超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用.doc

超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用水利水电技术第38卷2007年第12期超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用李蜀(云南省水利水电勘测设计研究院,云南昆明650021)【摘要】云龙水库大坝基础灌浆对两岸卸荷裂隙,坝基断层,节理裂隙及岩溶溶隙大耗浆量部位采用砂石加工水洗沉淀废料超细砂掺和,掺和量为33%.结果显示,浆液流动性较好,粘度不大,有利于灌注和浆液的扩散,结石抗压强度,抗渗性能满足工程要求,节约工程投资.【关键词】帷幕灌浆;超细砂;云龙水库中图分类号:TV223.34(274)文献标识码:B文章编号:10000860(2007)12002304Applicationofcementgroutingmixedwithsuper-finesandtoconstructionofYunlongReservoirUShu(YunnanInvestigation,Design&ResearchInstituteofWaterResources&Hydropower,Kunming650021,Yunnan,China)Abstract:DuringthefoundationgroutingforthedamofYunlongReservoir,thegroutingmaterialmixedwiththesuperfinesand(33%)gotfromthedebrisspoiledfromtheartificalaggregateprocessingsystemafterwashinganddepositing.Thegroutingmaterialisfavorabletogroutinganddiffusingwithbetterfluidnessandlessviscidity,andthenboththecompressivestrengthofthecementationandtheantiseepagebehaviorofitcanmeettherequirementoftheconstructionalongwiththesavedinvestmentaswel1.Keywords:curtaingrouting;superfinesand;YunlongReservoir1工程概况云龙水库工程是昆明市掌鸠河引水供水工程的水源工程,枢纽工程由大坝,泄洪隧洞,溢洪道,引水隧洞等组成.大坝为粘土心墙堆石坝,最大坝高77.00nl,总库容4.84亿nl.该工程坝区地质构造复杂,大坝右岸坝基有一条宽为1923nl顺河床的F,断裂带,两岸卸荷作用强烈,卸荷裂隙,顺河向陡倾角节理较为发育,坝基灌浆中对大耗浆量掺和了较多的超细砂,固结灌浆使用水泥639.57t,超细砂16.97t,为水泥用量的2.7%;帷幕灌浆使用水泥1852.54t,超细砂l18.64t,为6.4%.在常规岩体灌浆中使用如此多的超细砂,尚不多见1.1工程地质及水文地质情况坝址位于云龙复式背斜之大阴地宽缓穹隆构造的西北缘一东北缘,岩层总体走向呈弧形,走向由N25.E至$25.E自上游到下游渐变,倾向NW至NE,WrResourcesandHydropowerEngineedngVo1.38No.12倾角7.21.大坝左岸中上部为砂岩,泥岩,页岩互层,软硬岩石之间泥化夹层发育,层间错动明显.中下部有燕山期侵入岩脉穿插,下部,河床及右岸为白云质砂岩.坝址区普遍存在顺河床向,横河床向两组陡倾角节理,无充填或充填岩屑,钙膜及方解石脉.两岸卸荷作用强烈,左岸卸荷带水平宽度9.021.5m,右岸为10.019.2m.在白云质砂岩中岩溶,溶隙沿顺河向构造节理,卸荷裂隙发育,延伸长度一般515m,发育密度(315)个/100m.大坝右岸下部有规模较大,顺河床的F断层,该断层与坝轴线呈79.交角,由2条陡倾角的F一,右旋逆断层,F一:右旋正断层夹断块组成,在坝基内宽度1922m,为典型的断陷带:F一.,F一破碎带宽0.21.0m,由微透水的断层泥,糜棱岩,泥钙质胶收稿日期:20071022作者简介:李(1955一),女,教授级商级I师李蜀超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用q<3Lu图1坝基岩体地质及帷幕边界线结角砾岩组成.断块由于两侧断层挤压作用,褶曲构造,剪切节理,劈理极为发育,并且F断裂带断块中分布有溶洞,洞径0.52.0111,发育密度(12)个/100m,因此F断裂带为强透水带.坝基心墙截水槽开挖后,强透水的Q松散孔隙含水透水层,全强风化岩体孔隙一裂隙含水透水层已基本清除,卸荷带透水带,岩溶透水带,断裂带含水透水带等强透水带已清除了一部分,截水槽基面下仍然存在K2m,K2m,K2m裂隙含水透水层,断裂带含水透水带,卸荷带透水带以及岩溶透水带,是坝基渗漏的主要通道.左坝端处于卸荷透水带,地下水位低于水库正常蓄水位,是渗漏的主要通道.外延是中等强透水的全强风化岩体孑L隙一裂隙含水透水层,弱中等透水Km,Km,裂隙含水透水层,地下水水位均低于水库正常蓄水位,也存在渗漏.在深部K2111一含水透水层中存在一条宽5.010m的岩溶透水带,为强透水,沿燕山期侵入岩脉y接触带外侧展布或沿砂岩与白云岩接触面分布,是渗漏的主要通道之一.坝基岩体地质情况及防渗边界见图1.1.2大坝防渗设计大坝为粘土心墙堆石坝,防渗采用粘土心墙和坝基帷幕灌浆.大坝心墙上,下游坡比均为1:0.25,顶宽3m,最大底宽41.0m.心墙下设置1.0m厚的钢筋混凝土C20垫层,垫层范围底部基岩铺盖固结灌浆,深度为5m,孔排距均为4nq,灌浆标准为5Lu.坝基帷幕灌浆沿心墙轴线布置,沿整个大坝心墙基础向两岸山体直线延伸,左坝肩帷幕延伸52nq,右坝肩帷幕延伸16nq,底界深入相对隔水层(透水率3Lu)5nq.防渗帷幕两排孔布置,孔距为2nq,lK!JI粉砂泥岩夹粉细砂岩lk2mI细一中粒长石石英砂岩夹页岩lK,m粉砂质泥岩夹页岩圆蓑筹喜IK!ml粉砂岩,泥岩及页岩瓦层lK,ml自云质细粒长石石英砂岩IK,ml极薄层状含砂质粉一细晶自云岩IK,mfl自云质细粒石英砂岩lK:ml砂质自云岩含自云质泥质粉砂岩IKml泥质胶结长石石英砂岩Iyl自云石化基性玢岩侵入岩脉排距1.4m.F断裂带盖板范围底部固结灌浆深度为10m,孔排距均为3m,标准为5Lu.防渗帷幕三排孔布置,排距为1.4m,孔距2.0m,防渗帷幕灌浆标准为3Lu.大坝基础混凝土垫层与基岩结合处承受最大水头压力0.76MPa,经对坝基二维,三维渗流计算,坝基防渗帷幕最大渗透坡降为l7.24,F断裂带防渗帷幕最大水力坡降为l3.78.大坝心墙渗漏较小,主要是坝基,绕坝渗漏,占总渗漏量的90%以上,因此帷幕灌浆防渗处理在整个工程中至关重要,防渗帷幕的质量优劣对坝基渗流控制起决定性作用.2水泥砂浆的性能研究根据坝址区水文地质条件,采用P.0.32.5的普通硅酸盐水泥对坝基帷幕灌浆,在灌筑大裂隙,溶洞或遇到每段单耗达到500kg/m时,采用超细砂掺和水泥砂浆灌注.超细砂为棒磨机加工砂岩人工砂水洗沉淀废料,细度模数为0.27,小于水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL622001)中砂细度模数为1.82.25的规定,为了降低工程投资,对这类砂浆的性能,掺和量的析水率,流动性,强度,渗透性及表1超细砂颗粒级配颗粒粒径/mm样舶种类O.5O.25O.25O.O75O.O75O.005<O.005<O.00:颗粒含/%1.56O42781O.35.1表2超细砂化学指标检验结果化学成分SiO2Ca0Fe203AL203MgOSO3含I-.7c63.181O.0O1.243.4H46.510.086水利水电技术第38卷2007年第12期表3掺和超细砂灌浆浆液性能试验李蜀超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用掺量浆液配合比密度粘度静切力/Pa胶体率析水率编号稳定性析水稳定时问/%水:水泥:超细砂/g?cm一3/slmin10min/%/%l00.6:1.0:01.75644.251.262.270.15890.99.12hl0min250.01.0:1.0:1.01.79838.0o1.642.400.37684.7l5.3lhO0min367.O1.0;1.0:2.01.985不能顺畅通过2.773O.6n05296.43.62h05rain耐久性等进行了研究.2.1超细砂性质检验超细砂颗粒级配见表l.超细砂土粒密度2.71t/m,超细砂化学分析结果见表2.检测结果表明;sO含量小于l%,含泥量小于3%,满足规范要求.2.2超细砂浆液配制研究灌浆浆液掺和超细砂性能试验,目前尚未见到有关国家标准,试验按照中国水利水电基础工程局企业技术标准粘土及膨润土造孔泥浆试验规程(Q/J/l1/1999-(14)进行.灌浆浆液掺和超细砂掺量,浆液配合比,以及浆液性能见表3.试验结果表明:掺和50%的超细砂浆液流动性较好,粘度不大,有利于灌注施工和浆液的扩散;但稳定性不如不掺超细砂常规浓浆,反映出浆液掺和超细砂易沉淀的特点,同时掺和50%的超细砂浆液析水率较大,说明只有部分水与水泥作用凝结成结石.当超细砂掺和量增加到67%,浆液流动性,稳定性均较差.2.3浆体结石性能掺和超细砂与不掺超细砂灌浆浆体结石性能试验成果见表4和表5.试验成果表明;掺和超细砂水泥砂浆凝结时间比纯水泥浆慢lh,相差不大,渗透系数较接近,结石抗压强度随超细砂掺和量的增加而降低.超细砂掺和量为50%时,28d结石强度为21.0MPa,相对渗透系数2.82210.cm/s.表4掺和超细砂灌浆浆体结石强度性能试验掺艇浆液配合比凝结时间抗压强度/MPa编号/%水:水泥:超细砂初凝终凝3d28d90dlO0.6:1.0:010h51min13h39minl0.328.936.1250.0llh56min14h36min6.421.02S.8367.01.0:1.0:2.0llh55min14h35min4.0l5.021.9水库大坝基础作用最大水头压力0.76MPa,最大水力坡降为l7.24,施工采用水泥砂浆配合比为1.0:1.0:0.5,超细砂掺和量小于50%,结石抗压强度,抗渗性能均能满足工程要求.水利水电技术第38卷2007年第12期表5掺和超细砂灌浆浆体结石试验超细砂浆液配合比28d浆体结石抗渗性(混凝土相对编号抗渗性试验一次加压法)试验结果掺量/%水:水泥:超细砂加压压力/MPa相对渗透系壹crn?s一l00.6:1.0:00.8I.822X10一10350.01.0:1.0:1.00.82.822X10一10,3坝基灌浆施工3.1灌浆工艺帷幕灌浆采用小口径钻进,自上而下分段灌注,孔口封闭,孔内循环不待凝灌浆方法.灌浆孔深达到设计深度,透水率小于3Lu或水泥灌人量小于50kg/m时才可结束.3.2灌浆压力灌浆在混凝土垫层上进行,最大压力2MPa.左岸中上部砂岩,泥岩,页岩互层灌浆压力0.2MPa,0.3MPa,0.5MPa,0.8MPa,到第5段压力为设计最大压力.左岸下部,河床,F断层,右岸灌浆压力为0.5MPa,0.8MPa,1.2MPa,第4段压力为设计最大压力.3.3大耗浆量处理在灌浆过程中,灌注大裂隙,溶洞或遇到每段单耗达到500kg/m,采用掺和33%的超细砂浆液,浆液配合比:水:水泥:超细砂为1.0:1.0:0.5,并降低灌浆压力,间歇施灌,灌后要求待凝,为避免待凝时问过短,水泥结石强度过低,无法承受较大的灌浆压力而被冲开,待凝时问不低于24h.此后应扫孔复灌,直至达到设计压力的正常结束标准.4灌浆效果分析4.1灌前压水试验成果分析如表6所列,可以看出:灌前压水岩体透水率随着灌浆孔序的加密而递减,递减缓慢,浆液沿帷幕线方向扩散较差,与基岩中主要存在近乎垂直或斜交帷幕线的陡倾角节理的地质特点相一致.钻孔加密到上游排的序孔仍获得较好的灌注,到上游排的序孔透水率小于3Lu达89%,310Lu仅占11%,岩层李蜀超细砂掺和水泥灌浆在云龙水库工程中的应用表6灌前压水试验成果分析压水灌前压水试验透水率/累订频璋%排序孔序段数ll33l010一l0oI437l7.451.068.898.2下游排40O26.067.079.099.07ll34.876.888.5l0oI42821.767.379.699.2上游排40830.778.989.799.882442.689.0l0o透水率逐渐趋于均匀.4.2单位灌灰量与孔序,高程的关系如表7所列,可以看出:单位灌灰量随高程变化明显,与高程越高岩石裂隙及卸荷裂隙越发育的地质特征相吻合;各序孔单位灌灰量随着孔序逐渐递减,即I>1I>nl,递减明显,灌浆情况正常,效果显着.股份有限公司对帷幕灌浆质量进行抽检,检查布孔地质缺陷右岸F:断层,左岸深部沿侵入岩脉接触带强透水层,卸荷带透水带,岩溶透水带,以及施灌中存在疑问的位置,检查结果:最大透水率为2.1Lu,最小透水率为0.01Lu,小于1.0Lu占90.7%;1.0Lug2.1Lu占9.3%.帷幕灌浆质量达到了设计要求.4.4安全监测资料分析水库于2004年3月1日下闸蓄水,至今运行3年,从大坝基础及两岸埋设的安全监测资料分析:主河床坝体最大断面及右岸F:断层坝基渗流经过防渗帷幕后消减了约90%的水头,大坝两岸的帷幕防渗效果较好,绕渗不明显.量水堰自2004年7月上旬开始观测,至2007年3月最大渗流量为3.83L/s,与类似工程相比,量值较小,大坝防渗体及帷幕施工质量良好,工程渗流状况正常.表7单位灌灰量与孔序,高程关系5结语单位灌灰量/kg?m高程/mI序序序平均20l9.O02047.O0ll7.654.8l7.352.52047.O02071.50277.8l68.457.51382071.502O95.0o287.8l35.8