灌浆试验成果记录.doc

舒庐干渠除险加固工程灌浆试验成果报告第一节 灌浆技术试验简介舒庐干渠始建于上个世纪五、六十年代，由于当时施工技术、设备落后，再加上政治原因，致使该工程在投入使用之初，就存在着严重的渗漏、蚁害以及堤身单薄等隐患；因此对个别险段进行灌浆(处理渠道渗漏及基础加固)势在必行，以加强土坝的稳定性，从根本上解决坝体的渗透稳定和变形稳定等问题；确保干渠沿途工农业的安全生产和国民经济建设。我国的堤坝灌浆施工推广始于上个世纪七十年代，虽然只有三、四十年的历史，但是，由于灌浆技术对于处理病库、险堤、险坝安全隐患方面具有投资少、见效快等优点，我国科研人员在堤坝灌浆工作中取得了丰富的经验；我公司是全省最早掌握灌浆技术的少数施工队伍之一，上个世纪七十年代末，我公司即派出专业技术人员到山东、河北等地考察学习灌浆技术，接着就组建了自已的灌浆施工队伍，并为本地区培养了一大批灌浆技术人才，为我县及周边地区的水利事业做出了不可磨灭的贡献，一九八九年巢湖地区人民政府授予我公司科技发明三等奖的光荣称号！但是劈裂式灌浆工程技术复杂，关键工序多，包括成孔、制浆、灌注，以及随时掌握压力、注浆量、处理随时发生的各种突发性事件等，所有这些工序，在任何一个灌浆施工过程中，都不可能出现两个完全相同的情况。因此，对于每一段灌浆防渗处理工程，都必须通过试验来确定具体的技术参数，完善设计图。为了确实做好本次除险加固工程中的防渗处理工程，我公司特抽调经验丰富、技术过硬的专业技术、施工人员参加本次试验工作。根据堤坝破坏的原因，填土的物理力学性质差异，灌浆机械以及灌浆形式不同，灌浆试验的内容也不同，一般的都应包括室内和室外原型试验。室内试验，包括坝体回填土料和灌浆土料及浆液的物理力学性能的试验等；室外原型试验，一般包括灌浆压力、一次灌浆量、灌浆间隔时间、裂缝控制、合理孔距、坝体位移控制以及锥孔深度、垂直度检测方法、泥浆制作的浓度控制、水玻璃掺量、灌浆量控制、复灌次数等。第二节 人员组合及分工2.1 人员组成：为了确保能高效、快速完成本次施工试验任务，我公司在舒庐干渠(庐江段)渠道除险加固工程项目部的统一调度下，设立防渗除险加固一个专业工程试验组，配备专业施工队伍，下辖锥孔组（每组5人），制浆、灌浆组（每组5人），一个土方采集组（配民工7人，拖拉机一台，农用车一台）和一个机务组（配技工5人）；在管理和后勤方面，具体配备：队长2人，观测试验3人，技术员2人，后勤4人。22 具体工作安排如下：锥孔组主要负责放线、钻孔及钻机调遣、安放护壁管、做井盖等工作，技术要点是严格控制钻孔深度和垂直度，确保所钻孔的垂直度按照技术人员要求并控制在施工规范规定的误差范围；灌浆组主要负责制作泥浆、设置套管、注浆、复灌、封孔等一系列工作，技术要点是确保所制作的泥浆浓度能随时调整到技术人员要求的粘度，保证所掺加的有关化学剂品满足要求，能均匀、稳定，防止沉淀；土方采集组主要负责协助技术人员查勘取土坑，采集土样、挖土、运土、筛选土料、修建临时便道以及施工排水等工作，其技术要点主要是采挖到合格、标准、满足施工要求的土料，并负责使土料颗粒均匀、含水量适中、无杂质、无砂砾，并能保证供应；机务组主要负责所有机械的修理、日常养护、机械配备、及时采购、制作零配件等有关属于机械方面的全部工作。队长主要是为了配合技术人员进行试验工作，并要求队长24小时跟班作业，全面学习并掌握相关的操作技巧和有关的专业技术，为将来全面施工打好基础，并在试验过程中积极配合技术人员工作，管理好施工现场的人员调度、机械配备及外围环境协调。观测试验人员，主要负责24小时监测堤坝位移、沉降、冒浆，以及裂缝的形成、开展、延续、回弹及闭合情况，重点观测灌浆进程中裂缝开展过程，及时记录裂缝开展的长度、宽度、速度，特别是严格控制裂缝的展开宽度，防止大坝无限位移，造成滑坡等险情，出现其它事故；并随时在专业技术员的指导下适时、及时检测、记录浆液的容重、粘度和含砂量。技术员主要负责土料试验、送检，掌握相关操作规程和施工规范，系统地指导全体参加试验人员进行试验操作，并分析相关数据，整理资料、数据，形成报告性文件，重点掌握试验程序和相关操作规程及施工规范。后勤人员主要负责全勤保障，包括所有参战人员的生活方面、机械油料供应方面、外围关系协调等方面。在我们项目部的总体规划中，灌浆试验不仅仅是为了取得有关技术参数，完善设计图，最主要的还是为了提高老工人的技术素质，培养新工人的实践操作能力，为后期大兵团作战时的人员配备提供保障；因此，本次试验时，我们有意安排了一批计划将来做为全面施工时担任基层管理工作的班组长人选的精兵强将组成试验队伍，试验过程中，严格要求操作程序和规范化施工，旨在加强他们的质量意识、安全意识和规范化操作意识，为将来创造精品优良工程打下基础。第三节 机械组成及本次试验目的由于舒庐干渠渠道防渗处理工程工作量大、施工战线长、时间紧迫等特点，我公司计划将来配备两台QPC-30120型轻便式钻机，一台XJ300型大型钻机；并配套两台ZJ-60型制浆机，四台注浆泵；并安排具有丰富施工经验的施工队长和施工队伍担任灌浆施工任务。参加本次灌浆试验的施工机械见附表。修路、供排水、电力、生产生活用房等由项目部统一安排。为了确保此次投标项目中的渠堤防渗除险加固工程能够顺利完成，达到公司预期的质量标准和进度计划，此次试验中另一个最主要的目的还在于检测公司已有的机械设备的经济使用价值和有形磨损程度，对于不能满足经济技术要求的设备，进行淘汰或更新；对于历年来担任灌浆工作的基层领导进行一次较大的调整，对于文化基础差的、年龄较大的队、班、组长实行大换血，因此，此次试验主要是为了培养新人，加强管理。本次试验期间，我们已将主要施工队伍的负责人全部投入到试验工作中，对所有计划将来担任灌浆工作基层管理的主要人员作了一次较大的检阅和考验，为将来的人士安排提供有力的参考。根据本工程的特点，我项目部计划参考今年3月份果元山水库大坝除险加固工程（属本次干渠除险加固工程施工段中的一段）记录的灌浆试验成果，并根据沿途渠堤灌浆的实际情况，结合灌浆施工进行试验；在灌浆施工时，加强现场观测，用实测数据来验证和调整原来采用的一些参数。第四节 土料的选择及试验在堤坝灌浆处理中，对泥浆的选择是十分重要的环节，因为泥浆性能的优劣直接地影响着灌浆效果，而泥浆制作的关键在于土料的质量。4.1土料的查勘为了合理使用工程资金，减少开支，灌浆土料的选择以就地取材为原则；我公司在正式开工之前，组织专业人员对沿途土质进行过一次系统的查勘，最后确定料场选在石头轮窑厂的取土场，通过协调，已取得并办妥了相关的取用手续，且土料的数量能满足施工要求；土料勘察通常采用的调查方法有手摇钻探法和试坑法。本次查勘时使用的是手摇钻探法时，每个料场均选用了五至八个试点进行取样校核。钻孔根据地形条件布置，主要采用方形网格布点。钻孔间距为20米左右，深度在12米。在钻探过程中，通常每隔50cm深取样一次进行土质鉴别与记录，另外根据土层的变化情况，对取样间距尚可作适当放大或缩小，取其代表性的土料留样备查。在料区调查时应选择有代表性的钻孔，沿不同深度取样做自然含水量与自然容重试验，并选取其代表性的主要土料在室内进行颗粒分析等试验，并形成资料作为最后确定是否作为灌浆用料的参考。调查的土料储量均大于灌浆用量的23倍。本次查勘的料场主要有水关乡的长冲村黄院村民组荒坡地、长冲窑厂取土场、城关镇移湖村三管村口荒地、长廊村外荒坡地、移湖窑厂取土场、强巷村口荒坡地、迎松窑厂取土场、邓湖窑厂取土场、石头乡窑厂取土场和马厂窑厂取土场。并对各个试点的土质进行认真试验分析总结，并将试验数据记录在案；经过认真总结、分析、比较，最后经过技术人员一致研究决定，并报请监理工程师批准，灌浆取土料场选定石头轮窑厂取土场。具体的分析试验数据见附表。4.2 土料是泥浆成份的关键因素泥浆的组成，主要是粘土与水经过搅拌分散而成的混合体，因此粘土的性质对泥浆性能的变化以及泥浆使用化学处理剂的效果均有直接的影响，所以说选择好的土料是灌浆工作的关键所在。渠道灌浆的主要目的是解决渠体渗透和变形稳定问题，消除隐患。所以土料的粘粒成分不宜太少，粘粒少的土料成浆率低，并且稳定性差，影响灌浆效果不能达到防渗的目的。但是用粘粒过高的土料来制浆，其缺点是土料不易粉碎和分散，制成的泥浆粘度大，流动性能差，排水固结慢，固结后的浆体收缩也大，土料中的含砂量也不宜过多，砂的粒径不宜过大。砂粒过多时，泥浆最易造成不稳定，在缝中发生沉淀，形成砂层后易于透水，同时砂粒对于拌浆机械和泥浆泵的磨损也较大，会减少机械的寿命。因此，就本工程而言，对灌浆土料的要求是：粘粒不能太少，充填防渗性能要好；粘土要水化性好，容易制成泥浆；泥浆流动性要好；具有一定的稳定性，并且泥浆体积收缩要小。对于充填性灌浆来说，一般选用粉质粘土和重粉质壤土作为灌浆土料是比较恰 当的。其土料的物理性能指标大致为：粘粒含量3050%，粉粒含量4060%；砂粒含量要小于10%；塑性指数1020%。对于劈裂式灌浆，由于裂缝劈得宽，采用的泥浆浓度大，稳定性好，要求固结的浆体强度高，一般中粉质壤土和含砂量稍多的土料也可作为灌浆土料。其土料的物理性能指标大致为：粘粒含量2030%；粉粒含量3050%；砂粒含量要小于3040%；塑性指数10%左右。对于含有腐植质和可溶盐较多的土料，是不宜作为灌浆用料的。土的有机质含量要小于2%；可溶盐含量要小于8%。总之，灌浆土料的选择，要从灌浆方式、被灌坝体的状况以及采用灌浆处理的目的、灌浆材料取得的可能性和施工条件等方面综合加以考虑，以期取得有效、经济、合理等效果。为了确保本次试验工作的顺利展开并达到预期的效果，通过多次勘察、选取土料分析，石头轮窑厂的黄粘土基本上能满足上述这些要求：粘粒含量45%；粉粒含量35%；砂粒含量10%；塑性指数12%左右。因此确定采用石头轮窑厂制作砖坯的黄粘土做为灌浆土料；并对土料的干土容重进行试验，灌浆前，对于掺加的有关化学药品亦进行了分析试验，具体的试验结果见附表。第五节 灌浆试验操作工艺流程5.1整个防渗处理工作工艺流程首先组织相关人员熟悉审核图纸、技术规范查勘土料、报验人员设备进场选择试验造孔桩位布置临时设施放线开沟排水钻孔制浆灌浆复灌封孔5.2灌浆工艺流程供水 输浆过滤除渣集土 制浆 压浆 注浆5.3选定造孔位置土坝灌浆试验孔一般布置在具有代表性的坝段及最大坝高处，或存在隐患的部位。通过灌浆试验，了解造孔进度和堤身土质构成，制定造孔定额；了解单位最大灌浆量，为设计灌浆所需用的总土方量及合理的工期提供依据；因为最大坝高处或隐患严重部位，在灌浆时变形往往最大，从而提供变形（裂缝、位移、沉陷等）及与变形有关的（孔口压力、泥浆容重、一次单位灌浆量等）控制指标。一般试验孔深应至隐患以下23m、孔距310m、灌35个试验孔，试验坝段长1020m。根据设计要求和本工程实际，本次设定试验孔3个，孔深6.5米，孔距5米。 堤坝灌浆试验孔的孔距和排数应根据灌浆的目的来确定。本工程主要是为了解决渗透稳定问题，可布成单排灌浆孔，以能够形成浆体防渗帷幕为原则。5.4 锥孔锥孔是灌浆工作中的第一个环节，它直接影响到帷幕形成的位置、衔接的距离与吃浆量大小；因此选准位置，选用先进的钻孔设备和技术熟练的操作手是至关重要的；本次试验过程中，我公司为本工程配备了公司最先进的QPC-30型轻便式钻机和XJ300型钻机；并安排具有20多年灌浆施工经验的老师傅叶松柏同志亲自主持锥孔工作并亲手操作。钻孔过程中，由技术人员现场监督、测定孔深和垂直度，观测并记录所取出的土料颜色和性质，详细记录见附表。5.5 制作泥浆泥浆制作是灌浆工程中非常关键的一道工序，它直接关系到灌浆工程质量好坏。因此我公司历年来对灌浆工程中的泥浆制作工序都控制得十分严格；考虑到舒庐干渠渠堤防渗加固工程施工的特殊性，我公司拟采用湿法制浆，即将湿土直接放入制浆机中制作泥浆。这种方法直接利用具有天然含水量的土料，从料场直接运到制浆机旁，经初步破碎后放入制浆机中制作泥浆。泥浆浓度采用下式进行控制：gw=kgs其中：K=1/（1+W）+1/（1+W）-1式中gw欲配泥浆的加水量（公斤）； gs用来制浆的湿土重（公斤）；K加水系数，欲配泥浆的含土量；W湿土含水量，以小数计。为了更有利于渠埂灌浆的施工质量，提高灌浆效果，制浆时，专业技术人员现场指导，根据堤身裂缝的宽度和其他各方面因素综合考虑，适时调整泥浆浓度，并记录在册，见附表。试验过程中，专业技术人员现场跟班作业，及时测试泥浆的容重、粘度、稳定性及含砂量，并对主要项目进行经常性的抽样检查和试验，做好详细记录，竣工后即时整编资料，以备总结经验，为科研工作人员提供详细数据。试验过程中，为了确保泥浆的流动性，改善相关的技术参数，我们对水玻璃的掺用量做过多次试验，水玻璃掺用量的大小，主要是根据试验数据确定，若采用经验数据，往往会因为土料性质的不同而影响相关的技术参数，本次水玻璃掺量的试验数据见附表。我公司为本次试验工作配备了目前全公司最先进的ZJ-60型制浆机和WJG80-1型灌浆机；并安排具有多年施工经验的老师傅进行操作，制作泥浆过程中，要求所有参战的施工人员全程观摩，学习并掌握实际操作技术，了解并掌握机械的使用性能和操作程序。5.6 灌浆本次灌浆为劈裂式帷幕灌浆，试验中主要采用全孔灌注法，全孔灌注法分孔口注浆和孔底注浆两种，实践证明，孔底注浆可以使孔内泥浆由孔底反向灌注全孔，处于半循环状态，钻孔底部先被劈裂，裂缝逐渐沿小主应力面向上发展，吃浆量较大，浆压坝体效果好；因此本次试验根据设计要求和施工规范要求采用孔底灌注法。在历年灌浆工作中，我公司的专业技术人员已逐渐摸索并总结出了一套完整的灌浆施工经验：即根据设计要求，将帷幕式劈裂灌浆的造孔位置布好后，即将第一轮钻孔全部连续钻完；每个钻孔结束后，便即时埋置35米深的护壁管，护壁管不但能防止孔口塌落，减少孔口冒浆，而且更重要的是坝的顶部泥浆压力由护壁管承担，推迟或防止坝顶表面劈裂，起到“内劈外不劈”作用。使泥浆在坝体内处于封闭状态，因而可施加较大的灌浆压力，促使泥浆的析水固结；当孔口压力消失后，坝体所产生的回弹压力较大，有利于提高泥浆的固结速度和浆体密实度。埋置好护壁管后，放置套管，套管设置长度可根据灌浆要求、吃浆量、复灌次数综合考虑，逐渐减短套管长度；套管设好后即可对钻孔轮流灌浆，亦可一次性同时给多个钻孔施灌，施灌时须遵循先稀后浓的注浆次序和少灌多复的原则；在本次灌浆试验中，我们对试验孔进行分序施工，即将第一序施灌结束封孔后，再进行第二序钻孔，套管设置长度为4米，注浆管设置深度为6米，在复灌时，若管口泥浆堵塞、凝结，无法再次注灌时可将管口适当少许提升，具体数据见附表。堤坝的裂缝、位移量大小，与泥浆孔口压力和孔隙水压力等因素密切相关、相互制约；因此在施灌过程中对灌浆压力严格控制，设专人进行监督并记录，一旦出现异常现象或规范不允许情况发生时，立即停灌并采取相应处理措施。5.7 封孔当灌浆工作结束后，还要做好封孔工作，封孔的方法很多，大致可归纳为稠泥浆封孔、泥球封孔、中砂封孔和混合土封孔四种；它们各有优缺点，经过比较，此次试验时我们选用了稠泥浆封孔法。即停灌抽出注浆管和套管后，分多次向孔内灌注稠泥浆；第一次采用高压注浆管将孔内泥浆注满后，经过24小时后，若发现孔内液面下沉，就要及时补充，然后每隔24小时观察一次，只要灌注的泥浆出现沉降，就要即时补充；直至浆面不再明显下沉为止，再观察35天即可报告监理工程师按排复堤工作。5.8 施工记录与资料整理灌浆资料的记录与整理，是灌浆施工的重要组成部分，收集完整的试验数据资料，是灌浆试验工作的主要目的之一。我公司历来十分重视灌浆记录资料整理和分析工作，只有在不断地对灌浆效果进行回访、论证、分析、总结，才能更有效地发挥灌浆施工对各种堤坝防渗处理的优越性；更好地为工农业生产服务；只有详细完整的第一手资料，才能更准确地总结施工经验，为有关科研人员提供理论和实践数据。本次试验工作过程中，技术人员对试验全过程进行记录，并整理造册，本次成果报告只将部分资料整理附后（见附表）。第六节 试验内容和方法6.1 沉陷位移试验1、观测桩布置在试验之前，试灌坝段应埋设沉陷位移观测桩，埋设的平面位置和横断面位置如图（a）、（b）所示，由于坝体上部在灌浆期水平位移量可能要大一些，所以桩距要小一些，中部桩距可大些，下部未设观测桩，钉桩时尽量保证使桩号1和4、2和3的高程相等，便于观测资料的分析整理。2、观测方法和要求位移观测用视准线法，沉陷观测用水准仪测量；灌浆试验前先取定渠道上公路桥南侧人行道边栏杆边取个参考点，再给每个测点测出起始高程和起始位移偏差。灌浆试验期间要求每2小时观测1次，最少每天观测不得少于2次，目的是测出位移量的峰值。停灌后测次可适当延长，以测出停灌后回弹过程，沉陷和位移同时观测，沉陷观测精度要求，误差1.4N (N为测站数)；位移观测重复两次，误差在1mm之内。 2 3 1 4（a）（b）沉陷、位移桩和试验孔布置示意图（a）立面布置 （b）平面布置钻孔位置； 沉陷、位移观测桩3、沉陷量和位移量的控制对高压缩性土和中压缩性土，灌浆期多用位移比来控制，位移比一般利用下列公式进行计算，=V/Wm式中灌浆期间位移比 V灌浆期横向水平位移量，（mm） W灌浆期沉陷量，（mm） m被灌堤坝边坡比6.2裂缝开展宽度观测灌浆时，堤机两边的堤肩最大允许水平应控制在3CM以内，并且在停灌后基本恢复，否则应分析原因，采取措施，坝面应推迟和限制裂缝的出现，裂缝开展宽度心须控制在3CM以内，并且尽量保证在停灌后能基本恢复。顺便指出，对于砂坝或砂壳窄心墙坝劈裂灌浆后，坝顶产生的横向水平位移是很难回弹复原的，因砂子是松散体，没有粘聚力，一量发生位移很难复原，所以应调整灌浆工艺，对各项指标要合理控制。一般堤坝采用低压灌浆，不可避免的也有轻度劈裂，但位移量很小，难以测出，停灌后短时间内，一般均能全部回弹。6.3 灌浆压力试验影响灌浆压力的因素很多，除坝体质量外，还有人为选用的灌浆泵、输浆系统等，所以要选用合适的灌浆泵和输浆系统，尽量减少对灌浆压力的影响。1、灌浆压力试验装置试验灌浆孔口压力时，压力表必须安装在注浆管的上端，如下图所示。 3 1 5 2 4 6灌浆压力测试装置简图1、注浆软管 2、回浆阀门 3、压力表4、阻塞器 5、注浆管 6、护壁管2、试验方法和步骤在灌浆压力试验时，试验孔灌浆的整个过程，压力表只要有变化，都要随时记录，并记下相应的观测时间，灌浆时由于压力指针来回摆动，应观测指针摆动的中间值。每个试验孔灌浆结束后，都要绘制灌浆压力过程线，并按上述方法和步骤去做，全部试验孔灌浆结束后，将每个试验孔的灌浆压力过程线中的第一个峰值和以后的峰值进行统计分析，其中第一个峰值即为钻孔的起裂压力Pb，以后的峰值即为裂缝的扩展压力Pc，同时还可以测出坝体小主应力3。根据这些压力进行灌浆施工合理控制。6.4 泥浆质量控制试验制作泥浆必须采用专用机械制浆，制浆时先通过过滤筛清除大颗粒和杂质，灌浆前再通过35孔/cm2的过滤筛。泥浆的容重应在1.3-1.6g/cm2。灌浆过程中浆液容重和输浆量应每小时测定1次并记录，泥浆的容重、粘度和含砂量可采用专用仪器进行试验。6.5 灌浆量的控制试验根据以往灌浆经验，堤坝灌浆时常遇到单孔进浆量过大，有的可多达数十、上百立方米，若不加限制地连续施灌，往往导致灌浆孔附近坝顶沉陷量过大，发生横向裂缝，灌浆孔附近边坡位移量过大，不安全，影响坝体回弹，使回弹比变小，还可能导致浆缝一次劈宽过大，影响泥浆在坝体内排水固结速度，降低浆体强度。为了避免上述缺点，对一次灌浆量应加控制。要想合理控制一次性灌浆量，除了认真参考以往施灌经验外，只有通过试验，求出每一个孔所需的灌浆量。再用一个孔的所需灌浆总量被需灌数次平均，就得出该孔一次所需灌浆量。6.6 复灌次数的试验有些灌浆孔第一次灌浆压力过程线很低，峰值也不明显，但随着灌浆次数的增加，灌浆压力过程线也会逐渐升高，直至达到设计的灌浆压力，达到设计灌浆压力的灌浆次数，也就是该孔需要灌浆的复灌次数。简单的说，就是根据以往试验记录在案各本次试验出的泥浆固结时间等因素，大致确定出每次灌浆的间隔时间，在确定的间隔后，进行复灌，当复灌吃浆量逐渐减少，直至最后一次吃浆量小于0.050.1m3/m时，或当注入率小于0.4L/min时，继续灌注30min，或当注入率小于1.0L/min时，继续灌注60min，即可结束整个灌浆试验工作。6.7 复灌间隔时间的确定每孔复灌时间的确定，一般可参考以往施工经验和试验成果，拟定初步计划，再通过试验来确定。实践证明，灌浆后坝体内部孔隙水压力会迅速上升，停灌后坝体内孔隙水压力又会迅速下降。由于每孔都是分次灌浆，所以坝体内的孔隙压力也在发生起伏变化。在灌浆的过程中，如果将坝体内孔隙水压力的变化控制在一个允许的变化范围内，就会确保大坝灌浆施工期的安全，有效控制坝体内部孔隙水压力的相邻两次灌浆的间隔时间即为所需要确定复灌间隔的时间。通过试验，根据公司以往灌浆施工经验，参考相关的施工规范和资料，技术人员经过认真的分析、总结、测算，最后得出结论：本段灌浆的次数确定为五次。附件：1、试验孔深土质状况示意图2、渠堤灌浆试验记录表3、坝体灌浆钻孔记录14、坝体灌浆钻孔记录25、坝体灌浆钻孔记录36、坝体灌浆钻孔记录47、泥浆容重测试记录表8、灌浆水玻璃掺量记录表9、灌浆施工及试验机械设备表10、泥浆含土重计算表11、灌浆试验孔