浅谈丁寮水库土坝渗漏灌浆补强的处理及应用.docVIP

浅谈丁寮水库土坝渗漏灌浆补强的处理及应用水利水电工程师 林百彰摘要:水库土坝被白蚁掏空坝体是南方一些中小水库经常遇到的问题采用“复合人工膜”防治办法效果不理想,而采用填充式灌浆的方法进行处理,可有效的堵塞白蚁掏洞造成的漏水通道,解决蓄水难题。本文阐述水库均质土坝灌浆补强的重要性，尤其对一些质量差，经常发生湿坡，渗漏的“三自带”大坝工程，有一定的借鉴作用。该文主要讨论土坝应该如何处理和解决对湿坡、渗漏的问题，分析灌浆的原理、方案、步骤。讨论灌浆在实际施工中的应用。一、前言建于五十年代的小（一）型水库，其大坝大多为均质土坝。由于当时主要是靠人力夯筑而成，民工“三自带”，又由于大坝在施工过程中，管理上、设备上、资金上等不足原因，在这种条件下建起来的土坝，其质量较差。因此，在蓄水运行中，蓄水效能得不到全部发挥，且出现了较为严重的渗漏和湿坡现象，而且渗出的水流经常带有白蚁，这些现象都表明了大坝的安全运行受到了严重的威胁。“千里金堤，溃于蚁穴”。湿坡、渗漏、蚁穴是堤坝大问题！如何处理和解决这一问题？通过分析讨论：对大坝进行灌浆补强加固是有效的方案，下面就以丁寮水库大坝灌浆方案为例作讨论。二、工程概况丁寮水库位于福建省诏安县金星乡丁寮村，均匀土质坝，坝顶高程： 42.5米、坝长：380米 、 坝高：17.5米、集雨面积4.0平方公里，正常蓄水位34.20米，相应库容127万m3，灌溉面积6.7万亩，属小（一）型水库，其对下游金星乡的六大乡村的自来水“人饮工程”生活用水，对下游农田及工厂用水等都起着举足轻重的作用，尤其在旱季，作用更明显，在汛期对下游的洪水亦起着一定的调节作用。三、工程存在的问题及原因分析经勘测，即达到正常水位，高程在34.20m时，背水坡左侧及放水涵洞高程：272829M之间周围多处有严重湿坡、浸坡现象，坝身在平台处湿坡严重，如果水位达到溢洪时，其渗漏和湿坡就更严重。经过分析，坝体土质含沙量较高，碾压不密实，蚁害较重，因此在高水位时引起大面积湿坡，发生渗水现象，另一存在原因更不可忽视，就是白蚁蚁巢，坝体被蚁巢掏空，而且位置十分隐蔽，往往不易被发现到，发现时，工程已遭到不同程度的破坏，轻则泄漏，滑坡跌窝，重则决坝、垮坝，因此在灌浆时也应把防治白蚁灭蚁作为重点之一。（附图1如下：手册）四、加强方案选定方案比较通过对丁寮水库背水坡湿坡及小股渗流，带有白蚁的原因分析，初拟三个加固方案，进行分析比较。1、土工膜防渗处理白蚁危害及其前期处理年，白蚁防治技术人员在该库挖土栖白蚁巢窝。年夏季普查发现大坝背水坡左侧及坝中部有处明流渗漏，渗漏流量随着库水位抬高而增大，当时坝体采取了埋药、诱杀等措施。年在大坝背水坡桩号、高程28.5处发现蚁洞跌窝深约，直径09。鉴于该库渗漏严重，在当年除险加固工程中应用“复合土工膜”防渗试验，将迎水坡基面整平，采取大面积铺膜止漏措施，当时取得了较好的止漏效果。水库发生管涌及抢护过程该水库用“复合土工膜”在迎水坡切断了白蚁取水通道，破坏了白蚁活动正常规律。天气越是干旱，白蚁越是顺着塑膜层四处掏洞寻找水源，年久祸成，将塑膜层底部泥土掏空形成空洞。1995年月日雨后，该库管理员发现迎水坡桩号、高程27.5处塌陷。当时库水位较低，在修复中发现坑内有较多白蚁活动，翻起浮土，用竹棍锥探“复合土工膜”底部，泥土已被白蚁掏空，出现跌窝现象。当时在该处采用农药拌和毒土筑层夯实。同年月日时当库水位上升至34.2时，桩号、高程27.5处发生浑水管涌。在紧急关头，金星乡迅速调集余人投入抢险，通过降低水位，抢筑堤坝，控制了险情。险情遗留后患一是桩号2、高程27处，迎水坡下陷、深3，向下游漏水。二是在桩号370、高程285处，发现坝基山体漏孔，顺漏水洞追挖已挖出个副巢空腔，直径，用潜水泵向该洞灌白灰水，分钟后发现从坝外自然山坡漏水洞溢出。分钟后又有从原管涌洞溢出，上述情况说明，自然山体漏洞与管涌洞属蚁洞串连。三是外坝肩桩号，高程3050，雨后发生坍塌，直径，深。四是勘探发现桩号1213、高程272031.50 m坝体出现纵向溶洞，长26。放水涵洞由于采用水泥管年久，上面周围坝体也渗漏及湿坡严重。由于丁寮水库为均质土坝，若采用土工膜进行上游坝坡防渗处理，需将库水位放干，从坝底开始铺设，土工膜至坝顶（或设计水位）不仅土工膜面积大，工程造价高，而且将影响灌溉效益，工业用水效益及自来水“人饮工程”经济效益，也影响到居民的正常用水生活秩序，且工程加固造价较高。2劈裂灌浆防渗处理选用此法处理，沿坝轴线布孔，可取得一定效果，但在左右岸的湿坡现象严重，经过分析，此方法灌浆效果一般。3.充填灌浆防渗处理选择适当的孔距、排距，进行钻孔、灌浆，也可达到补强防渗的目的，工程造价较低。第一方案的主要优缺点优点：施工工艺简单，施工设备少，工程进度快，效果显著。缺点：需将库水位放干，影响工程效益，工程造价偏高。第二方案的优缺点优点：施工工艺较简单、防渗效果好，工程造价低。缺点:灌浆的压力较大,对坝体产生劈裂,造成坝体的应力分布不均匀，特别是岸坡段和弯曲应力分布复杂,难于控制劈裂方向,岸坡段的防渗效果难于控制。有的蚁巢窝点不能有效杀灭。第三方案的主要优缺点：优点：施工工艺到位，技术成熟，有成功的经验。灌浆压力小，一般不对坝体产生劈裂，故而施工较安全。缺点：由于孔距较密，灌浆工程量较大，工程造价比第二方案略高。方案的选定综上所述三个方案比较,从工程造价施工工艺难易和防渗效果等几个方面的比较后,认为采用充填式灌浆及劈裂灌浆防渗处理二种方法结合较合适,工程造价较低,效果较好。劈裂灌浆为辅助，沿坝轴线设两道灌浆帷幕，具体设计、施工如下：五、具体灌浆防渗设计一.劈裂灌浆防渗设计一灌浆止漏工程措施针对上述情况，拟对险情处理实行帷幕灌浆。帷幕灌浆是不开挖处理土坝渗浸和内部隐患的一种措施，利用压力浆液，通过管道注入洞孔及缝隙中，浆液在压力作用下析水后密实，以达到恢复坝体整体性和防渗的目的。药 物灌浆杀蚁药物选择农用虫百杀，该产品是一种大环内酯抗生素类，性状为淡黄色或棕褐色液体，易溶于水，可配制成任意倍数的均匀乳液。工程措施孔位布置坝体采用劈裂灌浆技术，沿坝轴线设两道劈裂灌浆帷幕，孔位呈梅花形错位布置，孔距，孔深7-8m、坝体、基础，终孔高程26.00。浆液配比选择水泥、黏土混合液，控制帷幕体渗透系数在以下。拌液土料选取粉质黏土或粉质壤土，黏粒含量为，粉粒含量为，遇水后可迅速崩解分散，吸水膨胀，具有一定的稳定性和黏结力。浆液稠度：土与水泥重量比为水和干料重量比为之间，浆液比药为，拌制好的泥浆其容重为。浆液用铁纱网布过滤干净以免渣物进入压浆机内发生故障影响出浆效果。灌浆压力与灌浆稠度的控制灌浆压力与浆液稠度的操作控制是保证工程施工质量的关键环节。采用型水泥砂浆泵出浆管直径，由灌浆塔经高压输送管注入灌浆点。一是中小型水库大坝碾压不密实，其容重较小，浆液压力不宜过高，正常灌浆压力需均匀，首先不要过猛，应保持在每秒，随后逐渐加大，最大灌浆压力不宜超过每秒。二是对桩号坝基孔洞采取自下而上分段灌法先栓塞定喷基础，次灌坝体，先用稀泥浆冲刷孔洞、缝壁后，不加压灌注，然后逐步加大浓度，加压至稠度全压力灌注为止。三是对桩号透水途径较长的空洞先用浆液低压灌注，按单位吸浆量控制操作，根据吃浆进展，逐步变换浆液稠度全压力灌注为止。四是对桩号透水性强的孔段，吃浆量大，低压浓灌，适时调整浆液稠度。待原管涌洞及山坡漏水洞均有泥浆溢出，河岸溢浆最远点离坝外处采用棉絮填塞冒浆孔或用黏土料回填夯实后，再进行外堵慢灌。浆液由低往高处依次慢灌，使坝体大小缝隙既能灌饱，又不浪费。五是对桩号串浆洞，即一孔灌浆、异孔冒浆的现象，可将串浆孔堵塞后继续灌浆，若灌浆孔与串浆孔之间劈开裂缝，可夯实裂缝后多次少量重复灌浆。二、效果分析年月，他们在灌浆后的漏水洞挖开检验，发现洞内泥浆凝固体饱满固结，而且随洞形走样粗大凝固体与洞壁土层胶凝形成整体，不张开，无空隙，无渗浸。据近几年观察，该水库经受高水位运行检验再未发现渗漏现象，有效地解决了大坝安全问题。根据该库止漏效果分析，该方法具有以下几个优点：用虫百杀乳剂拌水泥浆液渗透土层，对白蚁杀伤率高，坝体未发现白蚁活动迹象，是灌浆杀蚁的理想药物。土坝防渗采取帷幕灌浆施工简便、安全可靠，可节约投资，提高防渗性能。劈裂灌浆技术只要能做到科学地设计和施工，可以解决坝后出现的散浸、渗漏、管洞流土等隐患，满足抗渗稳定的要求。三、灌浆中应注意的事项对于开裂现象的处理由于泥浆的压力作用，会使裂缝延伸。如坝面看不见的裂缝，在灌浆过程中往往会出现裂缝，可组织人力沿裂缝做阻浆盖，使泥浆不会冒出来。对冒浆的处理无论在什么部位发现冒浆，都要暂时停止灌浆。如果在坝顶或坝坡冒浆，用乱棉絮阻塞，出现臃肿状可在冒浆处开挖回填夯实后再灌。在涵洞内发现冒浆时，如果可以进入，用乱棉絮堵塞再灌。假若不能进入可采取高浓缩浆堵塞，待凝固后再继续灌浆。如果在深水中出现冒浆，因为不能堵塞，应待已灌泥浆初凝后改灌浓度大的泥浆。对坝坡隆起和塌陷的处理如发现坝坡有隆起现象，很可能是因为灌浆而引起的坝坡滑动，应立即停止灌浆，由有关技术人员研究隆起的原因，在确认坝坡稳定时，才可继续灌浆。灌浆中发现有塌陷现象时，也应停止灌浆，待查明原因，填土夯实后再进行灌浆。二.充填式灌浆设计根据选定的方案：采用充填式灌浆对大坝渗漏湿坡进行处理。本设计根据土坝坝体灌浆技术规范及原省水利水电厅、水利管理局编印堤坝灌浆技术进行设计。灌浆工艺、 布孔.造孔具体布孔：在具体情况具体分析，视情况而定，但一般按一固定规则布孔，我们采用马格公式计算灌浆扩散半径为1.85m，进行布孔，沿坝轴线从左岸向右岸布设两排灌浆孔，前后排灌浆之间按三角形布设。即排距为1米，孔距为3米，各孔深度达到渗漏层以下2米。钻孔灌浆顺序的施工原则，采用逐渐加密法，孔距由稀至密，逐渐加密至设计孔距，分三序钻孔灌浆。该水库土坝为心墙坝，对坝体采取充填式灌浆，坝体中间灌浆孔设在原坝顶中央，与坝基帷幕灌浆在同一横断面上，第一序孔孔距为4m，第二序孔孔距为2m，第三序孔孔距为1m。坝体灌浆和基础帷幕灌浆相结合，先对坝体的第一、二序孔进行灌浆，坝体灌浆和基础帷幕灌浆相重合处 即坝体第三序孔，先进行帷幕灌浆，再进行坝体灌浆。第二排也分为三序进行，但孔位应与第一排保持铅直，最大偏差不得大于孔深的2%。（附图2） 坝体灌浆孔为三排，梅花形布置，排距1.0m，孔距1.0m，钻机干法造孔，孔径70mm，钻至坝基岩。灌浆材 料采用粘土浆。其组成成分粘粒：粉粒：砂粒为4：5：1，浆液浓度应稀后浓，具体数值由试验确定。灌浆采用分段灌注法，由下至上，下套管分段灌注，段长5m。灌浆时先灌上游一排孔，再灌下游一排孔， 最后灌中间一排孔。造孔灌浆分三序施工，第一序孔距4m，第二序孔距2m，第三序孔距1m，造一序孔，灌 一序孔，灌完一序孔，再灌下一序孔。在灌浆中，应对第一序孔轮灌，采用少灌多复的方法，每米孔深每次灌浆量应控制在0.30.5m3，每孔灌浆次数6次，每次间隔5天。施工单位在灌浆过程中应作好灌浆记录。灌浆压力：灌浆压力应通过现场试验确定，孔口压力控制在50KPa以内，在施工过程中根据实际情况调整确 定，灌至大坝上半部分压力应减少。灌浆结束标准：在规定的压力下，注入浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆，即可结束灌浆。 坝体灌浆在老涵管两侧5m范围内，第一段灌浆采取少灌多复的方法，使涵管外壁与土体间的渗漏通道充填密实，每孔灌浆次数6次，每次间隔5天。2、灌浆压力（注：在堆石棱台体上水平距高程10m左右不要布孔，以防止阻塞排水棱体或抬高浸润浅。根据土坝坝体技术规范规定，充填灌浆的灌浆压力控制在4.9104Pa即0.5公斤/厘米2，瞬时压力控制在9.8104Pa，即1.0公斤/厘米2，灌浆机和孔口必须安装压力表，做好灌浆记录，重要孔还必须绘制过程线。3、灌浆材料的配制为使浆液在孔内有足够的流动性，在凝固时，体积收缩小，固结快等要求，根据当地的取材条件选用黄粘土为灌浆材料。选用黄粘土的物理特性指标为粘粒含量在20-45%，粉粒含量40-50%，砂粒含量在10%，一般塑性指数为10-25%，浆液的比重一般，控制在1.2-1.4g/cm3先稀后浓，采用分程灌注，由下而上，段长可分为5-10m，灌浆中如遇到吃浆量较大的孔可采用较浓的浆，必要时可掺入10%-30%的水泥加快浆液固结。由于大坝有白蚁害，在浆液中加入适量的药物（100公斤泥浆加入0.5公斤6%的丙体可湿666粉或0.5公斤柴油），如遇到某处蚁路较多，要注意先灌上方的蚁路后灌下方的蚁路。4、封孔按设计的压力值，在完全不吃浆的时间延续0.5-1小时就可结束灌浆，经复灌不吃浆即可封孔。封孔方法：当坝体灌浆基本结束后，孔内泥浆不再流动时，可将0.5 m浆液取出，用直径2-3CM含水量适中的粘土球充填灌浆孔，分层回填捣实，要求比坝面高些即可。封孔方法 用泥球封孔法。施工单位灌浆结束后，应进行质量检查，并提出质量检查报告。封孔是最后一道工序，也是重要的。我们在灌浆过程中可能有一些问题出现，下面再作讨论，例如：在灌浆过程中可能出现坝面开裂，钻孔（或邻孔）串浆，坝坡隆起和塌陷等现象，发生这些现象说明大坝本身是存在问题的，如：被捣空、蚁巢，或压实度不强或开裂等，根据经验，出现这些情况应及时处理。1、坝顶开裂由于坝顶轴线附近的垂直面是主应力面，因此在坝顶钻孔灌浆，普遍存在开裂现象，有时灌浆压力较小也会引起开裂。处理方法：停止灌浆，开挖回填作阻浆盖一般沿缝开挖深度为0.5m，宽度0.3 m，利用鲜土回填捣实后继续灌浆。、 冒浆在灌浆过程中，也会发生坝坡冒浆现象，若发现冒浆现象必须停灌