结合云南某病险水库谈除险加固施工技术
时间：2022-09-24 12:44:35
摘 要：本文结合云南某病险水库实际情况，对高压摆喷灌浆施工、劈裂灌浆设计及施工在本工程中的应用作出具体探讨。
1工程概况
该水库是一座以灌溉、防洪为主结合发电的小(一)型水库，工程始建于1979年，拦河大坝为均质土坝。水库工程等级为四级。设计洪水标准为50年一遇，地震基本烈度为Ⅳ度。受当时施工条件限制，工程质量偏低，20多年来险情不断 虽经多次对其工程进行加固处，仍未彻底解决工程的安全运行问题。
2 高压摆喷灌浆施工
2.1高压摆喷灌浆采用三重管喷射工艺
分两序施工，两序喷灌间隔时间为7d，经过对部分开挖连接墙段的观察和分析。当第1序墙体的强度不够而切割时。由于墙体固有的不均匀和第2序喷射时穿透能力以及灌填饱和程度的限制，将附近第l序墙体冲散而第2序灌填不饱满等原因形成防渗的弱点，甚至空洞，当第1序墙体有足够的强度(1序喷灌7d后)，在进行2序喷灌连接时，这样连接防渗效果好。步骤说明如下：
(1)进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求安放水平。钻杆保持垂直，且确保钻孔倾斜率不超过1.0％。
(2)钻孔定位后，利用特种钻杆在设计孔位钻孔至设计高程，设计孔位与实施孔位的偏差应小于5cm。
(3)下三重管喷射。在地面上进行水、气试喷后下管止设计深度，调整喷射轴线方向呈折线型(折线的轴线与高喷灌浆钻孔的轴线的夹角为22°)。
(4)高压摆喷灌浆前的准备.主要确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。
(5)高压摆喷灌浆：严格按施工技术要求来操作，用施工技术参数来控制灌浆质量。
(6)拔套管，高压摆喷灌浆结束后。拔出套管。
(7)回灌，喷射完毕后，由于水泥浆固结收缩，出现孔口下沉。对己喷孔进行静压灌浆.直到浆面不下沉为止。
(8)再进行下一孔的施工。施工前进行室内配方和现场试验.室内试验确定浆液的配比和喷射注浆后固结体的强度。现场试验确定施工工艺参数、注浆固结体强度和墙体抗渗指标等。
2.2坝体防渗灌浆质量控制
2.2.1使用的材料的技术参数
本工程的高压摆喷注浆的主要材料是水泥，设计要求采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5R。灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块，水泥出库使用前应对其质量作鉴定，合格后方可使用。搅拌水泥浆的用水.应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63―89的规定。水泥浆由制浆机搅拌而成。水灰比控制ll～l3左右，搅拌时间不小于2min，超过4h的水泥浆作为废料处理，不得用于高喷灌浆。
2.2.2主要施工技术参数
本工程施工主要技术参数如下：
(1)高喷灌浆的孔距为1.8m，高喷灌浆的成墙厚度不小于10cm。
(2)防渗墙钻孔为垂直孔.其偏斜应小于1.O％。
(3)高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm。
(4)高喷灌浆的形式为摆喷摆角22º。
(5)提升速度：由于提升速度和地质情况有关系。因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。砾砂层的提升速度为8～10cm/min，壤土层的提升速度为12cm/min。
(6)高喷灌浆的水压为32～36Ma；流量为70～85L/min；空气压力为0.6～0.8MPa；风量为1.4～1.8m3/min；水泥浆压力为0.3～O.8MPa；流量为70～90L/min。
(7)注浆水泥浆比重控制在1.50～1.60g/cm3，回浆比重控制在1.36～1.45g/cm3。
3 劈裂灌浆设计及施工
3.1灌浆孔布置
劈裂灌浆孔中心线距坝轴线上游1m处,平行大坝纵轴线布置一排，灌浆分二序孔进行施喷，相临孔距为5m，一、二序孔施喷间隔时间为5d以上。
3.2 灌浆材料选择
灌浆材料以粘性土为主，为使浆液流动性，胶体性更好掺0.2～0.5％的水玻璃。粘性土选用含少量粉质粘土或壤土。
3.3灌浆压力的确定
灌浆压力是劈裂施工中一个重要控制指标.当灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时.钻孔就开始随裂缝扩展：随着裂缝的扩展，浆液进入坝体而形成防渗帷幕。灌浆压力如果控制得好，对于坝体的压密和回弹，浆体的压密和补充坝体小主应力不足、保证防渗帷幕的作用等，都能起到好的效果，否则，还有可能破坏坝体的某些结构，甚至出现险情。因此，参照相关工程灌浆试验和理论计算，该工程灌浆孔口压力一般控制在0.05～0.1MPa。
3.4 劈裂灌浆施工
3.4.1 钻孔
采用XY一1钻机钻孔，按图测量孔位，钻机就位，套管(φ108)用100kg的吊锤冲击至预定位置。然后用孔径φ91，合金钻头钻进。
3.4.2造孔完毕，提出钻杆，准备安放灌浆导管。
3.4.3导管安放
导管φ38钢管，导管下放为防止堵塞，接上灌浆泵，用稀浆(1.2g/cm3)边冲边下放。
3.4.4 清孔
为了使浆液在裂缝内顺利流通，以便充分填充每一处裂缝因此每一次灌浆前均要进行清孔，如果是第一次灌浆,用φ20mm钢管在导管内用稀浆冲洗，使灌浆孔有吃浆反映，再接好导管，装上压力表进行灌浆，如果复灌则用+φ20mm钢管抻洗φ前一次残留在导管内的泥浆，然后再接上灌浆装置进行灌浆。
3.4.5 制浆
(1)制浆机械及制浆方法：
土坝灌浆主要是灌注粘土泥浆。我们采用WTG100的泥浆搅灌机。主要特点是高速连续搅拌，自动筛浆，浆液存入搅浆筒内防沉，灌浆泵和储浆简直接相连，制出的泥浆质量高，能控制很高的含砂量。
将土料及清水按适当的比例，以适当速度连续均匀地从搅浆筒的一端进料口加入。土料从搅浆简内经过连续高速搅打后，由于泥浆的旋转离心作用。经过另一端排浆排至转筛内，筛选过的细浆便流入拌浆筒内，以防浆液沉淀。
(2)泥浆浓度的调配
在灌浆过程中，常根据不同的情况改变泥浆的浓度。以利于灌浆工作的进行及保证灌浆的质量，泥浆由浓变稀要加水，由稀变浓要加土。
(3)泥浆浓度的选用：
在坝体灌浆中，泥浆密度控制在1.3～1.5g/cm3之间。密度在1.4 m 以上的泥浆为浓浆，以下为稀浆。原则上，开始用稀浆3～5mim以后，然后用浓浆。
(4)泥浆中掺入少量水玻璃：
为了提高坝体的灌浆效果。改变泥浆的性能.掺入水玻璃0.2～0.5％(干土重的比例)。水玻璃掺入泥浆后能促进沉砂作用.能起到降低泥浆粘度和静切力的作用.在浓浆中渗入水玻璃，增加泥浆的流动性，有利于提高灌浆效果。
3.5 灌浆
3.5.1灌浆方法
充填灌浆孔前，采用孔底注浆全孔灌注法。孔底注浆全孔灌注是提高灌浆质量和保证坝体安全的重要技术措施。灌浆机以一定的压力收浆液压入注浆管。浆液从管底流出，顺注浆管壁外侧向上流动。
灌浆开始时，先用稀浆(1.3g/cm3)灌3～5min，然后加大泥浆稠度至设计要求。若孔口出现压力下降或注浆管出现负压时。应再加大浆液的稠度。当压力表读数大于设计的最大压力时，应立即调节出浆量或停灌，保持稳定1～2h后，即可换孔灌浆，在换孔前先用稀浆注3～5min。以便下一次灌注易于清孔和浆液流通。
3.5.2 灌浆次数和复灌时间
灌浆次数：5次以上.每次灌浆的间隔时间5d，在雨天为7d。
3.5.3 灌浆工艺
(1)采用下护壁套管.灌浆前在钻孔上部设下2-3mm的护壁套管.可以防止孔口塌落.减少孔口冒浆。
(2)压力控制：灌浆压力0.05～0.1MPa，如果灌浆压力超过了设计压力.则应及时采用控制措施。如打开灌浆泵上或孔口设置的回浆阀门.减少输浆量，以维持设计压力。
(3)灌浆量控制：在施工中控制每次的灌浆量，并且采用少灌多复的原则：单孔的灌入量制在0.3～0.5nvtn3左右。1序孔的灌入量的60％ 以上。
(4)位移量控制：为了保证坝体的安全。增加坝体的回弹比.提高灌浆效果.应通过控制单孔的每次灌浆量.增加复灌次数.控制坝移量。
(5)终灌标准和封孔：
终孔标准：当开启灌浆泵后几分钟时间.坝顶表面裂缝即冒浆，这时在无压情况下反复轻灌，坝项连续三次冒浆，缝内浆面基本不下降。即可终灌。封孔：当每次灌完后.待孔周围泥浆不再流动时，待孔内浆液取出。扫孔到底.然后向孔内灌注密度1.6gcm3的稠浆。
3.6劈裂灌浆过程中遇到的问题及分析处理
(1)纵向裂缝：钻孔内下护壁套管.宽缝采用自重灌浆处理。
(2)冒浆：灌浆期间出现冒浆，在不同的部位采用不同的方法。
①坝坡冒浆：轻微的冒浆部位开挖回填夯实，采用灌一停一灌的间歇性灌注方法。坝坡底部严重冒浆，说明坝体内有与灌浆孔相连的大通道，处理方法：a.封堵冒浆通道；b.控制灌浆量或灌入稠浆来防止冒浆；或采用灌一停一灌的方法，间隔时间适当延长。
②上游或下游水位以下冒浆。若因灌浆压力大导致水下冒浆，应立即降低灌浆压力；若孔口并无压力而冒浆，说明原有裂缝、洞穴与灌浆孔相通，应采取浓浆间歇灌注，等灌入的泥浆初凝后再继续灌注，或在泥浆中掺加适量水泥，以加强浆液初凝.达到封堵冒浆通道的目的。
③坝项和孔口冒浆。在灌浆初期，通过孔口下护壁套管，可以阻止坝顶和孔口冒浆。灌浆后期冒浆，表明坝体内已灌满，不必采取封堵措施。
(3)串浆：两孔串联灌浆或串浆孔堵住。塌坑：在塌坑内回填粘性土料。分层夯实：或往塌坑口灌注泥浆，初凝后用于土封口夯实。
(4)单孔吃浆量过大：采用少灌多复的办法，直至灌饱为止。
4 结束语
(1)严格按照《施工方案》和《灌浆技术规范》进行施工。经有关部门对施工质量进行监督和抽样检查，工程的布孔、造孔、工艺操作、浆液性能、综合控制情况、各孔终止灌浆均达到标准，封孔、灌浆中出现的问题及其处理。基本上符合设计要求，灌浆效果较好，灌浆后堤身形成一道防渗帷幕。
(2)高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、且耐久性较好。为确保高喷防渗墙施工质量。必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的不用不同的施工工艺，才能保证高喷施工质量。
(3)劈裂灌浆施工具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点。
(4)灌浆结束后，经过两个丰水期的蓄水，水库的蓄水面高程明显比以前高，出放水口顺流量也得到有效控制，达到设计要求。由此可见，高压摆喷灌浆与劈裂灌浆的结合应用该水库安全加固中满足设计要求，且应用效果良好。
