范姑斗灌浆设计报告.doc

第一章 简要说明第一节 概况范姑斗水库位于华宁县青龙镇红岩村委会范姑斗村子上游300m，距县城40公里，距青龙镇政府驻地30公里。范姑斗水库属小型，水库控制径流面积0.45km2，为粘土均质坝，坝高24米，总库容18.2万m3（含库区取土1万m3），兴利库容15.3万m3，死库容0.6万m3，坝址河床高程2091.5m，坝顶高程2113.0m。第二节 气象和水文流域属亚热带气候，最大风速为11.6m/s，多年平均气温12左右，多年平均降水量1200mm，属我县中水偏丰地带，降雨年内分配极不均匀，枯季雨量少，而雨季则较为集中。年均水面蒸发量为1250mm。该箐发源于一碗水及帽顶山东侧500m一带山岭，属珠江水系、南盘江流域，山岭高程2216.0m。计算得水库蒸发损失量为1.8万m3，坝基及坝体渗漏损失量为0.9万m3。第三节 工程地质 1.区域地质条件范姑斗水库处于康滇古陆隆起之南东侧，云南山字型构造反向弧东缘。区域内出露主要地层为上第三系（N）粘土、粉砂岩、砾岩、褐煤，二迭系下统茅口组（P1m）虎斑状灰岩、白云岩、石碳系岩关组（C1y）灰岩，白云岩，泥盆系海口组（D2）页岩、白云岩、砂岩、寒武系下统龙王庙组（11）白云岩、板岩、粉砂岩，震旦系上统陡山沱组（Zbd）石灰岩、白云岩、南沱组（Zbn）冰碛砾岩、页岩。区域内分布主要一级构造为青龙断裂，位于库区西侧，相距库区约7.5km，构造走向北西，延长约75km，该断层倾向南东，倾角80-87，破碎带5-30m，岩石挤压破碎，属压扭性质。区域为中山侵蚀型构造地貌，海拔高程1500-2200m，总体地势北东低南东高，地表水向南盘江排泄。由于区域岩层软硬相间分布，地表陡岸，斜坡沟谷发育，岩体风化节理裂隙发育，植被保留较好，致使一些山坡脚、小箐旁，常年流淌着基岩裂隙水并补给河流。区域内新构造表现为升降运动，地震基本烈度属8度。2.库区工程地质范姑斗水库出露地层十分单一，主要为寒武系下统龙王庙组（11）白云岩、页岩、粉砂岩，该套岩层总体倾向南东，为一单斜构造产出。一、地层岩性：库区地层岩性由新至老分述如下：1、第四系冲积层（Qal）由粘土夹卵砾石组成，厚0.5-2m分布于河床。2、第四系坡积层（Qal）由粘土夹块石组成，厚3-5m分布于河床两岸。3、第四系残坡积层（Qel+al）由粘土夹砾石、碎块石组成坡积混合体，分布于河床两岸坡地。4、寒武系下统龙王庙组（11）白云岩、泥质白云岩，呈透镜体产出，分布于库尾中部和坝下游左岸，厚30-50m，岩层倾向220-215，倾角30-45；页岩、粉砂岩互层状产出，厚50-150m，倾向260-230，倾角30-45，分布于枢纽区及整个库区。二、地质构造：库区分布两条断裂构造F1和F2。断裂F1：分布于库区右岸，切割白云岩，由北东向南西方向延伸，总长500m，倾向北东，倾角60-65，破碎带宽0.5-1m，属压扭断裂。断裂F2：在库内被第四系残坡积层覆盖，延伸长约150m，走向245，倾向北西，倾角80，沿断层分布角砾岩，属张性断裂。 三、物理地质现象：库区地形总体北西高，南东低，纵坡比降较缓1/17，水库东西两岸山脊雄厚，库盆地形呈长圆形槽地，库盆海拔2042-2115m，两岸海拔2141-2130m，属中山丘陵地貌，库岸坡度角25-40，无现代滑坡，植被覆盖良好，岩石裸露较少，多数地段被残积层掩盖。四、库区水文地质条件：库区出露地层为寒武系下统龙王庙组砂岩、页岩，可视为相对隔水层，受大气降雨补给，地表有风化裂隙水，补给区与排泄区一致，排泄方式为散浸类型。库区地下分水岭与地表分水岭一致，库区外围无低邻谷，地表水以浸透方式向河床排泄，由于河床基岩为页岩相对隔水，第四系砂砾石层中含丰富的孔隙式潜水。3. 坝址工程地质1、地形条件：坝址地形呈“V”字型，两岸地形基本对称，地形条件较好。2、地层岩性：河床为第四系冲洪积层（Qal）为粘土夹砂卵砾石层，厚1-3m，两岸坡覆盖第四系残坡积层为粘土夹砾、碎块石组成，厚3-10m，坝基岩体龙王庙组（11）为页岩、砂岩、砂岩互层岩体强-中等风化程度，清基后可满足土坝要求。3、地质构造：坝址区不存在过河断裂，仅在大坝下游左岸发现F1小断层分布，断层走向北西，延伸长度500m，断层倾向北东，倾角30-45，属压扭性质。坝基岩体为单斜构造，倾向210-230，倾角24-40，岩体节理裂隙不发育，仅见N4SE节理两组产出分布，线节理率2-3条/m，裂缝宽1-5mm，裂面泥质充填，延伸长0.5-1m。4、水文地质：坝址岩基为页岩夹砂岩，中厚层状，因岩石砂泥含量较多，胶结紧密，可视为相对隔水层，但由于岩基浅层风化程度较高，基岩节理裂隙分布会产生局部渗透，根据经验推断，岩基单位吸水量=0.08-0.07升/分.米.米；河床基岩透水带厚度3-5m，两岸透水带厚度5-10m，一般相对隔水层顶界处于中等风化界面，清基时要认真判断。河床地下水位埋深1-3m，两岸地下水埋深大于15m，地下水水力比降平缓。5、清基深度和稳定性判定：河床清基深度3m，两岸清基深度7-15m，由于坝基岩性为半坚硬岩组，无断裂构造破坏，同时两岸无不良物理地质现象，两岸清基相对稳定。6、输水涵洞围岩工程地质：0-30m段，上部（Qal）粘土夹碎块石层最小厚度估计8m。30-90m段，上覆山体厚度估计14-18m，围岩为强风化页岩、砂岩互层，属类岩体，围岩坚固系数=1-1.5，单位岩石弹性抗力系数k0=20-30kg/cm3左右。第二章 帷幕灌浆设计范姑斗水库坝基岩体较破碎，除局部孔段外，可灌性普遍较差。从做过的几个压水试验孔来看，压水试验的透水率多数大于20Lu，通过打钻取岩芯查明基岩破碎渗漏致使透水率超标。根据压水实验资料做以下设计：第一节 主要技术指标1. 布孔形式 以坝主线为帷幕灌浆轴线，采用单排孔从右到左布置，孔序按序孔设计，孔距为2米，共布孔60个，（包含6个灌浆试验孔）孔全部为垂直孔，进尺1746.8米，灌段长1087米，非灌段长659.8米，灌浆轴线长118.5米。对构造发育部位及灌浆异常部位进行补充加密处理。 2. 孔深与段长 灌浆帷幕孔的孔深由基础渗透程度（即值的大小）确定。根据压水试验资料，右坝肩基础较破碎，存在绕坝渗漏。所以设计帷幕孔深一般为20m，局部地段达35m。同时要求终孔段应满足透水率10Lu，否则自动加深，孔位偏差不超过10cm。灌浆段长一般为5米。少数灌段视情况可适当大于5米，但不得大于6米。垂直的帷幕灌浆孔，其孔底的偏差值不得大于表2-1中的规定。表2-1 钻孔孔底最大允许偏差值(m)孔深203040最大允许偏差0.250.500.803. 灌浆压力设计灌浆压力按不小于1.5倍坝前水头考虑，设计为0.20.4Mpa ，施灌中灌浆压力按下列公式计算：P=P+MD 式中:P-灌浆全压力(MP); P-0.1 MP (1.0kg/cm),为基岩表层的允许压力; M-灌浆段以上岩层每增加1m所能增加的灌浆压力,取0.05 MP; D-灌浆段以上岩层厚度(m).接触带灌浆压力暂定为0.3 MPa，以后每加深1.0 m，灌 浆 压 力 增 加0.05 MPa，施灌中根据岩层的吸浆情况以及有无冒浆或抬动变形等情况再进行灌浆压力调整。4. 灌浆材料与浆液配比灌浆材料采用普通硅酸盐水泥和粘土为主，水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%（重量计）。纯水泥浆使用水灰比（重量比）有5：1、31、21、11、0.61,五个比级。混合浆使用比重级也有1.3、1.35、1.4、1.45、1.5五个比级。接触带按1：1（水泥：粘土）施灌，压力暂定为0.3MPa（表压），施灌中根据岩层的吸浆情况以及有无冒浆或抬动变形等情况再进行灌浆压力调整。起灌浓度当灌注纯水泥浆时，一般水灰比5：1，当灌注混合浆时一般比重1.3，遇到漏水段或灌前值较大的孔段，采用“3：1”（纯水泥浆）、“1.35”（混合浆比重值）或浓浆直接起灌。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。灌浆过程中浆液浓度的变换： (1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力待续升高时，不得改变水灰比。 (2)当某一比级浆液的注入量巳达3OOL以上或灌注时间已达lh，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。(3)当注入率大于50L/min时，可根据具体情况越级变浓。5. 灌浆施工方法按分序加密的原则，采用“小口径、孔口封闭、自上而下、孔内循环、高压灌浆”方法。灌浆过程中出现大漏浆时，优先采用无压、低压、浓浆、限流、间歇灌浆方法；若浆液注入量累计达2000L后，仍不能回浆或升压力时，采用机械灌注水泥砂浆或水泥粘土砂浆，直至结束。水泥砂浆灌注难以结束时，采用掺水玻璃的办法灌注直至不进浆结束。6. 结束标准 严格按照设计要求执行，在设计压力下，单位吸浆量不大于0.4 L/min时，持续灌注60 min结束；或当单位吸浆量不大于1 L/min时，持续灌注90 min结束。采用自下而上分段灌浆法时，继续灌注的时间可相应地减少为30min和60min，灌浆可以结束。7. 质量合格标准 灌浆后钻孔压水试验检查合格标准为q10 Lu,接触段及其下一段的合格率应为100%,以下各段应达90%以上, 不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%。且不集中。也就是，坝基帷幕检查孔岩石在设计压力作用下，当压力试验透水率10Lu,即视为合格，否则应进行处理，直至合格为止；另外可以从序次单位耗灰量随序次增加而递减的规律来衡量。 第二节 压水试验1.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。 单位吸水量=Q/LH 单位吸水量，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：1.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%。2.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%。3.连续四次读数，流量均小于0.5L/min。 第三节 帷幕灌浆效果检查帷幕灌浆质量检查应以检查孔压水试验成果为主，结合对竣工资料和测试成果的分析，综合评定。1、布设检查孔检查检查孔的数目一般按灌浆孔总数的10%左右布置，地质情况复杂的地区，一个坝段或一个单元工程内至少应布置一个检查孔，沿帷幕线2Om左右的范围内设有一个。(1)检查孔的选定对于单排孔的帷幕，检查孔可设置在两灌浆孔之间，检查孔多选在地质条件较坏或灌浆质量较差的地段。在地质条件或者灌浆质量较好的地段，也应适当地布设一些检查孔。 灌浆孔具有以下现象的，考虑在其附近设置检查孔： 1)帷幕中心线上； 2)岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位； 3)注入量大的孔段附近； 4)钻孔偏斜过大、灌浆情况不正常以及经分析资料认为对帷幕灌浆质量有影响的部位。 帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14d后进行。帷幕灌浆检查孔应自上而下分段卡塞进行压水试验。帷幕灌浆检查孔压水试验结束后，按技术要求进行灌浆和封孔。帷幕灌浆检查孔应采取岩芯，计算获得率并加以描述。第三节 帷幕灌浆质量的合格标准帷幕灌浆质量用压水试验检查，坝体与基岩接触段及其下一段的合格率应为100%；再以下的各段的合格率应在90%以上，不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%，且不集中，灌浆质量可认为合格。否则应进行处理，直至合格为止。对帷幕灌浆孔的封孔质量宜进行抽样检查。第三章 施工组织设计第一节 施工条件一、工程条件工程区距县城40公里，有乡村道路通至范姑斗村，枢纽工程施工时已经扩修村后道路1.5km和新修至坝位至土料场等3.0km施工道路。3.1建筑材料：本工程所需粘土料从库区附近取用，属砾质粘土，易于开采。砂料从新发村附近取用，运距2.0km，砂的级配及储量、质量均能满足要求。水泥从华宁县城购用，运距40 km。3.2施工用电：枢纽工程施工已经架设一台100KV.A变压器及10KV输电线路。施工单位生活区在范姑斗村，施工、生活用水由箐中取用3.3施工用水：施工用水由潜水泵直接从水库中抽取，水质满足工程施工要求。3.4制浆系统：制浆平台根据施工的需求搭设在灌浆泵附近，占地约70m，满足工程施工的需求。第二节 灌浆施工工艺一、施工程序 单排孔按设计I、II、III三个次序施工，先I序孔，次II序孔，最后III序孔。 试验孔单孔段施工工艺流程为：钻空冲洗孔测稳定地下水位灌前压水试验灌浆待凝扫孔灌后压水检查（灌后压水0.1 L/min.m.m 后则继续钻灌下一段，否则复灌至结束标准）依次反复直至设计孔深。二、钻灌工艺（一）造孔：首先由测量放人员采用经纬仪和皮尺按设计施工图纸放线定位，孔位偏差要小于10 cm。开孔段坝土封隔采用下套管和管脚用水泥封堵止水，封在钻进过程中详细记录钻孔漏水，孔壁掉块等特殊现象。终孔后，对孔深、孔斜进行检测，合格后由甲方监理人员签字认可。 （二）洗孔：钻完一个灌浆段，送清水冲洗，直至孔口返清水并延续15min为止，整个灌浆段的冲洗连续时间不少于30min，冲洗压力采用灌浆压力的60%，冲洗结束提钻检查孔底沉渣是否小于20cm，检查合格后才进行下一步的压水试验和灌浆工作。（三）灌前压水试验：为进一步摸清受灌体的透水性，指导灌浆施工和材料准备，I序孔均做压水试验，压力采用灌浆压力的70%80%。（四）灌浆方法及段长划分：采用“自上而下分段钻进，分段循环式灌浆法”，如果吃浆量大难于循环时采用“纯压式灌浆法”。灌段一般长度为5米，如遇到漏水则缩短灌段长。（五）灌浆材料：灌浆所用水泥是32.5级普通硅酸盐水泥，符合水工建筑物水泥灌浆施工技术规范对帷幕灌浆强度等级不低于32.5级的要求。灌浆材料以水泥和粘土为主，遇到大裂隙地层，吃浆量大时，加入细纱或3%的水玻璃（按水泥重量计）施灌。水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%（重量计）。（六）浆液配制：纯水泥浆使用水灰比（重量比）有51、31、21、11、0.61,五个比级。混合浆使用比重级也有1.3、1.35、1.4、1.45、1.5五个比级。起灌浓度当灌注纯水泥浆时，一般水灰比3：1，当灌注混合浆时一般比重1.3，遇到漏水段或灌前值较大的孔段，采用“2：1”（纯水泥浆）、“1.35”（混合浆比重值）或浓浆直接起灌。若浆液注入量累计达2000L后，仍不能回浆或升压力时，采用机械灌注水泥砂浆或水泥粘土砂浆，直至结束。水泥砂浆灌注难以结束时，采用掺水玻璃的办法灌注直至不进浆结束。（七）浆液稠度变换及灌浆结束标准1. 浆液稠度变换：一般情况当灌到某级浓度时，压力保持不变，注入率逐渐减少时，或吃浆量不变，灌浆压力逐渐升高时，不改变水灰比，就用该浓度级灌至结束条件。 灌注混合浆吃浆量大于50 L/min时，连续灌注30min就越级变浓。浆液稠度的使用原理：先稀后浓，逐级变浓，优浆多灌，浓浆结束。2、灌浆结束标准：单位吸浆量不大于0.4 L/min时，持续灌注60 min结束；或当单位吸浆量不大于1 L/min时，持续灌注90 min结束。（八）封孔：在最后一段灌浆结束后，用比重1.4的1：1混合浆或水泥浆先封基岩段，待固结后，在用水泥：粘土=1：3，比重大于1.4的混合浆封坝顶，直至填满孔口不下沉为止。三、施工质量过程控制 质量控制检