控制性灌浆在水利工程围堰防渗处理施工中的应用

　　提要:土石围堰因其构造简单和施工便捷以及工程造价低的独特优势而应用于水利工程。围堰的基础通常为各种淤积地层，在砾鹅卵石和土砂颗粒之间存在相互连通的孔隙，加之土石围堰自身孔洞较大，存在较大的渗流，所以，要进行防渗处理。控制性灌浆是围堰防渗比较管用的办法之一，笔者在下文中将结合新疆奇台县中葛根水库拦河坝工程围堰基础防渗工程，从方案设计、建设施工技术、灌浆材料、质量检验测定等各个方面论述围堰控制性灌浆的防渗处理技术，为与其相似水利工程提供参照。
　　关键词:控制性灌浆，防渗处理
　　
　　本文所说的水利工程是新疆奇台县中葛根水库，该工程使用的是土石围堰，设计枯水期10年一遇拦洪标准，围堰长度是40m，围堰最大高度6m。堰体迎水面使用土工膜上盖10cm细粒砼防渗。围堰基础为10～30m厚的第四系砂卵砾石地层，有效的围堰防渗处理对工程的造价和这项工程将来的运营发展有十分重要的意义。
　　一、 工程地质条件及水文条件
　　河床坝基宽约20~30m，河床标高1526-1530m，第四系覆盖层厚11-17.5m，岩性为质地均一的砂砾卵石土，表层实测天然密度为2.1-2.26g/cm3，室内试验最大干密度为2.29g/cm3,相对密实度为0.69-0.84。平均为0.76。属密实状态。抽水试验砂砾卵石覆盖层的渗透系数为36.32m/d。
　　河床第四系地层实测地震压缩波速随深度的增加而加大，在0~6m深度范围内，地震剪切波速VS=300~400m/s，在6-12m深度范围内，Vs＞500m/s，埋深在12m以下压缩波速一般大于800m/s。在垂直剖面上无显著的低速异常带，因而可推断第四系覆盖层中无软弱夹层。且岩土的密实度随深度的增大而增大。该地层按水工建筑物抗震设计规范划分，属Ⅱ类建筑场地，中硬场地土。根据表层岩土的天然密度测试以及地震物探提供的动力学参数，河床第四系覆盖层可作为坝基使用。
　　右坝肩地形层阶梯状，II阶地拔河近30m,由310O∠80o及220O∠71O两组节理面切割组合形成一个拔河约25m的锯齿形陡崖边坡，坡角大于75°，II阶地以上，河谷边坡骤缓，坡度约25°，右坝肩II级阶地上部为第四系覆盖，第四系岩土沿河呈条带状分布，在垂直剖面上可分三层，上部为上更新统风积黄土，最大孔隙比达1.21。最大厚度4.5m。中间层为1-2m的坡积堆积碎石土，下部为厚约2m的上更新统冲积砾卵石，第四系堆积物以阶地前沿为最厚，约7.5m，最大发育宽度约80m，由西向东变薄尖灭。第四系堆积物结构松散，在探井开挖是有严重的井壁坍塌现象，碎石土有架空现象。在左坝肩坡脚处有少量的崩积堆积物，最大厚度小于5m，宽度约10m，系不良工程地质体。
　　二、防渗方案挑选
　　在目前围堰防渗的方式有很多，相对比较成熟的工艺有:改性深层拌和防渗墙、高喷灌浆防渗墙、控制性灌浆、桩柱式防渗墙等。该工程围堰基础防渗处理具备地质条件复杂、防渗要求高、施工工期短等独特的因素，基础防渗属细节工程，一朝发生质量欠缺或意外，返工弥补非常艰难，施工过程中的质量控制十分关键。想到围堰防渗工程的重要性，经与建设单位、设计单位并肩协商，挑选了高喷灌浆防渗墙、截渗墙及控制性灌浆三套方案施行比选，综合考虑工程质量、工期及造价等指标后，高喷灌浆防渗墙和控制性灌浆各项指标均比较靠近，由于想到高喷灌浆防渗墙在地下水高流下存在一定风险，同时施工过程中废浆较多对环保不利，所以最后确认围堰的防渗方案为控制性灌浆。
　　三、控制性灌浆的机理
　　随着科技的进步以及工程的实际需求，出现了控制性灌浆这个比较先进工艺，它是以水泥为主剂，以特殊的灌注材料作辅助材料，依据不一样的地层状况掺加砂、高岭土、纤维等掺合料来变更其化学性能和物理性能的防渗处理办法，合理的解决了浆液的扩张问题，近年来在堤防、围堰和有水库的基础防渗中获得很大范围的应用，获得了优良的防渗效果。该技术是通过灌注材料而使水泥浆液在一瞬间迅速成为凝结体，或在高流速的地层中掺加高岭土、砂、纤维等搀兑物，加强其抗流水冲释性能和自堆积性能，因此使浆液在高流速、大间隙的条件下能真实地控制它的凝结性。它科学且经济地解决了在大孔洞、高流速的水流条件下的防渗处置工作。
　　四、控制性灌浆设计
　　控制性灌浆设计为单排孔，孔距1m米，灌浆孔深入基岩1m。设计灌浆孔孔数40个，孔深10m到30m。设计认为适用循环式自下而上分段灌浆办法施工，灌浆孔分两序施工。灌浆材料为42．5级普通硅酸盐水泥和硅酸钠溶液。灌浆压力分一级，压力为0．7MPa。
　　五、控制性帷幔灌浆施工
　　5．1钻孔
　　灌浆钻孔比较适用静压套管法，从钻孔工艺考虑，针对围堰及第四系地层的结构独特的地方，比较适用跟管钻进，合理地解决了散松岩层和填筑地基中钻孔动工的问题，增强了钻孔成孔速率。最好使用XY－50型风动式跟管钻探机和130mm合金钻头以及110mm地质套管跟管钻进。钻孔定位根据设计文件在场确认，孔位用标记在施工现场标识，谨慎的保护这些标识，孔位误差应当控制在设计允许的范围之内。钻孔开钻前，用测量工具对钻具和推进梁施行垂度校核，合乎要求方可开钻。钻孔过程中要经常复核，保障成孔铅直度。在钻孔过程中，开孔时要慢速钻进，钻进中遇有换层，要迅速的降低压力慢速钻进。钻孔完成后，对钻孔孔位、孔深施行验收，满足设计要求后，转入下一工序。
　　5．2灌浆
　　5．2．1灌浆材料
　　灌浆所用混凝土为当地混凝土土厂出产的42．5级普通硅酸盐士水泥。化学灌浆材料选用硅酸钠溶液，它是由碱金属氧气化物和二氧气化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，具有下面所述独特的地方:开始粘度低，可灌性好;造价低，经济效益很大，毒副效用小，不会造成环境的污染，可以与混凝土较好的配合使用，兼具混凝土浆材与硅酸钠溶液浆材的特别的性质等。
　　5．2．2浆液合适比及供应
　　为了避免浆液的过多流失，主剂混凝土浆选用0．5∶1一个比级，副液为硅酸钠溶液，因化学灌浆液随配比的变动其性能的变动较大，且没有绝对定律。故在实施施工前在室内进行重复的浆液尝试，试验出较为合适的浆液配比。制浆设施为自制的450L高速拌和机，浆液拌和完后经过过淋网，灌浆泵选用3SNS泵，输浆管路比较适合使用38mm高压胶管，灌浆泵和灌浆回浆管处均安装压力计，压力计定期检验测定。
　　5．2．3灌浆段长及灌浆压力
　　灌浆段长可在1．5至2．5米之间调试。灌浆压力认为较为合适而使用一级，压力为0．7MPa。灌浆过程中压力的运用应自小到大逐级增加，避免压力忽然升高，同时也要避免灌注率忽然增大。灌浆比较适合使用自下而上灌浆法。要降低动水对浆液的冲释和上提套管时应力开释对孔壁造成的塌落现象。
　　5．2．4灌浆完成的标准
　　在设计灌浆压力下，当灌注量大于2L/min;或休止吸浆，连续不断注入半个小时，即可终了灌浆。
　　5．2．5封孔
　　每个灌浆孔全孔灌浆终了后，要会同监理工程师趁早验收。人工封孔可在24小时后用混凝土沙浆施行封填，孔口抹平。
　　5．2．6问题及解决方案
　　动工过程中碰到的主要问题及解决方案如下所述:
　　(1)如果因地层软硬散布不均，同时不太适用泥浆水墙裙方法，故钻孔是关键问题。在工程进行过程中我们曾使用QD－100B潜孔钻实施跟管钻具钻孔，因为扭矩小，钻孔速率低，很难达到的动工要求，后试验认为比较适用不同的跟管冲击钻具，配备V12活塞式空压机，因风量、风压不充足，钻孔效果不理想经多方咨询，最后挑选大功率全液压跟管钻探机，配备LG23．8/12螺杆式空压机，成功地解决了冲击功和转速以及风量等关键性问题，克服了砂卵砾石地层的钻孔问题。
　　(2)因有的地层透水性较大、泉水埋深浅、潜藏的水流流速大，灌浆混凝土单耗很大、混凝土浆流失严重。针对这种状况，首先是对浆液配合比施行调试，科学增加硅酸钠溶液的掺量，同时对异常段采取惰性材料堵漏、间隔灌浆时间多次复灌等处理办法。
　　(3)硅酸钠溶液具备快凝性，合理的配比要依据不一样地层灵活掌握。硅酸钠溶液士混凝土浆液随拌随用，如果钻、灌设施发生故障，对已拌浆液作弃浆处置，同时要迅速冲洗灌浆泵、管路等。
　　六、灌浆质量查验
　　经过对灌浆资料施行计数、剖析，灌浆效果合乎设计要求。同时灌浆完成后比较适用检查孔证验灌浆质量，监理工程师共安置检查孔3个，地质钻探机清水掉转钻进，全孔全断面取芯，芯样有表面化结核，检查出透水率合乎设计要求。经在场实测，灌浆后渗水量可基本满意基坑抽排水的要求。依据以上结果表明，该项目控制性灌浆的质量合乎设计要求，达到预先期待的目标。
　　砂卵砾石地层因其透水性大，在作为围堰基础时一般要施行防渗处理，常规的防渗处理形式多为建造防渗墙。该项目认为比较适合使用控制性灌浆施行围堰防渗处理，防渗的效果十分理想。这证明了灌浆设计方案是合理的，施工质量是合乎预定要求的。控制性灌浆具备通用性较强，可以在多山地区狭小场地施行，工期短、防渗性能好等长处，在堤防、围堰及水库防渗处置方面有较好的应用前景，同时也可用于增强地基强度及避免地基塌陷等领域。随着工程技术的迅速进展，控制性灌浆技术的使用效果将会更加优异。
　　
　　参考文献：
　　[1]兆民;地下连续薄防渗墙施工技术[N];中国水利报;2004年
　　[2]冷爱国;垂直防渗在堤防防渗加固中的比较应用[D];合肥工业大学;2005年
　　[3]白俊文;无限深透水地基上土石坝渗流控制计算模型研究[D];新疆农业大学;2005年

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