双坑水库帷幕灌浆除险加固工程分析_安东旭.pdf

河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术双坑水库帷幕灌浆除险加固工程分析安东旭（梅州市海河水利水电设计有限公司，广东 梅州 514781）摘要：在水库除险加固工程坝基处理中，帷幕灌浆技术能够取得预期的加固效果，而且相比较其他的加固技术，能够显著降低工程造价。在对帷幕灌浆技术进行运用的过程中，需要充分考虑水库的实际情况，严格依照设计要求进行施工作业。文章以双坑水库为例，就帷幕灌浆技术在水库除险加固工程坝基处理中的应用进行了分析，结果表明：帷幕灌浆能够很好地对坝体透水和渗漏病害进行处理，除险加固效果显著。关键词：帷幕灌浆；水库；除险加固工程；坝基处理中图分类号：TV697.3文献标识码：A文章编号：1673-8853（2022）12-0035-03Analysis of Curtain Grouting Reinforcement Project of Shuangkeng ReservoirAN Dongxu（Meizhou Haihe Water Conservancy and Hydropower Design CO.LTD.,Meizhou 514781，China）Abstract：In the dam foundation treatment of reservoir reinforcement project,curtain grouting technology can achieve the expectedreinforcement effect,and compared with other reinforcement technology,can significantly reduce the project cost.During the application ofcurtain grouting technology,the actual situation of the reservoir should be fully considered and construction should be carried out in strictaccordance with the design requirements.Taking Shuangkeng Reservoir as an example,this paper analyzes the application of curtain groutingtechnology in dam foundation treatment of reservoir reinforcement project,and the results show that curtain grouting can deal with seepageand leakagediseasesofdambodywell,andtheeffectofdam reinforcement isremarkable.Key words：curtain grouting;thereservoir;safetyreinforcement engineering;damfoundationtreatment0引言水库在调节河流流量、防范洪涝灾害等方面发挥着积极作用，也是社会经济发展中非常重要的基础设施，而其在长期的运行过程中，会受到各种因素的影响而出现病害和问题，如果不能对这些病害进行及时有效处理，水库运行的可靠性和安全性会受到影响。帷幕灌浆技术在水库除险加固中有着良好的效果，可以对水库结构进行整体性补强，降低外部荷载对坝体的损害，也能够提升坝基结构的耐水性，为水库大坝的稳定运行奠定坚实基础。1工程概况双坑水库位于梅州市五华县岐岭镇黄福村，水库坝址流域为五华河水系（见图1）。水库于1973 年1月动工兴建，1974年12月建成蓄水。实测复核水库总库容 24.94 万m3，工程等别为等，属于小（2）型水库，永久性主要建筑物级别为 5 级，次要建筑物级别为 5级。水库始建时按 20 年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，此次复核设计洪水位为182.33 m，校核洪水位为 182.65 m，正常蓄水位为 181.41 m，死水位 175.27 m。该水库是以灌溉为主，结合防洪的综合利用的小（2）水库，设计灌溉面积33.33 hm2，保护耕地33.33 hm2，保护人口 1 500 多人。双坑水库是以灌溉为主，结合防洪的小（2）型水库。由于水库存在严重的安全隐患，经2021年安全鉴定评定为三类坝，2020年8月，五华县水务局经复查后同意三类坝鉴定结论。根据水库运行管理的有关规定，若不进行除险加固，水库将不能正常蓄水，效益得不到充分发挥。相关勘查数据显示，大坝填筑土体主要为粉质黏土，该土质较均匀，呈可塑状，渗透性中等；但由于建坝时施工工艺有限，碾压欠密实，导致坝体填土整体结构较疏松，填土压实度达不到规范要求。大坝坝体填土以粉质黏土为主，含少量碎石，含量少于4%，土质较均匀，已完成自重固结，属多年填筑土。标准贯入试验实测击数N=79击，图1双坑水库位置图35河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术平均8击，为松散-稍压实，压实度偏低。综上所述，此工程存在的多项安全隐患，时刻威胁着水库下游人民群众的生命和财产安全，水库目前已不能正常运行，一定程度上制约着当地社会经济的发展。因此，必须尽快除险加固，消除不安全因素，避免水库可能出事的风险，发挥水库的正常效益，水库除险加固刻不容缓，应尽快动工修建。2方案设计和预期效果此水库未见渗漏，但根据地质报告渗透系数较大，大于规范值，此次设计采用充填灌浆方案作为均质土坝段坝体防渗加固设计方案，此工程坝体充填灌浆轴线布置在坝顶双排孔，梅花形布置，共同形成一道防渗墙体以达到坝体防渗目的。坝体充填灌浆孔布置在大坝顶轴线处，灌浆孔设计为双排，孔距和间距均为2 m，分、三序孔，序孔间距8 m，序孔间距8 m，序孔间距4 m。坝体、坝基接触面灌浆设计中，灌浆排数根据坝体、孔隙率、坝体土料性质及透水性确定。充填灌浆采用双排孔，孔、间距均为2 m；充填灌浆深入基础到强风化层1 m，充填灌浆采用水泥粘土浆，坝体充填灌浆平面布置和纵剖面布置如图2和图3所示。水库加固后，大坝为均质土坝，坝长48 m，最大坝高9.43 m，坝顶宽7.50 m，上游坡预制混凝土六角块护坡，坡比为 1：2.55，下游坡比 1：4.5，草皮护坡；溢洪道位于土坝左岸坝肩，为开敞式溢洪道，控制堰堰形为宽顶堰，堰顶高程181.41 m，溢洪道全长89 m，净宽5.50 m，出口为底流消能。输水系统位于大坝右侧，放水设备为梯级放水卧管（哨涵），输水涵为内径0.30 m的钢管，输水涵洞进口高程175.27 m。3帷幕灌浆技术应用3.1前期准备一是设备准备。在工程施工中，需要用到各种各样的施工设备，这些设备也是保证施工顺利进行的前提，结合该工程的实际情况，在帷幕灌浆施工中，需要用到1台20 t汽车起重机，1台10 t塔式起重机，6台150型地质钻机和1台CASE6010水平定向钻机，浆液的搅拌采用的是J1-400型混凝土搅拌机，配合4套灌浆设备完成灌浆作业。二是材料准备。此工程所用混凝土均从搅拌站购买成品；砂料直接向岐岭镇砂场购买成品砂，砂料以中粗砂为主，褐黄色，较干净，成分主要是石英、长石，质量能满足工程要求。石料到石场直接购买块石和碎石。料场产石大部分为中细粒钾长花岗岩，石料强度高、质量好，是较好的建筑材料，储量也完全能满足本工程的要求。此工程主要土方用量为输水涵和溢洪道处的开挖和填筑，以及输水涵进口处围堰土方用量。回填用料可充分利用开挖料中的优质土石料，弃渣场可考虑设在库区下游左岸低洼地段或山谷中。3.2灌浆技术3.2.1造孔施工人员需要依照设计方案的要求，通过放样的方式确定每一个钻孔的位置，依照先上游排，后下游排，分4序跳跃式造孔。在造孔过程中，需要切实做好施工管理，要求造孔必须保持铅直，允许存在的最大偏斜率不能超过钻孔深度的2%。同时，施工人员需要切实做好钻孔的记录工作，对造孔过程进行准确描述，对于造孔环节出现的特殊情况，需要做好全面详细的记录并进行深入分析和处理，保证造孔效果。3.2.2制浆对照工程的现实需求，在制浆过程中，选择的制浆材料为土料、水和水泥，浆液材料采用 50%黏土加 50%粉土，容重为1.40 t/m3浆液中掺入25%的水泥（重量比）。浆液配置中使用的水必须为没有任何杂质和异味的淡水，不能使用污水。在确定好浆液配比后，使用J1-400型混凝土搅拌机将所有原料充分混合，然后借助过滤筛和沉淀清除大颗粒和杂物。正式灌浆施工前，需要再次以进行过滤，筛目规格为35孔/cm2。要求所有指标都能够满足设计施工方案的要求，灌浆过程中浆液容重和输浆量应每小时测定施工准备备案、造孔、制浆、灌浆、终孔处理验收1次并记录，如：浆料发生变化，应随时调整。3.2.3灌浆在进行灌浆操作的过程中，先灌上游排孔，后灌下游排孔，各排按钻孔顺序分序进行灌注。帷幕充填灌浆采用了分段灌注的方法，要求由下而上进行，分段灌注的长度控制在510 m。在灌浆初始阶段，应该使用稀浆，经过约3-5 min后，可以逐渐加大泥浆稠度，若孔口压力下降和注浆管出现负压（压力表读数为0以下）立即再加大浆液稠度，浆液的容重按技术要求控制。同时，技术人员需要对灌浆的过程进行记录，依照相应的数据变化情况，做好图表绘制工作。3.2.4管理帷幕灌浆作业过程中，必须切实做好施工管理工作，这也是确保施工质量和施工效率的前提，施工管理人员应该充分重视起来。具体来讲，在水库坝基帷幕灌浆施工中，需要做好灌浆量控制，灌浆压力控制，横向水平位移控制，裂缝开展宽度控制等，要求控制工作能够贯穿整个施工过程。例如：在对灌浆量进行控制时，每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在 0.501 m3，每孔灌浆次数应要 6次以上。充填灌浆按少灌浆多复的原则进行；前后两次灌浆需要间隔一定的时间来保证施工效果，这个间隔时间不能少于5 d；灌浆口压力的控制不能超过0.10 MPa，同时对灌浆情况进行跟踪管控，确保表面不会出现裂缝。图2坝体灌浆平面布置图1250图3坝体注浆纵剖面布置图125036河南水利与南水北调 2022年第12期施工技术3.3异常处理在实施帷幕灌浆施工的过程中，存在一些无法预知的风险，如停水停电、恶劣天气等，必须提前做好风险防范工作，制定出有效的应急预案，才能保证工程施工的顺利进行，在发生异常时及时做出处理和应对。这里对帷幕灌浆施工中的一些常见异常的处理措施进行讨论。3.3.1吃浆过大如果在灌浆过程中，出现了单次吃浆量过大的问题，可以尝试采用少量多次的方式进行灌浆，对每次灌浆的量进行严格控制，直至最终灌浆量达到预设标准后，可以停止灌浆。3.3.2冒浆问题帷幕灌浆环节如果在坝顶或者坝坡位置出现了冒浆的问题，必须立即停止灌浆，将冒浆口挖开，使用黏性土料进行回填夯实。如果冒浆位置出现在钻孔周边，可以使用水泥砂浆封堵。3.3.3串浆问题灌浆时如果出现了相邻孔串浆的问题，需要做好观测分析，若串浆孔灌浆条件良好，并且对坝体不存在负面影响，可以对多个串浆孔进行同时灌浆，不过需要对灌浆顺序进行控制，每个泵灌一个孔。如果灌浆孔的条件不允许同时灌浆，可以使用木塞将串浆孔堵住，然后继续进行灌浆作业。完成灌浆工作后，需要对串浆孔进行冲洗和清扫，然后才能继续该孔的灌浆作业。3.3.4灌浆中断如果因为突发状况导致灌浆突然中断，需要对钻孔进行清洗，尽快恢复灌浆。灌浆作业需要连续进行，若整个冲洗过程中断，需要先对钻孔进行清扫，恢复灌浆后，使用与开始灌注时标号一致的水泥进行灌注。如果灌浆段水泥砂浆灌入过多，影响了灌浆的顺利进行，则可以在浆液中加入速凝剂和稳定浆液，对流速和流量进行控制，适当降低压力。处理完成后，需要再次进行扫孔，依照相关技术要求灌浆，回浆浓度变大时，可以使用相同水灰比的新浆进行灌注。4结语总而言之，在使用帷幕灌浆技术对水库大坝坝基进行除险加固的工程中，需要做好钻孔工作，对