【word】 段家峡水库大坝劈裂灌浆除险加固技术的实践

【word】 段家峡水库大坝劈裂灌浆除险加固技术的实践 段家峡水库大坝劈裂灌浆除险加固技术的 实践 段家峡水库大坝劈裂灌浆除险加固技术的实践 1概述 王志刚 (陇县段家峡水库灌溉管理处陕西陇县721200) 摘要帷幕灌浆是进行水摩防渗处理的一种常用方法,施工简单,节省投资.本文结合陇县段家 峡水库帷幕灌浆 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 施工情况进行对防渗技术的实施进行了全面分析,对类似工程的 施工提供参考. 关键词水库大坝;劈裂灌浆;成果分析 中图分类号:TV543文献标识码:B 段家峡水库位于陕西关中西部黄河 二级支流千河上游陇县曹家湾镇段家峡 村,是一座以灌溉为主,兼防洪,发电,养 殖等综合功能的中型水库,水库总库容 1832.4万m,控制流域面积634km.大坝 为均质土坝,坝高43m,坝顶高程1090m, 顶宽12m,坝顶长187.5m,底宽262.5m, 有效灌溉面积4460hm,电站9座,装机 7380kW. 1970年7月动工,1972年12月完 工,属”三边工程”,存在严重的质量隐 患,曾出现过险情. 2段家峡水库病险处理情况 水库1972年底,建成后蓄水不足百 天,便出现重大险情.在大坝背水坡右岸 发生了严重漏水,渗漏量为O.025m3/s,形 成塌坑,有滑坡迹象,同时迎水坡出现裂 缝.针对险情,采用挖除裂缝,重新夯实, 锁缝等方法处理.1974年至1977年对坝 体进行了加高培厚和帷幕灌浆,基本排 除了险情,但对坝体内部未采取专门措 施处理. 分析右坝段岩坝结合部位坝体松软,有 裂缝;河床坝段有软夹层;左岸背水坡坝 段质量较差;浸润线较高.1986年在坝顶 轴线附近打探井3眼,井内各有4条6 条裂缝,缝宽为lmm,7mm.其中3号探 井内有一纵向裂缝,缝宽10mm,15mm; 探井内有软弱夹层2处,5处,厚 10cm一50em 3段家峡水库出现险情的原因4劈裂灌浆 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与施工 分析 分析段家峡水库大坝出现险情的原 因:?土坝施工中清基不彻底,上坝土料 和碾压质量较差;?坝肩与河床段沉陷 差过大,坝体浸润线变化异常;?坝肩段 位移量小,中间段位移量大.1985年对坝 体隐患进行了电法勘探,根据电测结果 为了根治大坝病患,1985年对大坝 进行劈裂灌浆设计,1986年获得批准. 4.1设计技术要求 (1)设计要点:根据该坝整体质量 差,病患多的特点,决定实行劈裂灌浆, 对局部变形和渗透稳定问题,先进行充 填灌浆,然后沿坝轴线进行劈裂灌浆. 测量确定上下游切点与圆心连线上的坡面 点坐标,确定圆弧开挖范围. (2)在圆弧线开挖范围内,将所测的坐 标点换算成以圆心为相对原点的坐标值. (3)利用勾股弦定理求出所测随机点 距离圆心点(相对坐标原点)距离. (4)利用反正切三角函数公式求出相应 圆心角,同时求出相应建筑物设计轴线上的 圆弧长度,以确定所测随机点对应的桩号位 置.圆心点对应的起点桩号加上或减去弧长 即为施测坡面点对应于圆弧线的桩号. (5)开挖线点判别与直线坡面计算原 理相同,不再赘述. 2.2-3实际数据演示计算 (1)以DLD6为相对坐标系原点,以 DLD2方向为x轴正向建立相对坐标系, 则方位角经计算为=238.993. (2)所测点坐标:Xl=3763912.678; Y1=628803.985;Z=822.688 相对坐标计算:x1=49200;Yl=18371 (3)根据公式(4)求圆心角:20.48.< 31.11.(设计圆心角),则说明所测点在开 挖区域范围内,可进行下步计算; (4)求半径:R=52.518m (5)求相对于起始点DLD2开挖轴线 弧长:20.48~60×2X40(设计开挖轴线半 径)×叮r=14.298m,则该点相对于设计轴线 点的桩号为3o4+14.298=318.298m,设计高 程为:800.94—14.298×14/100=798.938m (6)判定所测点的位置(与前述直线 相同): (822.688—798.938)X0.5+9.2/2=16.475m 16.475>12.518=52.518—40,计算结果 所测点高于设计开挖线点,应向坡面下移 动3.957m(16.475—12.518).通过反复测 算,即可很快测出所要开挖线点位置,如点 X2=3763910.572;Y2=628801.625;Z=822.234 即为开挖线上其中一点(计算过程同前). 3结语 笔者认为,文中所述方法的主要优点 在于充分利用了全站仪的坐标测算及高 程测算功能,且能适应任何复杂地形,开 挖线上的点随意加密,放线速度快,精度 高.同时,在放线过程中,更为快捷的方法 是在全站仪测站及后视点设置时,直接输 入建站点及后视点相对于虚拟坐标系原 点的虚拟坐标值(可用CAD制图软件辅 助查询,也可用解析法计算求得).因此, 全站仪直接测出的坡面点坐标就是按照 前述方法换算的相对坐标,省去了现场坐 标换算这一环节,极大地节省了人力,值 得推荐.陕西水利 ( 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑:黄灵芝) 0 (30 fad ,, o. 厶 o (2)孔序:按先疏后密的原则,河床坝段 分两序施灌,岸坡段分三序施灌,充填孔在 局部隐患处按梅花形布设. (3)孔深与进尺:孔深钻至坝基砂,卵层 下,沿坝轴线钻劈裂孔23个,总进尺732m, 增强孔210m,检查孔4个,总进尺166m. (4)灌浆压力和帷幕厚度:单孔最大设 计压力为lkm一1.05km,帷幕厚 0.3m. (5)灌浆土料物理力学性质:浆液容重 1.02g/cm,1.6g/cm2,施灌时先稀后浓,粘粒 含量20%,30%,粉粒含量不小于30%. (6)施灌技术措施:劈裂孑L单孔复灌5 次,6次,间隔4天,5天,充填孔复灌2 次,3次,间隔3天一4天.灌浆时把注浆管 下至距孔底lm,2m处,每次复灌结束后注 浆管提升高度不得大于lOm,一次连续进浆 量控制在20m3,灌浆期间水位控制在1074m 以下. 4.2灌浆施工 大坝灌浆1986年开工,1988年完工.由 千阳县地下水承担施工任务,宝鸡市水管站 负责技术,分三期实施,共钻孔44个,钻孔 深1402.17m,灌入泥浆660.35m. 4.2.1施工工序 (1)钻孔:采用改进型双导管,250kg吊 锤打孔钻机造孔.遇到钻进困难时加少量水 一 次成孑L,充填孔位于坝轴线上游0.5m处. 岸坡段按梅花形布孔,河槽和右岸坡段钻至 砂卵石层与基础相接,深入基土2m,13m. (2)灌浆:?下置护壁套管:钻孔成型后 立即在孔下安装1.5m,4.Om长的孔口护壁 套管.?下灌浆管:用无缝钢管,外径 42mm,下至距孔底lm一3m处,实行孔底注 浆,孔口加封,全封闭灌注.?土料选择:选 择与原坝相同的土料,粘粒含量31%,粉粒 含量64.6%,砂粒含量5%.?灌浆性能:初 灌时用稀浆开路,容重1.3g/cm,随着复灌次 数的增加,浓度加至1Alg/cm1.5g/era2.?灌 浆压力控制:单孔最大设计压力为1km2— 1.5kg/cm:.?灌浆量控制:按少灌多复的原 则,一次连续进浆量控制在2O,但总进浆 量不限制.?裂缝控制:灌浆时严密监测坝顶 及坝坡裂缝,宽度控制在lcm,2cm,不允许 裂至坝肩.坝坡一旦发生裂缝停灌.?位移控 制:坝顶布设2O个施工变形观测点,每轮灌 一 次,观测一次,坝肩最大位移控制在2cm一 3cm.?复灌次数及复灌时间间隔,一序孑L复 灌3次一4次,间隔3天一7天;二序孔复灌 6次,7次,间隔5天,12天;三序孑L及检查 孔复灌7次,间隔5天. (3)封孔:直观上以饱满密实为终灌标 准,封孔时拔出注浆管,向孔内注满容重大 于1.55g/cm的浓泥浆.待浆体浓缩后,及时 加满,反复几次,直到不再下降为止.待7 天,1O天后用千土在孔口夯实. 4.2.2施工中遇到的问题及处理结果 劈裂灌浆设计所用数据多采用外地经 验,与段家峡水库大坝灌浆有不适合之处, 在灌浆施工中遇到一些问题,需要对部分方 案变更. (1)一序孔孔位确定:原设计主排孔沿 坝轴线单排布设,在主排孔施钻前,经市,县 有关技术人员分析决定,一序主排孔向上游 移动0.5m. (2)灌浆压力的确定:设计灌浆压力 1.Og/cm2,1.5g/era2,施工中有些孔1:3未加 封,各孔吃浆量均未达到设计要求,如不适 当增大灌浆压力,会影响灌浆效果.所以在 后期施工中,通过试验确定,允许单孔最大 压力2.5kg/cm2,效果较好. (3)裂缝控制:根据外地经验”内劈外不 劈”,提出要严格控制坝面裂缝,如坝面出现 裂缝时立即停灌.但段家峡水库由于该坝填 筑质量差,变形裂缝多,虽然在灌浆中采取 了下护壁套管和阻浆盖等措施,但仍不能阻 止坝顶裂缝扩展.所以,在二序后灌浆时不 允许坝肩处开裂,而允许坝顶开裂,宽度在 2cm范围内,每次停灌后能回弹闭合,效果 较好. (4)高水位期灌浆问题:按设计要求,灌 浆期水库水位应控制在1074m高程以下或 空库运行.但由于多方原因,整个施工期库 水位都高于1074m,坝体内孔隙水压力较 大,灌浆效果受到一定影响,所以高水位运 行时不利于对土坝灌浆. 5灌浆效果分析 段家峡水库土坝劈裂灌浆不仅使坝体内 部形成防渗帷幕,提高了防渗能力,而且使坝 体内部的应力再分配,达到平衡,使坝体稳定, 效果显着.现对灌浆效果作如下分析. 5.1灌浆压力,进浆量与坝体稳定的关系分析 土坝劈裂灌浆的内容之一,就是在允 许的范围内,尽量增大灌浆压力,加大进浆 量使原坝内部土体更加密实,因此本次劈 裂灌浆自二序后施加了较大的灌浆压力. 其中,13个子L灌浆瞬时压力达到2kg/cm, 2.5kg/cm,5个孔达到3km2,4km2,由 于较高的灌浆压力对坝体的挤压,劈裂穿 透作用,使坝体土密实度增大. 由于灌浆时坝体土处于弹性平衡状态, 因此,通过对坝体施加较大的灌浆压力和土 的湿化变形,使坝体土充分压缩,坝体内应 力不足土区得到灌浆压力补充,坝体内部应 力趋向均衡,加速了泥浆排水固结,提高了 浆体强度,达到了防渗稳定的目的. 5.2坝体变形与稳定的关系分析 为了监测坝体在施工期变形,保证施 工安全,施灌前在坝顶增设了2O个变形观 测点配合原有的24个观测标点对坝体进 行全面观测,现根据观测结果进行分析: (1)沉降:灌浆前沉陷量为2.9cm,9.1cm, 各点平均为5.7cm,年平均为1.2cm.灌浆期 间沉陷量为3.8em,9.5em,各点平均为 6.3cm,年平均为3.8cm,灌浆期间大坝沉陷 速率为灌浆前的3.17倍.可见通过劈裂灌 浆加速了坝体沉陷固结,使坝体向密实稳定 发展. (2)位移:通过灌浆期间实测位移资料 分析,浆体在坝体内不是把坝体体积扩大变 为位移量,而是使坝体更加密实. (3)裂缝:灌浆期间坝体共产生裂缝61 条,最大缝宽20mm,长35m,多为倒”八字 形”的斜向缝.这些裂缝极限于平衡状态,可 见灌浆压力和坝体土的湿化变形,产生大量 裂缝,释放出变形能,使原来处于极限平衡 状态的受拉区变为受压区,使内部应力得到 调整,出现新的平衡和稳定. (4)渗漏:库水位在1073.Om至1075.Om 时,灌前测得坝下游渗漏量为1.5k, 115kg,’s,灌后渗漏量为30kg/s,40kg/s,较灌前 减少68%,水色清晰透明. (5)灌后电测发现,浸润线在帷幕灌浆处 有明显降落,证明灌浆基本解决了渗漏问题. 5.3灌浆后探井检查 (1)灌浆使坝体形成了防渗帷幕,消除 了坝体隐患. 灌后在坝顶沿布孔轴线打探井3眼,井 内均未见裂缝,发现2条,3条浆脉,最大脉 宽9.6cm,走向基本平行于坝轴线,呈密实的 块体产状,可见坝体段沿布孑L轴线已被泥浆压 力劈裂,形成防渗帷幕.坝内原有裂缝和松软 夹层孔隙已被泥浆充填密实而闭合. (2)浆脉密度达到设计要求,浆脉附近 的坝体密度增加. 灌前三探井共取样13个,测得平均湿容 重为2.13g/em2,干容重1.237g/cm2,灌浆后共 取样2O个,测得平均湿容重2.257g/cm,平均 干容重1.726g,cm2.灌后比灌前坝体土容重增 加,说明浆体附近坝体质量提高,已经基本解 决了坝体的渗透和变形稳定.陕西瓠 (责任编辑:黄灵芝)