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1、1白水河二级坝防渗帷幕灌浆设计与施工白水河二级坝防渗帷幕灌浆设计与施工关华平（云南省丽江市水利水电勘测设计研究院 674100）摘摘 要：要：本文介绍了防渗帷幕灌浆在白水河二级坝砂砾石坝基处理的实践与应用，并从设计、施工及灌浆效果三方面对砂砾石地基防渗帷幕灌浆进行阐述。经灌浆前后压水试验成果分析，经过防渗帷幕灌浆处理后的砂砾石地基，防渗能力得到很大的提高，达到了设计目的。关键词：关键词：砂砾石 地基 帷幕灌浆 施工1 工程概况工程概况白水河二级坝位于丽江玉龙雪山的白水河上，白水河二级坝为砼重力坝，非溢流坝坝顶高程为 2967.10m，最大坝高 7.4m，顶宽2.5m；溢流坝溢流堰净宽 52m，
2、顶宽 2.5m，堰顶高程为 2966.00m，最大坝高 6.3m，整个大坝坝轴线顶部长 135.6m。由地质勘察资料知，工程区内地表出露和分布的地层有第四系坡积（Qdl） 、冰碛（Qgl） 、冲洪积（Qal+pl）等地层。第四系坡积（Qdl） 、冰碛（Qgl）层主要分布在河道左右两岸边坡处，岩性为含砾粉质粘土层，厚 0.58.0m。冲洪积（Qal+pl）层主要分布于河床段，岩性由漂（卵）石、砂砾等构成，厚 25.0m。深部为三迭系北衙组下段（T2b2）灰岩等。据钻孔压水试验结果表明，第四系冲洪积2漂石、卵石、砂砾层为强透水层，渗透系数 K 为 80100cm/s。下覆含钙粉质粘土层为弱透水层，
3、渗透系数 K 为 0.0015cm/s。2 帷幕灌浆设计帷幕灌浆设计2.1 砂砾石地基处理方案的确定砂砾石地基处理方案的确定砂砾石层是冲积层的一种，因其透水性大，在作为水工建筑物地基，特别是挡水建筑物的地基时，需要对地基进行防渗处理。砂砾石地基的防渗处理主要是控制渗流。控制渗流的措施有：垂直防渗，一般采用粘土或混凝土截水槽；上游水平防渗铺盖，一般采用粘土或混凝土铺盖；帷幕灌浆。由于工程处于著名的风景明胜区玉龙雪山景区，而且区没有可用的粘土料场，所需粘土用料需要到 30km 以外的粘土料场运取。因此，根据白水河二级坝实际实际情况和地质条件，拟定采用上游混凝土铺盖和帷幕灌浆两个方案进行分析比较 方
4、案，上游混凝土铺盖：铺盖长度为水头的 46 倍，（46）8.935.653.4m，取 36m，铺盖上游端厚度为 0.5m，末端为 1.5m。这种方法施工简单，但工作面大，混凝土浇筑量（5040m3）大，投资高，概算投资约为 176.4 万元。方案，防渗帷幕灌浆：帷幕灌浆孔设一排孔，孔距为1.5m。沿坝轴线布设。这种方法灌浆深度大，效果好，需要专业的施工队伍进行施工，节约投资，概算投资约为 53 万元， 。通过对以上三个方案进行比较分析，最后选定防渗帷幕灌浆进行防渗处理，而且灌浆处理后的实际工程投资为 47.7 万元，大大节省了工程投资。2.2 帷幕灌浆孔的布置帷幕灌浆孔的布置砂砾石地基帷幕灌浆
5、孔孔距及排数，应根据工程的实际地质情况来确定。孔距一般为 24m，排距为 1.52.5m。孔排施工顺序，3按中间加密的原则进行。由于白水河二级坝为低坝，最大坝高为 7.4m，属于低坝，同时根据工程区水文、工程地质条件及有关工程以往的灌浆经验，帷幕灌浆孔设一排孔，沿坝轴线布设。由于坝基砂砾石层中地下水丰富，并且砂砾石层中含有粉砂和细砂，为了保证帷幕灌浆的效果和质量，灌浆孔距定为 1.5m，按三序施工，见图 1。根据在砂砾石层下覆的含钙粉质粘土层中作压水试验后取得的渗透系数 K0.0015cm/s，选择含钙粉质粘土层为灌浆底界。由于防渗帷幕灌浆是在大坝建成后进行施工，以大坝混凝土基础为灌浆顶界。3
6、 帷幕灌浆工艺参数的确定帷幕灌浆工艺参数的确定3.1 灌浆段长灌浆段长砂砾石地基灌浆与岩石地基不同，灌浆段划分宜短。预埋花管法每段长度为 0.30.5m，其他灌浆方法为 12m。根据工程的实际情况和施工队伍的以往灌浆经验，灌浆段每段长度定为 35m。该灌浆段长度的确定经灌浆后质量检查证明是合理有效的。灌浆后质量检查取得检查孔内灌浆段分段压水试验取得的渗透系数 k110-6110-5cm/s 小于设计标准值 110-4cm/s。3.2 灌浆压力的确定灌浆压力的确定灌浆压力与灌浆孔孔深、注入率及灌浆孔所在的部位、次序等因素有关。如果灌浆压力超过底层的压重和强度，可能会使地基及上部结构受到破坏。所以
7、，一般都以不使地层结构发生破坏或者仅4仅发生局部和少量的破坏，作为确定砂砾石地基的基本原则。根据这一原则，白水河二级坝砂砾石地基的灌浆压力，选用压水试验压力值的 20%，在灌浆过程中不会因压力大而影响坝体的稳定性，对坝体产生抬动破坏，同时对应灌浆孔之间水泥浆液的相互连通产生直接作用。灌浆段取用压力数据见下表 1。灌浆段取用压力数据表灌浆段取用压力数据表 表表 1 1灌浆段段长(m)孔口压力表压力(kg/cm2)第 1 段4.09.0m 0.10.25第 2 段9.014.0m0.250.3第 3 段1419.00m0.30.35第 4 段1924.0mO.350.43.3 灌浆浆液的选择及其变
8、换灌浆浆液的选择及其变换根据工程区的水文及工程地质条件，浆液材料选用了普通硅酸盐 42.5R 水泥，灌浆前先作浆液试配固结性试验。浆液浓度的水灰比为1:1、0.8:1、0.5:1 三级。在实验中作了在 3 种水泥浆中外掺入粘土粉、早强剂和水玻璃等不同掺合剂进行试验。待 30 分钟后观看水泥浆液的固结快速性，前两种浆液固结性持续较长，需 24 小时。后者浆液固结时间为 5 分钟。从试验结论中得出，灌浆水泥浆中外掺入水玻璃配制的浆液在水下能快速凝固。在水泥浆中外掺入水玻璃配制浆液材料的质量及用量如下表 2。在灌浆压力保持不变，注入率持续减少或注入率不变而压力持续增大时，不改变水灰比，使用第一级清浆
9、水灰比，比例为 1：1。在前一级浆液注入量已达到 300L 以上，灌浆时间达到 30min，但灌浆压力和注入率均无改变时，继而改换浓一级浆液，比例为 0.8：1.在前一级注入率已大于 30L/min 时，改用浓浆第三级水灰比，比例为50.5：1。浆液试配材料用表浆液试配材料用表 表表 2 2序 号材料名称材 料型号/规格比 级水泥用量 （Kg）水玻璃用量 （Kg）水用量 （Kg）1水泥P.042.5R1：11.00.512水玻璃液体0.8:10.80.2513水日常用水0.5：10.50.12514 4 灌浆方法灌浆方法砂砾石地层的灌浆方法主要有循环钻灌法、预埋花管法、套管灌浆法和打管灌浆法。
10、根据本工程的实际情况和施工经验，最终确定采用循环钻灌法进行灌浆施工。主要施工程序为：建造灌浆盖板孔口管段钻孔孔口管段灌浆镶铸孔口管待凝第二段钻孔第二段灌浆直至终孔封孔。由于灌浆施工是在坝体工程施工结束后。在空库的情况下进行，因此不需要建造灌浆盖板。5 5 灌浆施工灌浆施工5.15.1 造孔造孔灌浆孔位按设计的孔位布置，开孔孔径为 110，终孔孔径110。开钻前校正立轴后对准孔位开孔钻进，钻进过程过中并作好钻探班报表及相关现场资料记录。同时对钻取的地层岩芯进行分层描述，钻孔结束后及时进行资料整理。5.25.2 钻孔冲洗钻孔冲洗造孔深度达到设计灌浆深度时，灌前采用清水冲洗孔壁，冲洗6时间 1020
11、 分钟，待孔口回水清 510 分钟后结束洗孔。继而测量孔深及孔底沉渣厚度，当孔底沉渣厚度小于 20cm 时，则进行下道工序施工。反之需下钻具将孔底沉渣捞至小于 20cm 为止，继而进行灌前压水试验。5.35.3 压水试验压水试验灌前作单点法压水试验，即只使用一个压力阶段的压水实验。取用的压力为灌浆压力的 80%，并不大于 1MPa，压水时间 20min，每 5min 测读一次压入流量，取最后的流量值计算渗透系数。5.45.4 灌浆顺序灌浆顺序灌浆孔的施工顺序是先施工序孔，再施工序孔，最后施工序孔。灌浆时采用自下而上、自上而下顺序分段造孔、分段压水、分段灌浆施工顺序进行。灌浆段长是根据钻孔揭露地
12、层的透水系数而确定，灌浆段段长 35m。灌浆前将栓塞安置在应灌段底部以上0.5m 处开始供浆。5.55.5 灌浆结束标准及复灌灌浆结束标准及复灌在满足 0.30.6MPa 设计压力条件下，而注入率小于 1L/min 时，采用延灌 30min 后为灌浆结束标准。灌浆结束待凝 8h 后，转入通孔作单点法压水试验检查已灌浆段的渗透系数，取用压力为0.10.4MPa。采用单点法压水试验检查各灌浆段的渗透系数时，已灌段的渗透系数（K）小于 110-4cm/s 设计值的可不作复灌。而已灌段的渗透系数（K）大于设计值的需采取复灌，复灌后再作压水试验，使其复灌段的渗透系数（K）值达到设计值，方可进行下灌段通孔
13、及灌浆工作。6 6 灌浆质量检查灌浆质量检查在已灌段的序孔和序孔两孔之间钻取岩芯观察灌浆段浆液7连通情况。当钻取的岩芯中有水泥浆液出现,说明两孔之间的浆液已连通，并形成了很好的防渗帷幕墙。在灌浆段采用压水试验计算其渗透系数是否达到 K110-4cm/s 设计值。计算渗透系数的公式选择是否合理。施工方法是否符合规范及设计要求，试验设备仪表的完好性是否符合技术要求。施工期间各种原始记录表格是否齐全， 各种原始记录表格是否已签证。通过这些措施和手段进行灌浆质量检查，保证灌浆施工的质量。7 7 结论结论根据灌后在具有代表性的检查孔内钻取岩芯，岩芯中均有已凝固的水泥浆，压水试验检查获得的渗透系数 K11
14、0-6110-5cm/s 均小于设计标准值 110-4cm/s，并经试蓄水运行后的结果表明。白水河二级坝砂砾石地基的帷幕灌浆设计，方法选择是符合工程区水文地质、工程地质条件的，灌段长度选择 35m 是合理的，而且整个灌浆坝段在灌浆施工期间，均未发生抬动破坏，防渗帷幕灌浆达到了设计目的。经过防渗帷幕灌浆处理后的白水河二级坝砂砾石地基，防渗能力得到很大的提高，节约了投资，达到了设计要求。该工程的成功实施，为今后解决类似工程问题积累了宝贵的设计和施工经验。8参考文献：参考文献：1、水利水电工程施工手册.第一卷，地基与基础工程，全国水利水电施工技术信息网组编/水利水电工程施工手册编委会，北京：中国电力出版社，20042、王自忠主编，水工建筑物，北京：中国水利水电出版社，20023、 土坝灌浆编写小组，土坝灌浆，北京：水利电力出版社，19784、天津大学主编，水工建筑物（上） ，北京：水利电力出版社，1981
