .74.2设备投入 .74.3现场布置 .74.3.1施工用风 .74.3.2施工用水 .74.3.3施工用电 .84.3.4制浆站 .84.

2、3.5施工道路 .84.3.6施工通讯 .84.3.7施工总平面布置图 .84.4施工质量、职业健康安全、环境保护管理 .104.4.1施工质量管理 .104.4.2职业健康安全管理 .114.4.3环境保护管理 .135 灌浆试验施工方法 .155.1施工依据 .155.2施工流程 .155.3抬动观测孔施工 .165.4固结灌浆孔施工 .175.4.1造孔 .175.4.2洗孔 .175.4.3简易压水 .175.4.4 灌浆 .175.4.5 封孔 .195.5试验检查孔 .206灌浆试验成果分析 .216.1各序孔压水试验成果分析 .216.2各序孔单位注入量分析 .216.3抬动观测

3、分析 .216.4钻孔取芯分析 .217结论 .228附件 .231 概况1.1 工程概况长山头水库位于黄河一级支流清水河下游、中宁县城南20km 处的长山头狭谷入口出处，坝址以上流域面积 14171km2，多年平均径流量 1.24 亿 m3，多年平均输沙量 3390 万t。1959 年 3 月开工建设， 1960 年 8 月建成，工程的主要任务是防洪、拦沙、淤泥综合利用，由主坝、副坝、输水涵洞组成。主坝先后经 4 次加高，现溢流坝顶高程1268m，坝高 30m。根据设计文件，对主坝进行固结灌浆加固。在固结灌浆开始前，先施工固结灌浆试验，以论证和推荐合理的施工参数。1.2 工程地质概况坝址区地

4、形地貌及物理地质现象坝址区属长山头及烟洞侧的低丘陵地貌，清水河切穿山体北流， 狭窄，两岸地形较陡，地下水有腐蚀性。水文地质长山头水库地处西北陆干旱区，受大陆西风气流控制，呈现大陆性气候特征，春季短且干旱多风，沙尘多，冬季干燥，严寒而漫长，降水量少，区域气温较大，无霜期短，降水量少，蒸发量大。受灌体地质条件固结灌浆受灌体为主坝坝体。主坝由溢流坝段和非溢流坝段组成，为浆砌与干砌石混合砌筑的砌石重力坝。坝顶高程 1265.7m，坝顶总长 126.5m，其中溢流坝段长 64.0m，顶面高程 1261.20m,上游坝坡 1:0.45，下游坝坡 1:1.2，上、下游坝坡各有厚 1.5m 的 1:2:9 水

5、泥白灰浆砌块石，包干砌块石，其中上、下游坝坡的第二层为 1：3 石灰砂浆砌块石 1.5m 厚，坝基基础部分（除输水洞底部分外）均为 1： 2： 9 水泥白灰砂浆砌大块石，厚 4.0m。2 灌浆试验区布置2.1 试验地段选择根据设计图纸结合现场条件，在溢流坝顶部选择固结灌浆试验地段，桩号0+0700+074m，孔口高程 1266.71267.7m。2.2 孔位布置试验区钻孔布置型式：采用二个施工次序，等腰三角型布置型式。如下图所示。m0.4T图例：G2-4I-2G2-T1I 序孔J II 序孔G2-J1G2-3I-2T 抬动观测孔G2-2II-2J 检查孔407700+00图 2-1固结灌浆试验

6、孔位布置图3 施工进度及完成工程量3.1 施工进度试验孔钻孔灌浆于2010 年 4 月 10 日开钻，先施工抬动观测孔，再施工灌浆孔。灌浆孔施工于 2010 年 4 月 16 日完成。布置检查孔1 个，于 2010 年 4 月 19 日 2010 年 4 月20 日完成。灌浆试验共历时11 日历天。3.2 完成工程量主要完成工程量见表3-1。表 3 1灌浆试验主要完成工程量表序号项目名称单位工程量备注设计实际1抬动观测孔m31311 孔2固结灌浆孔m88.8903 孔3检查孔m29.829.81 孔4镶注孔口管个333 孔5压水试验段24244 孔4 施工组织4.1 劳动力组织根据本次固结灌浆

7、试验的特点和工期要求，派遣对灌浆施工作业经验丰富的工程技术管理人员和技术精炼的操作工人，连续24 小时分班作业，劳动力配置见表4-1。表 4-1劳动力配置表序号岗位单 位数 量备注1施工负责人人12技术负责人人13质检员人24安全员人15班长人26记录员人27钻探工人108灌浆工人89空压工人210修理工人211辅助人员人4合计人354.2 设备投入根据工期要求和地层特性配置设备，机械设备资源配置见表4-2。表 4-2机械设备资源配置表序号名称型号或规格单位数量备注1空压机23m3/min台12地质钻机XY-2PB台23潜孔钻机台34灌浆泵BW200/40台45制浆机800L台16储浆搅拌机4

8、00L台37灌浆自动记录仪GMS2004 一拖八套18施工车辆辆14.3 现场布置施工用风采用 23m3/min 空压机集中供风。施工用水采用潜水泵抽取水质合格的河水。施工用电从附近变压器低压侧接引， 分别在各辅助系统设置简易配电柜，并根据安全用电要求，各配电柜都安装漏电保护器，并做到一机一闸一保护。制浆站在右岸非溢流坝段上游空余场地设制浆站，安装 1 台 800L 制浆机，制备水灰比为 0.5 ：1 的纯水泥浆液，输送到各灌浆作业面。在使用前测定供浆密度，根据需求掺加适量水调制使用。制浆站如图 4-1 所示。图 4-1集中制浆站布置示意图根据现场情况，水泥库搭建采用钢管或木材搭建，在地面铺设

9、20cm 木板或架空地面30cm以上，防止水泥受潮结块变质，同时配备防雨布遮盖，确保工程施工时不受影响。施工道路利用现有的施工道路。施工通讯利用手机和外界保持通讯。施工总平面布置图见图 4-2。试验区9临时库房制浆站空压机变压器4.4 施工质量、职业健康安全、环境保护管理施工质量管理严格执行 GB/T19001-2000 idt ISO9001： 2000质量管理体系要求，重视“过程控制”和“质量记录” ，建立有效运作的质量保证体系（见图4-3），做到试验产品的合格率达到 100%，图 4-3质量保证体系框图（1）全面动员，确保施工质量组织有能力、有经验的施工技术人员学习掌握设计技术文件及有关

10、规程规，编制施工组织措施，确保技术先进、工艺简单、经济合理。强化管理，规制度：强化部管理，制定全方位的项目管理办法，优化项目部运作机制，以现代企业模式进行施工管理。及时、果断作出决策：施工负责人常驻现场，对有关问题及时、果断作出决策，确保施工顺利进行，为保质、保量完成任务提供可靠的保证。（2）过程控制对所购材料和施工设备进行到货检验；对天然建材进行物理力学试验，以检验其性能是否满足设计要求，严防不合格材料进入施工场地；按照施工工艺要求对每一工序质量进行控制，严防不合格工序进入下一工序，每一工序找出质量控制要点进行重点控制，施工过程执行 “三检制 ”。对所有原始记录、中间成果资料及最终成果资料进

11、行质量控制，以完备的质量“三检制”和成果资料逐级审签制度保证工程资料的质量。（3）原材料质量控制所有材料均有出厂合格证和材质检验单，使用前进行严格的检验，并要有全面、详实的材质检验报告。（4）预防和处理质量事故由于客观原因造成质量缺陷时，及时上报并作详细记录，征得有关各方同意后，严格按照批准的补救措施进行处理，确保工程不留质量隐患。职业健康安全管理严格执行 GB/T28001-2001职业健康安全管理体系规，按照 “安全第一， 预防为主 ”的安全管理方针，建立安全管理体系，见图4-4。图 4-4安全管理体系框图（1）制定安全生产责任制以现代施工企业管理科学化、程序化、制度化为标准，严格按照“管

12、生产必须管安全 ”的管理原则，逐级签定安全生产责任书，做到“层层有专责，事事有人管”。确保责、权到人，实现管生产和管安全双线并轨的一体化管理。（2）交通安全管理规定制定交通安全管理规定。包括当班专人专车制、车况检查维护制、驾驶员考核制及载人值班车管理规定等。（3）施工用电安全管理办法工区施工用电线路管理采取一级管理两级维护的管理模式。a、电工必须按停、送电作业程序进行施工操作，严格执行电工作业“三票 ”制度，实行挂牌和人员监护制。b、制定停、供电的程序及应急措施。（4）劳务安全管理规定所有临工人员进场时必须经审查符合要求，并具有强烈的安全施工意识，签定合同时必须有安全条款，必须“小三证 ”齐全

13、，并且买人身保险，经三级入场安全教育后持证上岗。（5）劳保用品管理办法员工劳保用品按国家有关规定并结合施工实际需求情况进行发放。（6）机械设备管理办法对施工设备的安全运行、维护保养及修理报废做出详细的规定。（7）检查评比考核制度根据天气、季节及施工需要，定期地组织安全大检查、设备安全大检查和不定期地组织其它专项安全检查，检查的结果以安全检查整改纪要下发。各施工作业队按隐患 “三定 ” （定时限、定措施、定人员）整改原则进行整改。月末，按各队隐患条数对各单位进行评比考核。安全监察部和专职安全员做好日常巡查工作并认真填写安全员日巡查记录。安全员严格按照“三工制” （班前、班中、班后检查）对作业面进

14、行检查。（8）安全教育与培训制度主要包括施工人员三级入场教育、特殊工种业务再培训及考核、各级安全管理人员培训等。对考试合格的员工发上岗证，统一持证上岗。（9）安全生产考核办法及实施细则为规管理，控制人的不安全行为， 提高全员的安全意识和素质， 按“奖先惩后 ”的原则，制定与安全管理办法相配套的安全生产考核办法及奖惩实施细则，对各作业组、个人进行考核、奖罚。（10）危险源识别及预防监控措施根据本工程生产活动情况，制定危险源清单，见表4-1 。表 4-1危险源识别清单序号过程 /活动危险因素可能导致的事故后果备注1施工用电配电箱设置不规、电线老化漏电，触电，火灾2材料库房、施工现堆放杂乱，无防火设

15、施；氧气瓶火灾序号过程 /活动危险因素可能导致的事故后果备注场动火作业与乙炔瓶无安全距离，消防器材不足，明火3高处作业搭设不规、临边、四口无防护；高处坠落、人员伤害重大危险源工具、材料、设备坠落违规作业预防控制措施：应在施工区域围划定明确的施工安全界线，四周设立护栏， 禁止外人进入施工现场。作业时应在危险区设立明显的安全警示标志。作业人员进入施工现场必须佩带安全帽、绝缘手套等劳动防护用具。现场应设专职安全检查员随时检查，发现安全隐隐及时排除。针对重大危险源建立本工程应急救援预案，成立应急救援小组，配备救援器材及设备，对事故前兆做好预控，发生事故后的全力开展救援及事故处理工作。环境保护管理严格执

16、行 GB/T24001-2004 idt ISO14001：2004环境管理体系建立环境保护管理体系，见图 4-5。要求及使用指南，图 4-5环境保护管理体系框图（1）工程环境保护规划根据本工程施工的特点和要求，在工程开工时，将对工程施工过程中，可能会对环境保护、水土保持、人群健康造成污染和影响的工程项目、污染源、工序、工艺进行预测评估，并做出治理措施和工程环保总体规划。（2）环境保护管理办法主要包括各级管理部门和管理人员的环保职责；监督检查实施细则；考核、奖罚标准以及环保监察员的工作程序。（3）检查、报告制度定期进行环保大检查和日常巡查，并做好记录和跟踪验证工作，对工程施工过程中存在的重大环

17、保治理问题，以书面的形式向上级主管部门汇报。（4）文明施工，工完场地清严格按照项目CI 形象设计，规操作，文明施工。工作面材料摆放整齐，管线路规、分明，场面完工及时清理，把“工完场地清”作为企业文明施工验收的强制性标准。（5）制定环境因素控制清单及预防监控措施根据本工程生产活动情况，制定环境因素清单，见表4-2 。表 4-2环境因素识别清单序号活动或设施名称环境因素排放去向备注1机油、润滑油遗撒、 油油污染污染水体、土体棉纱丢弃2生活垃圾、污水排放水体、土壤污染污染水体、土体重要环境因素预防监控措施：严禁随地大小便；在临时仓库、临时生活办公场所等区域，设置固定的工地厕所，并采取定期清扫、消毒、

18、灭蚊蝇等措施，确保环境卫生。对油毡、橡胶、塑料、皮革等会产生有毒烟尘和恶臭气体的废弃物，采取收集后按环保要求集中消毁措施，禁止随意焚烧。在生活、施工区域设置垃圾收集箱并定期清理。对油料的保管和使用过程中，为防止跑、冒、滴、漏现象，加强设备的维护保养并采取收集集中处理措施，以防污染道路、场所、水源。5 灌浆试验施工方法5.1 施工依据（1）本工程设计图纸；（2）水工建筑物水泥灌浆施工技术规DL/T5148-2001 ；（3）水利水电工程钻探规程 （DL5013-92）。5.2 施工流程总施工流程：抬动观测孔固结灌浆试验孔试验检查孔抬动观测孔施工流程：全孔一次性成孔安装管安装外管固结灌浆试验孔施工

19、流程：I 序孔 II 序孔，单孔流程见图5-1。图 5-1固结灌浆试验孔单孔施工流程图试验检查孔施工流程：钻孔至第一段（孔口以下5m）洗孔单点压水试验钻孔至下一段（段长5m）洗孔单点压水试验 终孔段（段长不大于6m）洗孔单点压水试验全孔灌浆封孔5.3 抬动观测孔施工为及时控制洗孔、压水、灌浆等过程可能出现的地表抬动破坏，先施工抬动观测孔，对洗孔、压水、灌浆、封孔全过程进行抬动变形观测。抬动观测孔孔径91mm，孔向铅直，孔深31m，采用小口径金刚石清水钻进，一次性钻至设计孔深，下入 25mm 镀锌管至孔底。用M10 水泥砂浆在孔底锚固，长度1m。再下入 80mm 外管，对外管与孔壁之间回填细砂，

20、在孔口浇筑一小块混凝土平台放置抬动观测孔千分表。抬动观测装置详见图5-2。图 5-2抬动观测装置图5.4 固结灌浆孔施工造孔（1）孔位：根据设计图纸测量放线，平面误差不大于10cm。（2）孔径：设计文件规定孔径不小于38mm，实际开孔孔径 91mm，终孔孔径 75mm。（3）孔深：按不下于设计孔深控制。（4）孔向：孔向铅直，开钻前用水平尺校正钻孔方向。（5）钻孔机械：根据固结灌浆试验区和当地实际地形地貌，选用探矿机械厂生产的XY-2PB 型地质钻机。（6）钻进方法：对于孔口有覆盖层的孔，先镶注孔口管。待凝后采用小口径金刚石清水钻进。根据设计文件采用自下而上分段灌浆的方法，一次性成孔。但因灌浆试

21、验需取各段灌前透水率值对比分析，自上而下分段钻孔、洗孔、简易压水，终孔后自下而上分段灌浆。洗孔钻孔至段位后用灌浆泵进行压力水裂隙冲洗，孔底沉积厚度不得超过20cm，冲洗时间可至回水清净时止。洗孔压力为各段设计灌浆压力的 80%，该值若大于 1MPa 时，采用1MPa。自下而上分段灌浆前， 先连同孔底段一起进行全孔冲洗， 压力为该孔孔底段洗孔压力。简易压水各段钻至段位洗孔后进行简易压水。简易压水采用 GMS2004 灌浆自动记录仪记录。压力为灌浆压力的 80%并不大于 1Mpa，压水时间 20min，每 5min 测读一次压入流量， 取最后的流量值作为计算流量， 其成果以透水率 q 表示，单位为

22、吕荣。计算式： q=Q/(P×L)q透水率，单位LuQ计算流量，单位L/minP压力表压力 (MPa)压力表距地面高度（ m） /100，地下水位忽略不计。L 试段长度，单位mGMS2004 灌浆自动记录仪能自动按5min 间隔记录流量和压力，并自动计算出透水率。灌浆（1）灌浆材料灌浆材料采用高抗硫水泥P.o 42.5级水泥，灌浆用水采用水质合格的河水。（2）灌浆机械集中制浆： 800L 制浆机；送浆：BW200/40 型灌浆泵；储浆：400L 储浆搅拌机； 灌浆：BW200/40 型灌浆泵；记录仪： GMS2004 灌浆自动记录仪。灌浆机械布置图见图5-3。图 5-3灌浆机械布置图

23、（3）制浆采用 800L 搅拌机集中制浆。浆液搅拌均匀并测定浆液密度。纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，不少于3min；浆液在使用前过筛，自制备至用完的时间小于4h。浆液温度不低于 5。（4）灌浆方法固结灌浆试验采用自下而上分段孔循环式灌浆方法，射浆管距段底不大于50cm。（5）灌浆段长及压力自孔口每隔 5m 分一段。孔底剩余段最大段长不宜大于6m，否则分两段。固结灌浆段段长及压力划分见5-1。表 5-1固结灌浆段长及灌浆压力划分表段 次1(孔底段 )23456（孔口段）段长（ m）555555孔深（ m）30252015105压力（ Mpa ）0.70.60.50.40.30.2（6）

24、灌浆水灰比本次固结灌浆试验灌浆水灰比采用21、11、 0.8 1、 0.6： 1、 0.5 1 五个浆液比级，开灌水灰比为21。浆液遵循由稀到浓的原则，浓度变换条件按下述标准执行：灌浆压力保持不变，注入率持续减小时；或注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比。某一比级的浆液灌注量达 300L 以上时或灌注时间已达 1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时变浓一级浆液。注入率大于 30L/min 时，根据具体情况越级变浓一级浆液。（7）结束标准在设计压力下，当注入率不大于1L/min 时，连续灌注 30min 即可结束。（8）特殊情况处理灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、表

25、面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。固结灌浆过程中发生串浆时， 如串浆孔具备灌浆条件， 采取一泵一孔同时进行灌浆，否则将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫扎、冲洗，而后继续钻进或灌浆。灌浆作业连续进行，若因故中断，按下述原则处理：a.尽快恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔，再恢复灌浆；若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，再恢复灌浆；b.恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，即可改用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，逐级加浓浆液继续灌注；c 恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在短时间停止吸浆，采取补救措施。灌浆段注入量

26、大而难以结束时，可选用下列措施处理：a.低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；b.灌注速凝浆液；灌浆过程中如回浆变浓，可换用相同水灰比的新浆灌注，若效果不明显，继续灌注30min，即可结束灌注，不再进行复灌。灌浆孔段遇特殊情况，无论采用何种措施处理，其复灌前进行扫孔，复灌后达到规定的结束条件。封孔采用全孔灌浆封孔法封孔。即在最后一段灌浆结束后，采用0.5 1的水泥净浆置换出孔浆液，用该孔最大设计灌浆压力下持续灌注30min 结束。待凝48h 观察孔口空余段长度，若该值大于3.0m 时，使用相同方法重复封孔，直至孔口空余段小于3.0m 时再用 M20水泥砂浆人工捣实填至孔口。5.5 试验检查孔固结灌

27、浆质量检查采用压水试验检查为主，结合部分取芯检查为辅。检查孔压水试验合格标准根据规程规确定为：透水率 q5Lu。检查孔应在分析施工资料的基础上在下述部位布置：（1）断层、岩体破碎、裂隙发育等地质条件复杂的部位；（2）末序孔注入量大的孔段附近；（3）灌浆过程不正常等经分析资料认为可能对质量有影响的部位；固结灌浆检查孔的数量可为灌浆孔总数的 5%。检查孔的孔径一般不小于 75mm，孔深比固结灌浆试验孔浅 0.5m，孔向铅直。检查孔按灌浆孔分段的段位，自上而下分段钻孔、洗孔、压水试验（单点法） ，压力均采用孔深相应段设计灌浆压力的 80%且不大于 1MP。终孔段压水结束后全孔冲洗，进行全孔灌浆，灌浆压力采用该孔最大设计灌浆压力，封孔方法采用全孔灌浆封孔法。单点法压水试验结束标准： 在稳定的设计压水压力下， 每 35min 测读一次压入流量，连续四次读数中，当最大值与最小值之差小于最终值的 10%或最大值与最小值之差小于 1L/min 时，本阶段压水试验即可结束。6 灌浆试验成果分析6.1 各序孔压水试验成果分析I 序孔、 II序孔、检查孔压水试验成果见表6-1 。表 6-1各序孔灌前压水试验成果表孔序孔数（个）压水试验段数 （段）平均透水率（