水利工程施工

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1、水利工程施工授课教师：吴雪英第三章 基础工程n本章的重点和难点是岩基灌浆的方法和施工、防渗墙 的施工。主要的知识点包括：基坑开挖；岩基灌浆的 目的；帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆的区别及施工 方法；水泥灌浆的各材料的要求；单位吸水率；钻孔 灌浆的次序；灌浆的浆液稠度和压力变化；防渗墙的 作用；泥浆固壁原理；导管布置。 概述：n一.各类型的水工建筑物对地基基础的要求 1具有足够的强度，能够承受上部结构传递的应力； 2具有足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑动和不 均匀沉陷； 3具有足够的抗渗性和耐久性，防止发生严重的渗漏和渗 透破坏及地下水的侵蚀破坏。水利施工网n二地基处理的方法 1地基开挖：在

2、地基范围内将不合设计要求的覆盖层、分化 破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种最通用可靠的处理方法 2断层、软弱夹层、破碎带处理方法 砼塞、砼拱、截水槽、防渗墙常用 岩溶处理可用堵、铺、截、围、导、灌 3土、砂砾石地基处理 防渗：截水槽、打板桩、防渗墙、修铺盖 加固：预压、换砂、砂井、振动密实、打桩、灌浆等第一节 基础开挖n一基础开挖 插图一 坝基开挖平台示意 插图二 坝基开挖形态 插图三 沿坝 轴线开挖图 1定义：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、风化破碎有 缺陷的岩层挖掉，是一种通用可靠的地基处理方法。 2应解决的问题如下： 及时排除基坑积水； 合理安排开挖程序，掌握“自上而下，先岸坡后河槽”的原

3、则 ，分层开挖，逐渐下降； 合理选定基坑开挖范围与形态；基坑开挖范围主要取决于水 工建筑物的平面轮廓,同时考虑实际施工情况。基坑开挖要避免 形成高边坡、深槽壁，要求基岩面比较平整，高差不宜太大， 并尽可能略向上游倾斜同时考虑不同坝型的要求。 正确选择开挖方法及开挖参数，保证质量和安全为重点； 做好开挖和利用石渣的综合平衡。n二开挖方法 对岩石地基而言，主要的方法是爆破开挖，采取控制爆 破，分层向下，预留保护层的方式 坝基爆破开挖的基本要求是：保证质量；注重安全；方 便施工；综合平衡。 保证质量具体在两个方面： 1要求在爆破开挖过程中既有效地按分层逐层下挖， 又要有效防止由于震动破坏保留岩体和设

4、计基岩线下的 岩体; 2要求在爆破开挖时防止对已建成的水工建筑物或已 完工的灌浆地段造成损坏。 第二节 岩基灌浆 定义义：就是把一定配合比的具有流动动性和胶凝性的浆浆液，通 过钻过钻 孔压压入岩层层裂隙中，经过经过 胶结结硬化后以提高岩基的强 度，改善岩基的整体性和抗渗性。n一.岩基灌浆浆的分类类及部位 插图图一 岩基灌浆浆示意图图 岩基灌浆浆按目的可分为为帷幕灌浆浆、固结结灌浆浆和接触灌浆浆。 1帷幕灌浆浆：请请看三峡二期工程大坝坝廊道灌浆浆 目的：减少坝坝基的渗流量、降低渗透压压力，保证证地基的渗 透稳稳定。 部位：布置在坝坝基迎水面下的基础础内，形成一道连续连续 而 垂直或向上游倾倾斜的

5、幕墙墙。 特点：孔较较深，通常要求孔深入到岩基单单位吸水率 0.050.01L/（min.m.m）的等值线值线 以下35m； 多采用单单孔灌浆浆，使用的灌浆压浆压 力较较大；斜幕一般比直幕 效果好，但施工较较复杂杂；灌浆时间应浆时间应 在水库库蓄水前完成； 通常都在基础础灌浆浆廊道内进进行，廊道尺寸通常宽宽23m，高 34m。 2固结灌浆： 目的：提高和改善岩基的物理力学性能，减少开挖深度 ，增强防渗效果。 部位：灌浆的范围主要根据大坝地基的地质条件、岩石 破碎情况、坝型和基础岩石应力等条件而定 特点：孔深一般为58m，也有深达1540m；孔在平 面上呈网格交错布置，通常采用群孔冲洗和群孔灌浆

6、；灌 浆时间多是在基础开挖和坝基基础部位混凝土浇筑等工序 间穿插进行。3.接触灌浆浆： 目的：加强坝坝体混凝土与岸坡或地基之间间的结结合能力，提高 坝坝体的抗滑稳稳定性，同时时也能增加岩基的固结结强度和防渗性能 部位：在固结结灌浆浆部位，可结结合固结结灌浆进浆进 行； 特点：可通过过混凝土钻钻孔压浆压浆 或预预先在接触面上埋设设灌浆浆 盒及相应应的管道系统统；应应安排在坝坝体混凝土达到稳稳定温度后， 防止混凝土冷缩缩拉裂；灌浆压浆压 力通常不超过过0.10.3Mpa。岩基灌浆浆按材料可分为为水泥灌浆浆、水泥粘土灌浆浆、化学灌浆浆。三种材料比较较：水泥浆浆液最为为普遍，可靠、设备设备 和工艺简单

7、艺简单 、成本低廉的优优点；水泥粘土浆虽浆虽 成本低但结结石强度不高；化 学灌浆浆是为为解决有特殊地质质条件或建筑物的裂缝缝等采用通常的 颗颗粒材料难难以灌进进，成本较较高，施工复杂杂，工艺艺要求严严。 n二水泥灌浆对浆对 材料的要求 1水泥：颗颗粒细细、稳稳定性好、胶结结性强、结结石强度高 和耐久性好，标标号不低于425号。水泥细细度要求一般来 讲讲水泥颗颗粒粒径应应不大于岩石裂隙宽宽度的1/31/5，水 泥浆浆才易于灌入。普通硅酸盐盐水泥颗颗粒粒径一般多在 4060m，所以难难以灌入宽宽0.2mm以下的裂隙。灌浆浆 所用水泥细细度一般认为认为 通过过4900孔/cm2的标标准筛筛的筛筛 余

8、量小于2%为为好或比表面积积3000cm2/g为为好。 2掺掺合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以节约节约 水 泥；活性材料如减水剂剂、速凝剂剂、缓缓凝剂剂等有助于加 强浆浆液流动动性和扩扩散性提高灌浆浆效果。 3水：与一般混凝土拌和用水一样样n三灌浆施工工艺 插图二 岩基灌浆 插图三 单排灌浆孔 插图四 灌浆孔 1.钻孔：请看各种钻孔机械，岩心钻机、履带式钻机、潜 孔钻机、冲击式钻机 钻孔机械：回转式钻机、风钻或架钻请看几种钻机1 、 2 要求：孔位、孔向、孔深应符合设计要求。孔位偏差不 超过10cm，对垂直或倾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不 得大于表中的规定；孔径上下均一，孔壁平整；帷幕钻

9、孔 方向原则上应较多地穿过裂隙和岩层层面，钻孔角度通常 控制在0度10度之间。 2.冲洗：在灌浆以前将残存在孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁 末冲洗出孔外，并将岩层裂隙和孔洞中的充填物冲洗干净 。冲洗方法有单孔冲洗和群孔冲洗。 单孔冲洗：高压压水冲洗：冲洗压力可采用同段灌浆压力的70% 80%。回水洁净延续1020min就可结束。 高压脉动冲洗：采用高低压力反复冲洗，先用高压（为 灌浆压力的80%或100%）经510min后，将压力在几秒 时间内突降到零，形成反向水流将裂隙中的碎屑带出，此 时回水多浑浊，当回水变清后在升高到原来压力，如此反 复直到回水洁净再延续1020min。 扬水冲洗：对地下水位较

10、高和地下水补给条件较好的钻 孔可采用此法。冲洗时先将冲洗管下到钻孔底部，上端接 风管，通入压缩空气，在孔中水气混合后，由于比重减轻 ，在地下水压力作用下再加压缩空气的释压膨胀与返流作 用，夹带孔内碎屑杂物喷出孔外。群孔冲洗：一般适用于岩层破碎、节理比较发育的岩层中3.压水试验：压水试验主要是测定岩层的渗透特性，为岩基灌 浆或处理提供必要的依据。在一定压力之下，通过钻孔将水压 入孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水时间，计算出代 表岩层渗透特性的技术参数。 单位吸水率=Q/LH 单位吸水率，L/(min.m.m) Q压入流量，L/min H试验压力，m，通常为同段灌浆压力的70%80% L试验

11、孔段长度，m，与灌浆段长一致，一般为56m 帷幕灌浆孔，每510min测读一次压入水量，当试验结果符 合下列标准之一时即可结束试验，以最终流量作为计算流量， 标准如下： 流量之一大于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小 值之差小于最终值10%。 流量均小于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值 之差小于最终值20%。 连续四次读数，流量均小于0.5L/min。 固结灌浆孔压水试验吸水量的稳定标准可按帷幕灌浆孔适当放 宽。4.灌浆：请看灌浆设备 另看灌浆导管 、高压喷射注浆 钻孔灌浆次序：遵循分序加密的原则。 a.分序加密，浆液逐渐挤压密实，可促进灌浆区域的连续性； b.逐序提高

12、灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液的密实性 ； c.通过后灌序孔和单位吸浆量的变化可推断先灌序孔的灌浆 质量和效果； d.可减少相邻孔串浆现象，有利于施工。 地基灌浆一般按照先固结后帷幕顺序。 固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行，覆盖的混凝土一般应 达50%设计强度后。 灌浆方法：按灌浆时浆液灌注和流动的特点，分纯压式和循 环式。 按钻孔灌浆顺序，分全孔一次灌浆和分段灌浆。 灌浆压力：通常指作用在灌浆段中部的压力，是灌浆施工中 的重要控制参数一般而言在不致破坏岩基稳定和坝体安全的前 提下，尽可能采用比较高的压力。灌浆压力的确定： a.灌浆压力的大小与孔深、灌浆要求、地质条件和有无压 重等有关

13、，可参考类似工程； b.可通过压水试验确定临界压力作为依据 一般认为帷幕灌浆表层孔段的灌浆压力不宜小于11.5倍 帷幕的工作水头，底部则以23倍工作水头为宜； 固结灌浆的压力，浅孔无压重时，可采用0.20.5Mpa， 有压重时，可采用0.30.7Mpa，深孔固结灌浆可参照帷 幕灌浆确定。 通常将灌浆压力大于34Mpa或能使岩体中的基本裂隙扩 大的灌浆称高压灌浆。乌江渡大坝防渗帷幕采用高压（6 8MPa）灌浆取得成功的经验。 灌浆压力和吸浆率的控制及浆液稠度的变换： a以灌浆压力为主的控制 适用于透水性不大，裂隙不太发育，岩层比较坚硬完整、 使用的灌浆压力不高的地层。 优点：使细小的裂缝得到充分

14、的灌注，有利于提高灌浆质 量。 缺点：可能造成浆液扩散太远，在缓倾角地质软弱面时， 易引起岩层抬动。 可结合吸浆率和浆液稠度一起考虑。当吸浆较小时应灌稀 浆，尽快升到规定的最大灌浆压力；当吸浆率较大时，应 灌浓浆，并逐渐升压。 b以吸浆率为主的控制 适用岩层破碎，透水性较大或使用的灌浆压力较高时。 优点：可以减少浆液的流失，不易引起岩层的抬动，不需 使用大排浆量的灌浆泵。 缺点：影响细小裂缝的灌注效果，增加钻孔数量。 在灌浆过程中对吸浆率大小的控制，主要视地质结构 而定。对具有缓倾角裂缝和软弱面的岩层，一般可控制在 5L/（min.m）左右。若吸浆率大于规定值，就降低压力 ，以控制吸浆率不超过

15、规定值。 c浆液稠度变换 岩基灌浆中的浆液稠即水灰比有81、51、31、21、 1.51、11、0.81、 0.61、0.51。 灌浆过程中，必须根据灌浆压力或吸浆率的变化，适时调 整浆液稠度。 浆液稠度的变换遵循由稀到浓的原则。当灌浆压力保持不 变，吸浆率均匀减少时；或吸浆率不变，压力均匀升高时 ，不得改变水灰比。采用限量法控制时一般当某一级水灰 比浆液的灌入量已超过限量，而灌浆压力或吸浆率均无改 变或改变不明显时，应加浓一级水灰比。 灌浆结束条件和封孔 a结束标准：一般用两个指标控制，一个是残余吸浆量 即灌到最后的限定吸浆量；一个是闭浆时间即在残余吸浆 量的情况下保持设计规定压力的延续时间

16、。 国内帷幕灌浆工程中，大多规定在设计规定压力之下，灌 浆孔段的单位吸浆小于0.4L/min时，延续3060min，就 可结束；固结灌浆的结束标准是单位吸浆量小于0.4L/min 时，延续时间30min。 B封孔：灌浆结束后，随即将灌浆孔清理干净用水泥砂 浆填实。 质量检查 第三节 防渗墙施工 水 利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范SL174-96n一.防渗墙的定义及应用 请看录像地下连续墙施工 插图一 槽型防渗套接 1定义：修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗漏的 地下连续墙。 2应用：控制闸坝基础的渗流；坝体的防渗和加固； 泄水建筑物下游基础的防冲；水工建筑物基础的承重等 。 3型式：槽孔型、圆型。请看圆型成墙图n槽