鄉(xiāng)寧縣清峪水庫大壩壩基固結(jié)灌漿

張瑞宇

鄉(xiāng)寧縣清峪水庫壩址位于鄉(xiāng)寧縣縣城西13 km留太村北1 km處清川河上,壩址以上流域面積45 km2。大壩為堆石混凝土重力壩,壩頂高程856.50 m,最大設(shè)計壩高42.3 m,壩頂寬度5.5 m,壩底設(shè)計最大寬度36.18 m。

1 地質(zhì)概況

清峪水庫壩址出露的基巖是三疊系下統(tǒng)劉家組(T11)地層,巖性以紫灰色、紫紅色粉砂巖、細(xì)砂巖為主,間夾薄層砂質(zhì)泥巖、泥巖和礫巖層;在河床最低高程以下21 m為界,其下是上古生界二疊系石千峰組(Psh2)紫紅色厚層泥巖;出露基巖以較硬的砂巖為主,其間夾的薄層砂質(zhì)泥巖等易風(fēng)化、強度低,具有一定程度膨脹性和崩解性,形成了基巖地層的軟弱夾層。

大壩基巖在被深埋時被壓擠得很緊,沒有裂隙,當(dāng)上面覆蓋的物質(zhì)被大量移走以后,由于應(yīng)力松弛和回彈,沿著層面和薄弱結(jié)合面將會產(chǎn)生密集的“片狀空隙”網(wǎng)。在開挖暴露出來以后,經(jīng)失水收縮,很快龜裂,再遇水便軟化成泥。

2 固結(jié)灌漿的目的

壩基固結(jié)灌漿的主要目的是提高基巖的整體承載力,使壩體能夠長期穩(wěn)定地存在。

3 固結(jié)灌漿孔的布置

清峪水庫0+034～0+119段共分5塊,壩基固結(jié)灌漿由上游至下游共12排171孔,孔間距4 m,各排孔呈梅花形布置。壩軸線上下游兩排孔灌漿采用中深孔固結(jié)灌漿,灌漿深度8.5 m,孔徑50 mm;其余各孔采用淺孔固結(jié)灌漿,灌漿深度6.0 m,孔徑50 mm。布置形式見圖 1。

4 固結(jié)灌漿施工

固結(jié)灌漿的施工依照逐漸加密的原則施工。先鉆、灌第Ⅰ次序孔,而后開始第Ⅱ次序孔的鉆進和灌漿工作。

4.1 鉆孔

1)鉆孔方法。基巖中采用回轉(zhuǎn)式鉆機方法,硬質(zhì)合金鉆進。

2)鉆孔方向。鉆孔采用鉛直孔,按鉛直方向鉆進。兩相鄰鉆孔底端的最大偏距不應(yīng)超過兩孔孔距的50%,以保證兩相鄰鉆孔在最不利的條件下其底部也不會相交。根據(jù)規(guī)范要求固結(jié)灌漿孔的孔底偏差應(yīng)不大于1/40孔深。根據(jù)測量,清峪水庫鉆孔孔底偏差10 cm～15 cm,滿足設(shè)計要求。

4.2 沖洗

沖洗包括鉆孔沖洗和裂隙沖洗。

沖洗采用導(dǎo)管通入大流量水流,從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗。沖洗水壓力采用0.36 MPa(設(shè)計最大灌漿壓力的80%)。

沖洗應(yīng)沖至回水澄清10 min后結(jié)束,且總的時間要求單孔不少于30 min,串通孔不少于2 h,對回水達不到澄清要求的孔段,應(yīng)繼續(xù)進行沖洗,孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。

4.3 簡易壓水

簡易壓水采用單點法,壓力為0.36 MPa(設(shè)計最大灌漿壓力的80%)。具體步驟:壓水20 min,每5 min測讀一次壓水流量(連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%,或最大值與最小值之差小于1 L/min時,本階段試驗即可結(jié)束),取最后的流量值作為計算流量。壓水試驗的成果以透水率表示,單位為呂榮(LU)。即:在1 MPa壓力下,每米試段長度每分鐘注入水量為1 L時,q=1 LU。

4.4 制漿

清峪水庫固結(jié)灌漿漿液采用純水泥漿液,水泥使用普通硅酸鹽水泥42.5。制漿材料采用重量稱量法,稱量誤差不大于5%。純水泥漿液使用普通攪拌機攪拌,攪拌時間應(yīng)不少于3 min;漿液在使用前應(yīng)過篩,從開始制備至用完的時間宜少于4 h。

4.5 灌漿壓力

灌漿壓力是保證和提高灌漿效果的重要手段。根據(jù)試驗以混凝土墊層不抬動為準(zhǔn),最后設(shè)計灌漿壓力確定為0.45 MPa。

具體灌漿方法:將灌漿塞卡在混凝土蓋板中,若能達到設(shè)計灌漿壓力,施工可順利進行,否則需要采取低壓、濃漿、限流、限量等技術(shù)措施,緩慢升壓,使之達到設(shè)計壓力,甚至可以試用加大漿液液柱高度,利用自重進行灌注,待起壓后,再逐漸升高到設(shè)計壓力。若仍無效,只有在該部位采取加密灌漿孔的方法解決。

4.6 漿液配比與變換

漿液采用水灰比為2,1,0.8,0.5四個比級,先用較稀的漿液開始灌注,而后逐漸變濃。灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時,或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時,不得改變水灰比。當(dāng)某一比級漿液注入量已達300 L以上,或灌注時間已達1 h,而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時,應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注;當(dāng)注入率大于30 L/min時,可越級變濃。

4.7 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔

封孔采用壓力灌漿封孔法。具體方法:先將孔內(nèi)余漿置換成水灰比0.5∶1的濃漿,將孔中余漿全部頂出,直至孔口返出濃漿為止。在最大設(shè)計壓力下,當(dāng)注入率不大于1 L/min,繼續(xù)灌注30 min,灌漿即可結(jié)束。

5 灌漿過程中特殊情況的預(yù)防和處理

5.1 灌漿中斷

1)中斷時間短者。中斷后,估計極短時間內(nèi)能夠復(fù)灌,中斷前灌的又是稀漿,中斷時注入率也很大。根據(jù)具體情況,可以不進行凈孔沖洗,排除故障后就可復(fù)灌。

2)中斷時間長者。中斷后,根據(jù)中斷的原因和當(dāng)時的情況,估計短時間內(nèi)難以復(fù)灌的,應(yīng)立即沖洗鉆孔。如果由于停電、停水或機械故障等原因不能立即沖洗鉆孔,而中斷前灌的又是濃漿時,則應(yīng)松開灌漿塞,上提射漿管,以免由于漿液沉淀被凝固住。待具備沖洗條件時,再行強力沖洗。中斷后,沖洗越早,效果越好;沖洗越遲,效果越差。如果裂隙內(nèi)的漿液已達到初凝狀態(tài),即使孔內(nèi)的沉淀可以沖出,復(fù)灌時也難以有良好的結(jié)果。

3)掃孔到底,重新灌漿。當(dāng)中斷時間較長,又未能及時沖洗鉆孔,預(yù)計鉆孔內(nèi)有漿液沉淀,并可能已經(jīng)初凝時,則應(yīng)將灌漿塞提出孔外,在恢復(fù)灌漿前,用鉆具重新鉆掃到孔底,用壓力水沖洗后,作為未灌孔看待,重新開始灌漿。

5.2 串漿

發(fā)生串漿后,常采用的處理措施有以下幾點:1)當(dāng)串漿孔為正在鉆進的鉆孔時,應(yīng)立即停鉆,在串漿孔內(nèi)漏漿處以上的部位安設(shè)灌漿塞,堵塞嚴(yán)密,在灌漿孔中依照施工技術(shù)要求正常地進行灌漿。待灌漿結(jié)束后,串漿孔間恢復(fù)正常鉆進。2)若串漿孔為待灌的灌漿孔時,最好是串漿孔與灌漿孔同時進行灌漿,一臺灌漿泵灌注一個孔,如無此條件,則只得采用上述1)的措施。

5.3 基巖中的大量漏漿

當(dāng)發(fā)生大量漏漿,一般可按下述幾個原則進行處理:

1)降低灌注壓力。用低壓甚至用自流式灌漿,待裂隙逐漸充滿漿液,降低流動性后,再逐漸升高壓力,按正常的施工要求進行灌漿。

2)限制注入率。將注入率限為15 L/min～20 L/min,或更小一些,使用濃漿進行灌注,待注入率明顯減少后,將壓力提高,使注入率又達到15 L/min～20 L/min,仍使用濃漿繼續(xù)灌注,至注入率又明顯減少時,再次升高壓力,增大進漿量,如此反復(fù)進行灌注,直至達到灌漿結(jié)束條件為止。

3)增大漿液濃度。使用濃度大的漿液或使用摻加細(xì)砂的濃漿灌注,降低漿液的流動性,同時再適當(dāng)?shù)亟档蛪毫?可以限制漿液的流動范圍,不使?jié){液流失過遠。待注入率已降低到一定程度,再灌較稀的水泥漿,并逐漸升高壓力灌至符合結(jié)束條件為止。

4)間歇灌漿。在灌漿過程中,每連續(xù)灌注一定時間,或在灌入一定數(shù)量的干料后,就暫時停灌,待凝一定時間后再灌。

5)必要時,在水泥漿液中可以加入速凝劑或采用水泥—水玻璃、水泥—丙凝等特殊漿液進行灌注、堵漏。

6 固結(jié)灌漿效果檢查

固結(jié)灌漿施工完畢后,鉆了9個檢查孔做壓水試驗。壓水試驗所用的壓力與該段同樣高程的灌漿段所用的灌漿壓力相同,做一個壓力階段,穩(wěn)定時間為1 h。壓力試驗共計20段,單位吸水量的算術(shù)平均值為 0.025 L/(min·m·m),小于 0.05 L/(min·m·m)的共17段,占總段數(shù)的85%,大于 0.05的有3段,最大值為0.082,說明灌漿效果是比較好的。

7 結(jié)語

1)鄉(xiāng)寧縣清峪水庫壩基經(jīng)過固結(jié)灌漿處理后,降低了透水性,單位吸水量和單位注入量值隨著灌漿次序的增進,均有明顯的降低。證實固結(jié)灌漿質(zhì)量和灌漿效果良好。基巖能滿足大壩基礎(chǔ)的要求。2)采用逐漸加密的方法,可以減少鄰孔串漿現(xiàn)象,有利于施工。3)在有蓋重的情況下進行灌漿可以增大灌漿壓力,減少冒漿。4)增大灌漿壓力是保證和提高灌漿質(zhì)量的主要因素之一。