纳达水库沥青混凝土心墙土石坝灌浆技术应用

纳达水库沥青混凝土心墙土石坝灌浆技术应用

摘要：沥青心墙土石坝基础处理是大坝防渗的关键环节，固结灌浆结合帷幕灌浆是防渗处理的常规有效措施。灌浆工艺试验的所确定的施工工艺参数，对整个大坝的灌浆施工进度及质量有着决定作用。本文通过论述贵州纳达水库的地质情况，结合固结灌浆、帷幕灌浆的工艺、措施，以及灌浆压水试验成果，分析灌浆措施在防渗处理中所取得的效果。Keys：沥青心墙土石坝；固结灌浆；帷幕灌浆；施工工艺1工程概况贵州纳达水库位于兴义市以南的仓更镇境内，南盘江支流仓更河支流岔河下游河段。水库工程规模为中型，工程等别为III等。纳达水库工程由水源工程和供水灌溉工程两部分组成。水源工程主要建筑物包括沥青心墙混合土石坝、左岸溢洪道、右岸输水隧洞等组成。沥青心墙混合土坝坝顶高程1041.2m，最大坝高81.2m，坝顶总长250m；溢洪道为开敞式，设2孔8m×5m（宽×高）表孔，堰顶高程1032.0m，溢洪道平面长325.52m；输水隧洞总长691.75m，洞身采用城门洞形，尺寸为2m×2m。固结灌浆起辅助防渗和加固基础作用。大坝混凝土基座范围内（桩号坝0-015.281～坝0+257.857）的帷幕灌浆上、下游侧各布置一排，排距为4m，孔间距为3.0m，灌浆长度为6m或10m。溢洪道控制段和挑流段范围内布置固结灌浆，间排距详见图纸，灌浆长度为6m。2工程地质条件地貌：坝址区属侵蚀深切山地地貌，地形呈“V”形发育，两岸山体高程均大于1200m，由于背斜褶曲存在，坝址左岸为斜逆向坡，右岸为斜顺向坡，自然山坡坡度约30°～60°之间。地层岩性：坝区基岩三叠系中统河口组上段（T2hb）细砂岩与灰质泥岩互层和第四系松散堆积物（Q）。三叠系中统河口组上段（T2hb）细砂岩夹灰质泥岩互层，灰色，灰质泥岩颜色稍深，薄层~中厚层状，地表大部分被残坡积层覆盖。按成因类型，本区第四系松散堆积层分为残坡积层（Q4edl）和河流冲积层（Q4al）。主要地质问题：坝基岩体以厚层状细砂岩为主，灰质泥岩夹层厚度所占比例较小，坝基岩体呈硬岩夹软岩相间的结构，坝址区小型褶皱较为发育，受其影响，坝址区岩层产状比较紊乱，据钻探资料，坝线下游基岩面起伏不大，无冲刷深坑、河床跌坎等临空面分布。坝基岩体综合强度满足设计要求。坝基岩体灰质泥岩夹层为易风化岩，开挖时须注意封堵保护。坝基岩体为陡倾角横向谷，抗滑稳定问题不突出。坝基存在渗漏问题，建议对坝基进行防渗处理，两岸坝肩自然边坡稳定。残坡积碎石土和全~强风化层边坡开挖时易失稳，施工中对边坡要进行支护处理。3生产性灌浆试验3.1灌浆试验孔的布置大坝开挖至基岩面后浇筑混凝土基座（即齿槽），齿槽呈倒T型，顶宽8米，底宽6米，厚3米，设计两排固结孔，排距4米孔距3米，居中一排帷幕孔，孔距间隔2米。整体灌浆施工前选定大坝河床段坝0+100.50m~坝0+150.50m范围为灌浆试验段，共计布设固结灌浆孔34个，帷幕灌浆孔26个（包括3个先导孔），固结检查孔2个，帷幕检查孔3个，安装抬动观测装置4套。3.2灌浆试验的目的①论证本工程采用灌浆方法在技术上的可行性、施工效果的可靠性、经济上的合理性。②试验评价固结、帷幕灌浆后地基的渗透性和抗渗透破坏能力。③推荐合理的灌浆布置，如灌浆孔排数、排距、孔距，孔深等。④推荐适宜的施工方法、施工程序、灌浆压力、灌浆材料、浆液配比与浆材性能，适宜的水灰比。⑤研究适合本工程特点与要求的灌浆质量标准和检查方法，为编制灌浆工程施工技术要求、制定验收评价标准提供技术依据。⑥检验帷幕底线的合理性。3.3灌浆施工方法3.3.1灌浆方法（1）基础灌浆必须按先固结后帷幕的顺序进行。均按分序加密的原则施工。根据先导孔施工实际及现场地质条件，为了更好的保证帷幕灌浆质量，帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆方法。（2）灌浆方式采用循环式灌浆。灌浆应首先实施先导孔，帷幕灌浆中Ⅰ序孔每隔16m作为先导孔，用以确定帷幕界限是否满足要求。第一段在岩石中的长度为2m，第二段长3m，以下灌浆段长度可采用5m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不得大于10m。固结灌浆深度为6m，采用循环式灌浆法。3.3.2灌浆压力（1）固结灌浆，第一段灌浆压力为0.3MPa，第二段灌浆压力为0.5MPa。（2）帷幕灌浆灌浆压力第一段采用0.8MPa，第二段每段递增压力根据灌浆试验结果确定，孔底最大灌浆压力为2.5MPa.3.3.3灌浆浆液变化（1）浆液浓度一般由稀到浓逐级变换，其配比和变换方法应通过室内浆材试验和现场工艺试验确定。帷幕灌浆浆液水灰比采用3、2、1、0.8、0.5等五个比级（重量比），起灌水灰比3：1。固结灌浆浆液水灰比采用3、2、1、0.5等四个比级（重量比），起灌水灰比为3：1。（2）灌浆浆液变换：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级的水灰比；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。（3）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，采取相应的施处理。灌浆过程中定时测记浆液密度。灌浆结束时测定浆液比重并作出记录。3.3.4灌浆结束标准当同时满足下述规定时，方可结束灌浆作业：灌浆在设计压力下，当注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于30min，灌浆即可结束。灌浆全过程中，在最大设计压力下的总灌时间不少于120min。3.3.5质量检查（1）帷幕灌浆的灌浆质量检查应遵守SL62-2014第5.10节规定。（2）会同监理进行帷幕灌浆的质量检查，其检查内容和方法如下：帷幕灌浆质量检查应以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取岩芯资料、灌浆记录和测试成果等评定其质量。（3）检查孔布置根据其灌浆资料由参建各方现场定确定，其位置选择原则如下：帷幕中心线上；岩石破碎、断层、溶洞、节理裂隙密集带等地质条件复杂的部位；注入量大的孔段附近；钻孔偏斜过大的部位；灌浆情况不正常以及分析认为帷幕灌浆质量有问题的部位。（4）帷幕灌浆检查孔数量可为灌浆孔总数的10%左右，一个单元工程内，至少应布置一个检查孔。固结灌浆检查孔数量不少于灌浆孔总数的5%。（5）帷幕灌浆、固结灌浆检查孔压水试验分别在该部位灌浆结束14d、7d后进行，在灌浆结束后7天内或监理指示的时间内将有关资料提交监理，以便确定检查孔位置。（6）帷幕灌浆压水试验合格标准：第一段(接触段)及其下一段的合格率应为100%；其余各段的合格率应为90%以上，不合格段的透水率值不超过设计规定值（质量检查压水试验值：≤3Lu）的100%，且不集中，则灌浆质量可认为合格。否则，应按监理的指示或批准的措施进行处理。（7）固结灌浆质量的压水试验检查，其孔段合格率应在85%以上；不合格孔段的透水率值不超过设计规定值（质量检查压水试验值：≤3Lu）的150%，且不集中，灌浆质量可认为合格。若达不到上述合格标准的，应采取措施进行处理。4灌浆成果分析4.1固结灌浆成果分析固结灌浆透水率频率及单耗频率区间统计分析表明：试验段固结灌浆Ⅰ序孔17个，灌浆孔水泥注入量25460.3kg，平均单位注灰量249.6kg/m，Ⅱ序孔17个，水泥注入量11655.1kg，平均单位注灰量114.3kg/m，检查孔2个，水泥注入量59.8kg，平均单位注灰量5.0kg/m。单位注入量Ⅱ序孔较Ⅰ序孔递减了54.2%，符合一般灌浆规律，II序孔较I序孔呈明显递减趋势；I序孔灌前压水一段，透水率为26.1Lu,检查孔2个，平均透水率2.7Lu。4.2帷幕灌浆成果分析各次序孔单位注灰量统计、透水率频率及单耗频率见表1、图1~图2。试验段帷幕灌浆Ⅰ序灌浆孔6个，水泥注入量74370.5kg，平均单位注灰量251.4kg/m，Ⅱ序孔7个，水泥注入量48364.9kg，平均单位注灰量140.7kg/m，III序孔13个，水泥注入量24351.1kg，平均单位注灰量38.3kg/m，总体单位注入量Ⅱ序孔较Ⅰ序孔递减了44.0%，III序孔较II序孔递减了72.8%符合一般灌浆规律，Ⅲ序孔较Ⅱ序孔,II序孔较I序孔呈现明显递减趋势，I序孔灌前压水66段，平均透水率为9.0Lu,II序孔灌前压水77段，平均透水率为5.7Lu,III序孔灌前压水142段，平均透水率为4.3Lu,检查孔3个，压水33段，平均透水率2.0Lu。呈现明显递减趋势，符合灌浆一般规律。试验段透水率区间和单位注入量区间见表35结论根据上述分析可知：（1）采用设计的灌浆方法在技术上是可行的、施工效果达到了规范规定的合格标准。（2）试验验证了大坝基础固结、帷幕灌浆后地基的完整性和抗渗透破坏能力满足设计要求。（3）试验验证了设计灌浆布置，如灌浆孔排数、排距、孔距，孔深等是合理的，满足规范要求。（4）验证了设计的施工方法、施工程序、灌浆压力、灌浆材料、浆液配比与浆材性能等的可行性。（5）验证了适合本工程特点与要求的灌浆质量标准和检查方法是合理的。（6）检验了帷幕底线的合理性。Reference[1]尚晓威,秦志军.绩溪抽水蓄能电站下水库钢筋混凝土面板堆石坝坝趾板强风化基岩灌浆研究[J].水利水电技术,2016,47(S1):77-80.[2]明德巴依尔.新疆达克曲克水电站沥青砼心墙坝的优点分析[J].陕西水利,2016(S1):73-74.[3]邵宇,许国安,朱瑞,罗晓霞.大西沟沥青心墙坝防渗处理和渗流分析[J].长江科学院院报,2009,26(10):76-81.[4]王胜.锦屏一级水电站左岸抗力体地质缺陷及加固处理技术研究[D].成都理工大学,2010.[5]刘逸军.库什塔依水电站沥青心墙坝坝基快速高效灌浆施工技术[J].水力发电,2012,38(04):82-83+86.[6]位敏,周和清,胡林,崔冬冬.沥青混凝土心墙坝渗漏检测及防渗