灌浆设计与施工技术报告 PPT课件

1 钦寸水库玄武岩下伏砂砾石地基灌浆工艺研究技术报告 大坝灌浆设计与施工技术 2 报告提纲 1 灌浆的分类2 灌浆设计应考虑的问题3 灌浆施工技术4 灌浆的检查与验收 3 1灌浆的分类1 1灌浆的定义 灌浆是利用液压 气压原理 通过注浆管把浆液均匀注入地层中 浆液以充填 渗透和挤压等方式 赶走土颗粒 沙砾间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置 间隔一定时间后 浆液将原来松散的颗粒或裂隙胶结成一个整体 形成一个结构新 强度大 防水性能好的结石体 1 2灌浆的分类 按灌浆材料分 水泥灌浆 粘土 水泥粘土浆 灌浆 化学灌浆按灌浆方式分 循环式灌浆 有自上而下和自下而上 纯压式按灌浆部位分 接缝灌浆 接触灌浆 坝体灌浆 坝基灌浆按灌浆作用分 帷幕灌浆 固结灌浆 回填灌浆 4 2 灌浆设计应考虑的问题 在进行灌浆设计前应详细调查下列工程情况 这对灌浆方案的选择 灌浆参数的确定 施工措施的制订以及工程工期和造价都有重要影响 一 工程类别及主要特点二 施工现场地形和地质条件 地下水力特性三 灌浆的缘由和基本要求四 周围环境及原地下构筑物情况五 灌浆材料的产地和价格 2 1工程调查 5 2 2灌浆方案的选定 根据工程特点 地质条件 防渗要求等系列特性选择帷幕灌浆方案 总体以经济上合理 技术上可行为原则 灌浆方案设计内容主要包括帷幕结构和灌浆施工工艺 其中帷幕结构包括帷幕形式 帷幕厚度以及伸入坝肩帷幕长度等 帷幕结构是设计帷幕灌浆的重点 它直接影响到工程的投资和帷幕防渗的效果 因此也是专家审查的要点 在施工工艺方面 根据不同的地层 地质条件选择技术上可行的施工工艺 目前基岩帷幕灌浆施工工艺 如压力 段长 浆液变化等等 在规范中有详细的规定 而在覆盖层 包括残破积 冲洪积 崩坡积 砂砾石等 帷幕灌浆国家还未制订统一的规程规范 6 2 2 1帷幕结构设计 帷幕形式帷幕的形式有悬挂式和落地式两种 悬挂式帷幕一般适用于覆盖层厚度大 底部渗透系数小的地基 可采用多排 2排及以上 灌浆孔 落地式帷幕一般适用于覆盖层厚度较小 渗透系数大的地基 钻孔的布置可以是1排或多排 当然 在同一个工程中 从经济和技术上考虑 可以采用单一的悬挂式帷幕和落地式帷幕 这种帷幕形式在工程中最为常见 也可以采用悬挂式和落地式相结合的帷幕 采用何种帷幕形式 也就是说如何确定帷幕的深度 在均匀地基中采用悬挂式帷幕深度一般为坝高的50 70 结合地基勘探地层渗透系数合理取值 落地式帷幕以控制进入相对不透水层的深度作为主要指标 一般为3 5m 相对不透水层透水率控制标准根据工程类别 大坝类型等定 7 帷幕的厚度 对覆盖层进行防渗帷幕处理必须满足工程的抗渗要求 并对抵抗渗透水的侵蚀有足够的能力和有效年限 帷幕的抗渗要求帷幕的防渗主要指标是水力坡降 根据实际的幕厚与水头差计算的结果应小于经地质勘察而得的允许水头坡降 可按下列公式进行复核 j H1 H2 L式中j为地层允许水力坡降H1为幕前水位 mH2为帷幕下游坝脚水位m 为帷幕承担水头系数 一般为50 60 L为帷幕厚度m 在理想状态下 一排帷幕幕厚T1 0 58D 二排帷幕幕厚T2 1 45D 三排帷幕幕厚T3 2 32D 8 伸入两岸的防渗帷幕长度 帷幕灌浆防渗包括坝基帷幕和坝肩帷幕两部分 坝肩伸入长度一般要求达到水库正常蓄水位与不透水层或相对不透水层相交处 或两岸地下水位与水库正常蓄水位相交处 以形成封闭的防渗线 有时达到这两个条件 将使帷幕延长很长 由于延伸一段距离后 渗径变长 水力梯度减少 绕流量也相应减少 再延长帷幕长度没有附加防渗作用 表明该范围为经济有效灌浆范围 9 2 2 2灌浆材料的选择 灌浆材料选择的原则 一 对处理地层具有可灌性 能达到设计扩散范围 二 具有良好的流动性 三 析水性要小 稳定性高 四 浆液结石具有较高的不透水性和抗渗稳定性 五 与工程灌浆标准相匹配 六 无毒 七 经济性和有效性相匹配 10 灌浆材料的可灌性 灌浆材料的可灌性在灌浆施工中 希望灌浆材料的颗粒能够顺利通过覆盖层的孔隙 因此一般以可灌比值M评价灌浆材料的可灌性 即M D15 d85式中D15 受灌砂砾石层的颗粒级配曲线上含量为15 处的粒径 mm d85 灌材的颗粒级配曲线上含量为85 处的粒径 mm 一般情况下 M 15可灌注水泥浆不同灌浆材料的d85参考值 11 浆液扩散半径理论计算浆液扩散半径计算公式比较多 这里介绍两种 前提是浆液按柱状扩散 计算 一 如下 R2 L nc Q 根据水利电力出版社 大坝基础灌浆 中砂砾石层灌浆浆液扩散半径计算 二 公式 式中 R 为扩散半径 L 为灌浆段长 C 单位长度孔段内灌入的浆液量 以重量计 为水泥浆液结石率 有效的充填系数 nc 为地层的空隙率 浆液比重 12 常用灌浆材料介绍 13 2 2 3灌浆压力的确定 灌浆压力是灌浆能量的来源 是控制灌浆质量的一个重要因素 一般情况下 使用较高的压力是有利的 可以获得较大的扩散范围 充填紧密 但灌浆压力不宜过大 否则会使岩石裂隙扩宽 甚至产生新的裂隙 使原来的地质条件恶化 坝体产生抬动变性 土坝接触段灌浆压力过大会使心墙产生劈裂 也可能使浆液扩散过大 造成浪费 设计压力计算如下 P T h 100式中P 灌浆压力 Mpa 系数 在0 7 3范围内选用 砂砾石层以上盖重层的容重 t m3 T 盖重层厚度 m 与灌浆方式有关的系数 自上而下灌浆 0 8 与砂砾石结构性质如颗粒组成 渗透性等有关系数 值可在0 5 1 5的范围内选用 结构疏松 渗透性强的 取低值 结构紧密 渗透性弱的 取高值 h 盖重层底板至灌浆段顶部的深度 m 当无盖重层时 自砂砾石表面算起 14 3灌浆施工技术 3 1灌浆流程 15 3 2技术要求 3 2 1放样以坝轴线控制点为基准 按设计图纸对各钻孔进行放样 用竹签作标志 钻孔放样精度符合水利水电测量规范 SL52 93 中有关规定 控制标准 误差 3cm 16 3 2 2钻机定位 开孔前复核钻孔桩号 正确定位 孔号按设计次序进行 钻孔位置与设计位置偏距均小于3cm 钻机安装完毕后 用框架水准仪对平台 钻机立轴进行水平 垂直校准 灌浆全面开工前在先灌排或主帷幕中布置先导孔 在 序孔中选取 检验设计灌浆工艺的合理性 但对无灌浆经验的特殊地层进行防渗灌浆处理应选择一定的范围进行灌浆试验 17 3 2 3造孔 心墙造孔时 采用干打取土 取土后套管及时跟进 在心墙内若有块石 采用小水钻进 钻穿块石后及时进行干打干取 覆盖层 基岩造孔采用金刚石钻头单管清水钻进 终孔直径 75mm 18 3 2 4洗孔压力表安装在进浆管顶部 其高度不宜超出地面1 5m 以利准确读数 在压力表不起压的条件下 对覆盖层灌段进行冲洗 当回水清澄后 再洗10min结束 在80 最大允许灌浆压力下 对基岩灌浆段进行冲洗 当回水清澄后 再洗30min结束 19 3 2 5压水试验 各灌段在灌浆前均需进行30min的简易压水试验 压力为灌浆允许压力的70 每5min测读1次压力及流量 用流量表读数 测量表应与进水管 流量值相匹配 当流量大于每米段长30L min时 可降压或缩短测试时间 压水试验结束后及时计算出透水率 以选择灌浆材料和合适的开灌水灰比 20 3 2 6灌浆a 采用合理灌浆方式 b 段长 灌浆压力满足设计要求 当终孔段大于设计防渗标准时 需加深 c 制浆符合标准 浆液变级合理 d 覆盖层灌段结束后需待凝 e 接触段需要复灌 21 临界水灰比 临界水灰比浆液在变级过程中 当浆液变浓一级后单位时间吸浆量明显变小 变浓前一级水灰比就是临界水灰比 为保证灌浆质量 尽量扩大吸浆量 当浆液变浓到临界水灰比时 尽量多的注入浆液 由于地层的不均匀性 不同的地层均有不同的临界水灰比 22 灌浆压力 施工灌浆压力应大于等于设计压力 施工灌浆压力计算 一 纯压式 P P表 P浆 P阻式中P表为进浆管表压力 P浆为浆液自重压力 P阻为浆液在管中流动的阻力其中浆液自重压力为水位以上浆液自重压力和水位以下浆液自重压力两者之和 二 循环式P P表 P浆 P阻式中P表为回浆管表压力 P浆为浆液自重压力 P阻为浆液在管中流动的阻力 实际施工中 P阻往往忽略不计 23 3 2 7封孔 封孔在灌浆中是十分重要的环节 不同的坝型封孔工艺有所不同 重力坝 拱坝封孔方法 坝基灌浆段采用0 6 1水泥浆压力封孔 待凝后 提干孔内结水 混凝土段用水泥砂浆封孔 土坝封孔方法 终孔段灌浆结束待凝后 提干孔内结水 封孔时拔出一节套管 2 0m 3 0m 接着封一段孔 连续作业 做法是 先用水泥 粘土 1 3的混合料 拌匀 倒入孔中 击实 混合料加量每次5L 然后用带有半圆夯头的4 0m钻杆作夯具 落距2 0m 夯击20次 当混合料封高3 0m后 改用土料 加量 夯击同上 回填土料通过试验确定最优含水量 土料要翻晒 防雨 防冻 造孔时取出的坝体土均不可用 24 4 1 2布置测压管观测 4 1 1布置检查孔布置检查孔是目前灌浆质量检查最常用的方法 灌浆结束后 按钻灌孔数的10 布置检查孔 每个单元工程中至少有一个检查孔 检查孔施工在灌段结束时间14天以后进行 单点压水试验压力 单排孔为1倍水头 二排及以上排为1 5倍水头 保存岩心 各灌段的透水率应小于等于设计防渗标准 4灌浆的检查与验收4 1灌浆的检查 分别在防渗轴线上 中 下布置坝体和坝基测压管 断面数量根据大坝长度而定 一般距离为40m 50m 通过观测测压管水位 绘制坝体浸润线和计算渗透坡降 同时通过比较处理前的观测结果 判断经处理后的坝体和坝基防渗效果和质量 这种方法目前在大中型和部分小型水库中运用 25 4 1 3渗流观测 在渗漏点建立观测设施 如 三角堰 量筒等 观测渗流量 根据水位 气象等条件综合分析渗流的原因 当确认渗流来自坝体和坝基后 采取合理措施进行防渗处理 在施工过程中及施工结束后同时观测渗流量的变化 判断防渗效果和质量 26 灌浆验收需完成以下资料 a 原始报表由现场记录