浙江桐城市朱山冲水库大坝地质特征与成因分析

浙江桐城市朱山冲水库大坝地质特征与成因分析

1大坝砂壳填土室内渗透试验结果朱山冲水库位于桐城市大观市卓村，距桐城市18公里，距桐城泸州河（江）2km。水库坝址以上控制集雨面积3.2km2,总库容110万m3,属于小(一)型水库。水库的死水位88.0m(吴淞、下同),相应死库容9.0万m3;水库正常蓄水位97.0m,相应库容101.0万m3;校核洪水标准为500年一遇,校核洪水位98.68m,相应库容为110.0万m3。大坝区地层为坝身填土和基岩,坝身填土包括砂壳、斜墙等。砂壳:坝身砂壳主要以黄、灰色中粗砂为主,局部夹有砾石;坝身砂壳野外标准入击数一般3.4～8.0击,平均5.7击,砂壳填土为松散状态;坝身砂壳填土水平渗透系数一般为1.99E-04～4.79E-03cm/s,平均1.99E-03cm/s;垂直渗透系数一般为6.84E-05～1.16E-03cm/s,平均4.41E-04cm/s。大坝砂壳填土一般具有中等透水性。斜墙:粘土斜墙填土主要成份为黄、灰色中等粗砂和粘土,一般呈层状分布,粘土一般呈软可塑至可塑状态,中粗砂呈稍密至松散结构状态;粒径﹥2mm一般为9.5%,砂粒含量一般为29.0%～70.6%,粉粒含量一般为12.5%～39.0%,粘粒含量一般为16.7%～31.0%;斜墙填土室内渗透试验水平渗透系数一般为5.90E-05～2.36E-04cm/s,平均1.27E-04cm/s;垂直渗透系数一般为1.40E-05～1.00E-04cm/s,平均5.03E-05cm/s。以上数据表明,大坝斜墙填土具有中等～弱透水性。基岩:坝基基岩为石英正长斑岩,裂隙发育、岩体风化较深。根据野外钻孔揭示,全风化石英正长斑岩主要分布于大坝左、右坝端部位,呈黄色中粗砂状;强风化石英正长斑岩顶部分布高程79.20～20.59m,底部分布高程64.31～67.39m,厚度15.70～23.20m;弱～微风化石英正长斑岩顶部分布高程64.31～67.39m。根据野外钻孔压水试验成果,大坝坝基全～强风化石英正长斑岩透水率4.9～9.7Lu,平均7.3Lu,具有弱透水性。坝基处理:坝基河床冲积物分布于坝下主河槽部位,为建坝时未清基所致,ZK1、ZK3、ZK5～ZK7孔有所揭露,主要以黄、灰色中粗砂夹砾卵石为主,一般呈稍密至松散状态,顶部分布高程83.70～85.55m,底部分布高程79.20～83.15m,厚度2.40～4.50m,渗透系数1.09-02cm/s,心墙直接建在其上。2设计高压喷射防止渗透的墙设计2.1高压摆喷灌浆技术设计加固的防渗墙轴线位于坝轴线附近,距坝迎水面边线1m。防渗墙采用高压摆喷灌浆技术(三管法),分两序,摆喷折接施工,起止桩号从0+032至0+298。钻孔穿过坝身砂壳、粘土斜墙至基岩,实际施工时通过钻孔取芯确定各灌浆孔孔深。2.2高压摆喷防渗墙灌浆孔距的确定高压摆喷防渗墙为朱山冲水库除险加固工程的重点部位。为了确保这次高压摆喷防渗墙起到防渗、加固的效果,根据设计文件及高压摆喷防渗墙技术规范要求,承包人依据施工经验,初步确定孔距试验参数,再参照现场孔距试验开挖情况,确定这次高压摆喷防渗墙的灌浆孔距及其它工艺参数如下。2.2.1孔距2010年3月20日参建各方针对现场高喷孔距试验,确定孔距1.2m。2.2.2技术生产参数高压摆喷防渗墙施工中其它工艺参数确定见表1。2.3高喷浆液配置灌浆的主要材料为水泥,本工程采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥。按照设计要求,高喷浆液采用纯水泥浆。同时。要求浆液严格按水灰比与配制程序配置,配置好的浆液应具有良好的流动性与稳定性,水泥浆的搅拌时间,使用高速搅拌机应不小于30s;使用普通搅拌机应不少于90s。水泥浆液自制备至用完的时间应小于4h,否则应按废浆处理。3高压喷射防渗透墙施工3.1施工中选择的流程3.2钻机的安装钻孔所选用的设备为CXU-300液压钻机,回转钻进泥浆固壁。首先在开钻前检查孔位、孔序是否正确、钻机基座是否水平、立轴是否垂直、同时在钻进中也要经常检校钻机立轴的垂直度,并且每5m测一次孔斜,发现问题时要及时纠正,确保孔斜率在0.5%以内。3.3调整孔口摆动装置摆喷灌浆采用全孔连续作业。灌浆所采用的设备为YGP-5型高喷台车。钻孔经检验合格后,将高喷台车移至孔口处,先进行地面试喷并调准喷射方向。喷射管要求下到设计深度,且误差不大于10cm,同时将孔口摆动装置调整好方向,并与其它工序相互配合,作好灌浆前的准备工作。喷射管下至设计深度后,同时启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备,将各工艺参数调整到设计要求后开始送入水、气、浆,喷射13min待孔口冒浆后,即按设计的提升、摆动速度,自下而上开始边喷射边摆动边提升,直至设计的终喷高度后停喷并提出喷射管,然后利用孔口回浆或水泥浆液及时补灌,直至浆液面不下降为止。4工到30日朱山冲水库高压摆喷防渗墙从2010年3月20日开始正式施工,到2010年4月30日结束,历时40天。共完成造孔222个,钻孔总进尺3966m,完成灌浆长度3565m,共用水泥1436t,平均每米水泥用量达0.4t。5施工过程控制合同条件高压摆喷防渗墙的施工是一种多机械,多工序、多工种互相配合的流水作业。施工过程中,任何一环节达不到设计要求都会直接影响成墙质量。通过这次高压摆喷防渗墙施工,我们总结出,要使高压摆喷防渗墙质量得到保证,在施工过程中必须抓好以下几个方面的控制。5.1孤石灌浆时压浆效果在钻孔时应详细钻孔台班记录,记录孔位、孔深和地质变化等情况,便于在高喷时针对不同的地质条件,采取相应的技术措施。如在这次钻孔进程中,时常碰到大的孤石,我们都做好详细记录,灌浆时在孤石上下各0.5m段范围内摆角可加大100°～150°,提升速度可降到80%左右。在灌浆过程中,应对浆量、气量、水压、进浆比重、回浆比重和回浆量等数据做到半小时测一次,遇到情况异常时当及时处理。如当进浆浓度误差超过0.1g/cm3时,应立即调整作业,改变浆液水灰比,继续喷浆作业。5.2钻进控制要点高压摆喷防渗墙施工中孔斜控制极为重要。尤其是本次施工中钻孔深度最深达30m,地层结构与组成成份复杂。孔斜控制得不好,极易使墙体根部搭接不上。本次施工中对孔斜控制主要是“钻前控制+钻进控制”以及施工工艺控制。1)钻前控制:主要指开钻前检孔位、孔序是否正确;要使钻机基座水平,立轴垂直。2)钻进控制:第一,开钻时要轻压慢钻;第二,钻进中质检员经常用水平尺检校钻机立轴垂直度,并且每钻进5m要测一次孔斜,发现孔斜超过0.5%时应及时纠正。第三,钻进控制的重点应是钻机立轴、钻杆的垂直度的控制和钻进参数(钻压、转速、泥浆)的控制。3)施工工艺控制:第一,在钻杆中间加5m长的导向岩芯管。这样在开孔时可以缩小岩心管与孔壁的间隙,钻进时又能起导向作用。第二,施工时采用硬质合金钻头,泥浆固壁回转钻进,要控制钻速、钻压,钻进坚固地层时不要加压过大,要轻压垂直钻进。在施工过程中要始终保持钻架牢固,平稳,主钻杆、导杆箱坚固垂直。第三,施工过程中尽量使轴心压力由粗径钻具自垂来代替,这样使钻杆保持微承拉状态,能始终坚持导向。从这次施工中我们得出经验:钻孔深度至15m时孔斜率若能控制为零,则采用上述钻进工艺和控制措施能保持最终孔斜率≤0.5%,从而保证成孔质量。5.3孔口与坝地下水位差过大造成的流孔在造孔和灌浆过程中,曾发生不少塌孔现象,我们经现场观察、研究,发现其发生的主要原因是:1)泥浆固壁施工方法不当;2)造孔与灌浆间隔时间过长;3)孔口与大坝地下水位差过大;4)吊、提钻具、喷射管时碰撞孔壁等。针对上述发生的原因,我们主要采取:1)钻进和扫孔时应用大比重、稳定性好的优质低固相泥浆固壁;2)尽可能缩短灌浆与钻孔的时间间隔;3)孔内浆液面应与孔口齐平;4)吊、提钻具、高喷管等操作时要稳,做到自由下落,不得摆动和斜放,导向管应垂直,不得弯曲变形。5.4高压旋流器灌浆及对螺钉嘴唇的保护作用下喷射管时最易堵赛喷嘴。所以本次施工中我们摸索到在下喷射管时应同时采取低压送浆(低压送浆同时置换了孔内泥浆)及对喷头的水、气、嘴采用临时性保护措施(如用黑色绝缘带堵嘴、外缠宽塑料胶带等,高喷时这些保护物被高压水冲走),这些都能很好地解决这一问题。另外,在每孔喷射完成后,应及时将各管路冲洗干净,不得留有残渣,以防堵塞。特别是喷浆系统更要特别注意,要将浆液换成水进行连续冲洗,直到管中出现清水为止。5.5注浆中断的预防在高喷作业过程中,应保证供气、供水、供浆管路系统畅通、密封。喷射过程中应随时检查设备运行状况,做好各环节配合,避免中断。当遇有突然停电、高压水泵压力不够、浆泵的供浆量不足,孔口回浆异常等因素都会造成注浆中断现象。在恢复喷浆时,必须复喷0.5m长度,以保证防渗墙体的连续性和可靠性。另外,由于本工程孔深较大,在灌浆过程中需卸管,卸管后需将喷射管下放复喷,且搭接长度要大于0.3m,这样才能确保防渗墙成墙质量。6坝体防渗设计结果2010年5月15日,建设单位委托安徽省水利水电科学研究院利用围井注水试验对朱山冲水库大坝高喷防渗墙进行综合检测。检测结论如下:通过对帷幕灌浆部位现场压水试验及围井现场注水试验得出:帷幕灌浆部位透水率为:0.67～1.68Lu,满足帷幕灌浆透水率<10Lu的设计要求;围井现场注水试验得渗透系数为1.03×10-7,满足渗透系数K≤i×10-6cm/s(i=1～9)的设计要求。现场开挖探坑检查结果表明:检查范围内防渗墙搅拌均匀,连续性较好,