水庫大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿冬季施工

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富地營子水庫壩址距西溝水庫尾約9km是公別拉河上的西溝水庫上游的一個階梯水庫。工程所在區(qū)域地處高緯度，屬寒冬帶氣候，冬季漫長寒冷，從 10月末至次年4月下旬為封凍期，封凍天數(shù)達 160天左右，最大凍深1.8m，最大凍土厚度可達2.57m，設(shè)計庫容為965×105m3,攔河壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，屬三級建筑物。大壩長度1305m, 最大壩高27.0m, 帷幕灌漿總工程量為6882.5m。
    2、壩基工程地質(zhì)特性
    左岸主要巖性為花崗巖；河床及右岸為輝石橄欖巖與輝石安山巖。較大斷層破碎帶有：分布于左岸溢洪道閘基附近的F1,F3斷層，其中，F(xiàn)1斷層破碎帶寬10m左右，主要由1～3cm的碎塊，糜棱巖夾灰綠色碎石組成。該斷層破碎帶風(fēng)化較深。F3斷層，寬11 m，分布于左岸壩頭。由鱗片壯碎屑夾碎塊和斷層泥組成。
    河床右岸壩基斷層破碎帶分布較多，較大的斷層有F4、，F(xiàn)5，F(xiàn)2等。其中，F(xiàn)4斷層分布于右岸壩肩引水洞附近，破碎帶寬度達 10m左右，主要由長狀構(gòu)造巖和碎裂巖組成。F5斷層寬2～3 m，由片狀碎裂巖夾碎屑組成。F2斷層破碎帶寬13～15m，為壩址區(qū)最大的斷層破碎帶。由灰白色斷層泥、麋棱巖和碎塊巖組成。
    3、帷幕灌漿的設(shè)計
    3.1帷幕灌漿形成、孔距和孔深
    主帷幕采用單排、直線懸掛式布置，基本孔距為2.0m，在斷層破碎帶處則于主帷幕中心線的上游側(cè)增加一排加強帷幕，并在主帷幕中心線的下游側(cè)設(shè)一排固結(jié)灌漿孔，其基本孔距為2.0m。同時在斷層破碎帶部位宜先進行加強帷幕灌漿和固結(jié)灌漿，然后再進行主帷幕灌漿。
    主帷幕灌漿孔深，據(jù)上述壩基地質(zhì)條件，河床及右岸斷層破碎帶分布較多，巖石節(jié)理發(fā)育，完整性較差，尤其右岸壩肩和引水管附近地段巖石破碎嚴重。故河床和右岸壩頭部位主帷幕和加強帷幕灌漿孔深度，一般為基巖面下10m；右岸壩肩處巖石節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化較深，其灌漿深度至基巖面下15m ;河床左岸壩基帷幕灌漿孔深度一般為基巖面以下6.0m左右。
    3.2、鉆灌順序及灌漿方法
    帷幕灌漿施工順序采用分序鉆灌逐漸加密的原則，主帷幕灌漿的施工采用分三序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距8.0m、Ⅱ序孔孔距為4.0m、Ⅲ序孔孔距為2.0m；至于加強帷幕灌漿和固結(jié)灌漿孔施工則分二序鉆灌。即Ⅰ序孔孔距為4.0m、Ⅱ序孔孔距為2.0m。
    帷幕灌漿采用孔口封閉，自上而下分段循環(huán)灌漿的方法施工。在地質(zhì)條件較好的壩段，亦可采用自下而上分段灌漿方法。具體由施工監(jiān)理工程師與地質(zhì)工程師確定。
    3.3、帷幕灌漿段長度與灌漿壓力
    灌漿的段長與灌漿壓力，不同的序別和段次，灌漿段長和灌漿壓力有所區(qū)別，各段次段長的壓力見表1
    4、帷幕灌漿的施工
    4.1、冬季帷幕灌漿保溫措施
    河床段是冬季施工應(yīng)做好防寒保溫工作，在灌漿工作面搭設(shè)保溫大棚，棚內(nèi)生火保溫，提高灌區(qū)內(nèi)的溫度。
    4.1.1棚內(nèi)保溫
    1）第一段：消除浮冰段段長30米，用五彩布將倉號分隔成2個15米，每15米段先架設(shè)5個保溫柴爐將清除段保溫，保溫棚內(nèi)溫度在0℃以上，將砼表面的浮冰、草袋、塑料布掀除干凈，為施工作好準備。
    2）第二段：施工段段長30米，采用10個柴爐取暖，保證棚內(nèi)溫度在5℃以上，灌漿設(shè)備周圍加設(shè)4個保溫煤爐 。
    3）第三段：養(yǎng)護段對已完成灌漿工程的最后幾個孔口進行養(yǎng)護保溫，灌漿口用塑料布及草袋分層覆蓋，外設(shè)保溫煤爐 ，養(yǎng)護2天。
    4.1.2、機械保養(yǎng)：
    1）鉆機：除在棚內(nèi)保溫外，當鉆機停鉆、檢修時，另設(shè)兩個1000W碘鎢燈，對鉆機機油底殼、操作手柄分別直射加溫，保證機械正常使用。
    2）灌漿機械：將煤爐集中在灌漿機械周圍，以保證其周圍溫度，灌漿結(jié)束后對灌漿泵拆除放水。
    4.1.3、材料加熱
    1）水泥：提前將525#水泥運入倉號中，靠近灌漿設(shè)備及火爐附近。
    2）水：采用水箱內(nèi)設(shè)6個2000W電棒加熱，使其溫度一直控制在10～40℃之間，保證灌漿用水溫度。
    4.2、鉆機
    采用DK—300型油壓鉆機，φ59～φ75mm 金鋼石鉆頭造孔，鉆孔必須保證鉛直，其孔位偏差、主帷幕孔不超過10厘米，加強帷幕孔及固結(jié)孔不超過15厘米。鉆孔的終孔應(yīng)符合設(shè)計要求，孔內(nèi)殘留巖石和沉淀物不應(yīng)超過20厘米。
    帷幕孔鉆進時，對孔內(nèi)的各種情況，均應(yīng)該詳細記載，作為分析鉆孔情況的依據(jù)。若發(fā)現(xiàn)集中漏水，應(yīng)立即停止鉆，待查明滲水部位及原因并經(jīng)處理后再進行鉆進。鉆孔結(jié)束待灌、灌漿結(jié)束待加深時，孔口均應(yīng)采取妥善措施加以保護。
    4.3 孔壁沖洗及簡易壓水試驗。
    對灌漿孔在灌漿前應(yīng)進行鉆孔沖洗和裂隙沖洗，以提高灌漿效果。成孔后采用導(dǎo)管通入壓力水流從孔底向孔外沖洗的方法沖洗孔壁，沖洗至回水清凈。并延續(xù)10min為止。沖洗壓力采用通段灌漿壓力的70%～80%。但不超過1MPa，沖孔后采用單點法進行壓水試驗。
    4.4灌漿
    4.4.1灌漿材料
    灌漿所采用的水泥為525#的普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求通過80um方孔篩的篩余量不大于5%（重量計）。水泥應(yīng)保持新鮮，受潮結(jié)塊者不得使用。水泥在使用前要經(jīng)檢驗合格后才能使用。必須注意不得在同一灌漿段中使用不同廠家或不同標號的水泥。
    4.4.2、制漿方法：
    因帷幕灌漿采用分段分序的施工特點，故采用分散制漿法，由各灌漿機組配備一套400L的制漿設(shè)備，灌漿時各機組自行制漿。水泥漿制備后盡快使用，四小時后的剩余漿，廢棄。
    4.4.3、灌漿方法
    采用孔口封閉自上而下循環(huán)灌漿方法進行灌注，以6分焊管為射漿管，射漿管下至距孔底0.5m處，此法可以使各段重復(fù)灌漿，對提高灌漿質(zhì)量有利。
    4.4.4、灌漿壓力的控制
    灌漿開始后，在保證有回漿的前提下，盡快升至設(shè)計灌漿壓力。其整個過程均在設(shè)計壓力下完成，灌漿過程均有專人看守壓力表，并有專人掌握制漿情況。
    4.4.5、漿液濃度的選用與變換
    按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL62-94），本工程灌漿濃度為6個比級，即水灰比為5：1、3：1、2:1、1：1、0.8：1、0.5：1。變換灌漿濃度的原則是，各段的初始灌漿濃度均為5：1。當灌漿壓力保持不變而灌入量均勻減少時，或灌入量不變而灌漿壓力均勻生高時不得改變漿液濃度，當某一級漿液濃度、漿液灌入量累計達400L，但漿液壓力和漿入量均無改變或改變不顯著時，則應(yīng)提高一級漿液濃度；當出現(xiàn)灌漿中斷或提高一級濃度后灌漿量突減，則注意降低一級漿液濃度。
    4.4.6、灌漿結(jié)束封孔
    灌漿結(jié)束標準有兩個，當滿足其中一個即可結(jié)束灌漿。灌漿段灌入量小于或等于1L，且在設(shè)計壓力下繼續(xù)60分鐘；灌漿過程中，如回漿濃度，降低一級濃度灌注，回漿濃度應(yīng)變濃，即可結(jié)束灌漿。封孔采用純壓力式，即以壓力為1～1.2Mpa灌入水灰比為0.5：1的濃度封堵，屏漿后120分鐘結(jié)束；等沉淀后再投水泥球，搗實。
    4.4.7、灌漿中事故處理
    灌漿發(fā)生冒漿時，視具體情況采用封堵或降低壓力的方法處理；機械故障致使灌漿中斷時間超過30 min，應(yīng)重新掃孔、沖孔后灌漿。對于灌漿由于事故原因孔深不夠者，可視具體情況在原孔位附近補打或用檢查孔方式加以解決。
    5、施工中遇到的問題：
    5.1、地質(zhì)構(gòu)造的不良綜合對帷幕效果的影響：
    壩區(qū)的構(gòu)造線主要為NE及NW向與壩線呈斜交，灌漿時漿液的擴散主要沿構(gòu)造方向擴散，而沿壩軸線方向影響較小，為此，在單排孔的情況下，因達不到要求的擴散半徑而造成帷幕效果不好。
    因受地質(zhì)條件的影響，構(gòu)造發(fā)育巖石破碎鉆孔時常發(fā)生嚴重塌孔，而且數(shù)量較大，采用根管鉆進、水泥加速凝劑封孔后重新開孔。有較大斷層破碎帶，分段灌漿、灌漿塞卡不住，經(jīng)監(jiān)理工程師同意采用綜合灌漿。
    5.2、吸水不吸漿
    壩區(qū)巖石屬于基性的輝石橄欖巖，此種巖石比重大，強度高，性脆，受構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎形成的構(gòu)造破碎帶寬度較大，一受擠壓巖石多呈糜棱巖化，灰祿色由高苓土巖石碎屑（1～3mm）及破碎巖塊組成，這種糜棱巖石灌漿中常吸水不吸漿，灌漿效果極差，灌漿時回漿濃度現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，另在完整巖石中灌漿后鉆孔仍有承壓水反出也說明這一點。
    5.3、裂隙承壓水對灌漿質(zhì)量的影響
    在灌漿中發(fā)現(xiàn)河床段，普通存在裂隙承壓水，經(jīng)幾次簡易測試水頭2.0m左右（相當于河水位流量100～200mL/g）。 由于裂隙承壓水的頂托，灌入的水泥漿易被推出，所以灌漿后的封孔就尤為重要。
    5.4、地下水的溫度對灌漿質(zhì)量的影響
    這次河床段的灌漿工作正是嚴冬的情況下施工的，氣溫在-10℃～-25℃之間，實測的地下水溫1～1.5℃，為此水泥漿液在地層中凝固的時間較長，由于裂隙壓力的流動，甚至可能會造成水泥漿的失敗。這可能是由于水溫及地下水流動所造成的。
    5.5、吸漿量特別大
    灌漿時無壓力耗漿量特別大，施工時采用0.5：1的濃漿進行間隙灌漿，同時注入1～3%的速凝劑進行速凝，反復(fù)數(shù)次。
    6、帷幕灌漿質(zhì)量與效果評價
    檢查帷幕灌漿質(zhì)量與效果的標準，根《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL62-94）和《富地營子水庫瀝青混凝土心墻堆石壩與溢洪道基礎(chǔ)帷幕灌漿施工技術(shù)要求》規(guī)定，經(jīng)帷幕灌漿后，壩基帷幕檢查孔巖石在壓力為0.4Mpa作用下，當壓力試驗透水率≤10Lu,即視為合格；另外可以從序次單位耗灰量隨序次增加而遞減的規(guī)律來衡量。
    6.1、灌漿前后壩基巖石透水率比較
    帷幕灌漿前據(jù)Ⅰ序孔的200多段壓水試驗成果表明瀝青混凝土心墻堆石體基礎(chǔ)強風(fēng)化巖石的透水率普遍偏大，＞10Lu以上者達90多段，其中主要沿強風(fēng)化巖頂部與心墻基礎(chǔ)混凝土蓋板結(jié)合部位分布，即沿接觸帶滲漏，其透水率多為15Lu～20Lu，最大達216.4Lu。其余壩基強風(fēng)巖石透水率為5.0Lu～15Lu，最大達31.9Lu。河床地段一般為6.0Lu～20Lu, 最大達39 Lu。右岸一般10 Lu ～25 Lu，最大達100 Lu。
     經(jīng)帷幕灌漿后，據(jù)近70個檢查孔170余段壓水試驗結(jié)果，≥10 Lu者，僅占10%左右，為保證工程質(zhì)量，進行補充灌漿，補充灌漿后，壓水試驗檢查全部合格。
    6.2、各序次孔單位耗灰量及耗灰比
    對各段單位耗灰量按序次統(tǒng)計結(jié)果表明，巖石比較完整地段，各序次孔單位耗灰比下降不顯著；巖石完整性較差的地段，各序次孔的單位耗灰量及耗灰比下降比較明顯。
    7、結(jié)論
    大壩基礎(chǔ)灌漿在冬季施工，因受水溫、氣溫、施工條件各方面的影響，施工質(zhì)量雖然得到了保證，但是、經(jīng)濟上費用較大，為此應(yīng)盡量避免在冬季進行施工。通過瀝青混凝土心墻堆石壩帷幕灌漿施工后，可以看出大壩基礎(chǔ)防滲已形成。
    經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理單位評定合格率為100%、優(yōu)良率大于95%。本工程帷幕灌漿的施工質(zhì)量得到了黑龍江水利部組成的專家的充分肯定。