固结灌浆在水库坝基的应用

摘要: 结合社上水库工程实例对固结灌浆的设计方法及施工工艺作了介绍, 说明该方法用于处理水库坝基在技术上是可行的, 在经济上是合理的。

关键词: 固结灌浆; 水库; 坝基;质量控制

0 引言

随着近年来水电建设的迅猛发展, 建设规模越来越大, 速度越来越快。作为生命线工程, 对其设计和施工也提出越来越高的要求。由于投资规模和工程地质条件的限制, 部分电站的枢纽建筑物基础通常位于软弱岩体上, 为保证工程质量和运行安全稳定的要求, 需采取开挖或基础加固等手段改善地基质量、确保工程安全。固结灌浆是加固坝基的重要手段之一, 它是用适当的压力, 将水泥浆或其它化学固化材料灌注到岩体的裂隙、断层破碎带、软弱夹层或洞穴中去, 待浆液固化后, 增强岩体的完整性和均一性, 提高基岩的承载能力和弹性模量, 减少变形和不均匀沉陷, 同时也降低岩石的透水性。

1. 设计方法

灌浆处理的目的是通过对坝基破碎岩层进行固结灌浆, 提高坝基的整体性和承载力, 加强坝基防渗堵漏的能力。应用劈裂充填及渗入充填的形式使水泥浆液渗入岩石裂隙及破碎、疏松的部位, 形成岩石与水泥固结体, 从而达到加固和防渗堵漏的目的。

1.1 灌浆孔设计

􀀁 (1)固结灌浆孔: 孔距3m, 排距3m, 分2～5排(依各坝段坝体宽度而定, 呈等腰三角形布置) , 孔深6m, 且尽量能通过多层节理, 并视岩层情况确定斜度;

1.2 设计要求

为满足处理要求, 达到处理的目的, 设计如下施工参数:

􀀁 (1)清孔水压: 0.2～0.4MPa;

(2)固结灌浆压力: 0.5～1.0MPa;

(3)液水灰比: ( 0.6～ 8)：1;

􀀁 (4)水泥材料: 525# 普通硅酸盐水泥;

��� (5)止灌标准: 灌浆压力达到了设计的最大要求压力, 且持续30min 吸浆<0.5Lmin 时灌浆作业即可结束;

(6)采用自上而下栓塞分段灌浆法, 2m为一段。

2 施工工艺

2.1 施工设备

􀀁 (1)成孔设备: 衡阳探矿机械厂制造100A型钻机及辅助设备;

􀀁 (2)制浆设备: 制浆桶、搅浆机及辅助材料;

􀀁 (3)灌浆设备: 高压注浆泵及配套材料。

2.2工艺流程

􀀁 (1)成孔: 平整好场地, 摆好钻机, 对准孔位, 启动钻机进行钻孔至设计深度;

􀀁 (2)清孔: 钻好孔后, 下导管用高压清水对钻孔进行清洗, 水压一般为0.2～0.4MPa, 以便灌浆时水泥浆液更易渗入岩石裂隙内;

􀀁 (3)压水试验: 通过进行压水试验, 以获得岩石渗透性资料;

(4)下灌浆导管：依据自上而下栓塞分段灌浆法的要求下好灌注导管, 并用栓塞密封好。

(5)灌浆: 灌浆是应用劈裂灌浆及渗入灌浆的原理将水泥浆液灌入岩石裂隙及破碎、松散的部位, 使之与岩石胶结为一整体。灌浆应遵循先稀浆后浓浆的顺序, 先低压后高压的原则, 严格按设计好的控制参数进行连续灌浆, 达到设计要求时方可停止灌浆。灌浆时应按设计要求分序次进行灌浆。

(6)封孔：用0.5：1水泥浓浆排除孔内稀浆回填满。除涌水段需用机械封孔(带压力封孔, 同灌浆压力)外, 其余可用人工封孔。待孔内水泥浆液凝固后, 灌浆孔上部空余部分可使用更浓的水泥浆或砂浆人工封填密实。

2.3 􀀁工艺机理

因在坝基岩中存在有大量的节理和裂隙, 在水泥浆液压力的作用下, 可将岩石沿原有的节理和裂隙进一步劈裂开来, 在已劈裂开的裂隙或节理中充填水泥浆液, 同时水泥浆通过渗入作用, 渗入到非常细小的裂隙或孔隙中, 将其充填。通过劈裂灌入作用和渗入充填作用, 水泥浆液就将整个破碎的、疏松的坝基岩胶结为完整的、稳定的且具有较高强度的统一整体, 起到提高坝基承载力和防止坝基渗漏的作用。

3 效果检测

3.1 岩芯结石分析

因试验区地层岩性主要为炭质页岩与砂岩互层, 岩石较软弱, 遇水易软化, 为取芯采取地质岩芯钻机钻进时, 钻机需加一定压力及转速并加水才能钻进, 钻进过程中尽量使用较低转速和较小压力, 并减小回次, 但大部分软弱岩石被挤碎成岩粉从孔口返出, 岩芯获得率低, 岩芯呈短柱状、碎块状, 并难以观察有水泥结石, 仅在J- 1砼与岩石交接触处(孔

深1.5m), 发现岩芯接触面上胶结有水泥薄膜, 厚度0.2～1mm, 强度较高。

3.2 声波检测分析

根据规定, 固结灌浆后的岩石弹性波速不小于4000m/s, 则符合结束标准。经检测本次试验段灌前波速值2000～2500m/s, 灌后波速值3500 ～4500m/s。符合结束标准, 同时灌后波速值提高, 说明灌浆达到了效果。

4. ���质量控制

􀀁 (1)成孔时严格调整好钻机的平稳度, 控制好钻机的垂直度,保证钻孔的垂直度偏差在允许范围内, 即<15′, 防止偏孔、串孔;

􀀁 (2)清孔时要有足够长的清孔时间,保证清孔要彻底、干净,并要有足够的清孔水压;

􀀁 (3)制浆时要保证水泥浆的水灰比达到设计要求, 搅浆要成熟。凡已配制好的水泥浆液>2h 仍未使用的,应全部废弃,严禁继续用来灌注;

(4)灌浆时应严格按照有关灌浆施工规范及设计要求进行施工, 以保证灌浆质量。

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