坝基防渗与加固施工方案

1工程情况1.1工程概况朝阳水库位于资阳市安岳县。于1976年建成。沱河流域蒙溪河上游涪、沱分水岭水系一侧。控制集雨面积36.23Km2,总库容2565万m3,正常库容1780万m2。主要功能以灌溉、防洪为主，兼供水、养鱼等综合利用。大坝为浆砌条石坝，坝总长173.00m、宽28m。坝体的剖面形状及尺寸，如附图一所示。1.2工程地质情况坝区所处地形为深丘山区，水系发育较深。河谷高程410m，山顶高程456.4m，相对高差40m。(1)坝基工程地质条件紫色泥岩、砂质泥岩夹白色砂砾。有密集石膏条带，高程385-398m。由于石膏类矿物，遇水易溶蚀被水带走，形成空隙。(2)坝肩工程地质条件坝肩基岩主要为长石石英砂岩，下覆泥岩及泥质砂岩，裂隙尤为发育，风化剧烈。(3)放空洞工程地质条件自上而下依次为坡积层、紫红色泥岩及砂质泥岩、紫红色细砂岩。未见大的构造断裂。出口与消能段有裂隙发育。(4)坝区无大的不良地质构造，地震基本烈度为Ⅵ度。1.3病险情况(1)坝基、坝肩漏水大坝左、右两岸均出现集中绕坝渗流现象，最大达20mm一般水流渗出基岩，坝基亦有渗水现象。(2)出现裂缝、裂纹，表面条石风化严重拱坝两端拱脚处出现竖向裂缝二条，在接近两坝端又有三条垂直裂缝，共计五条，裂缝出现在二分之一坝高处，这些裂缝有80-290ml/h的渗水量。检查发现在97.60-100.20m高程间（即正常水位—校核洪水位），拱坝上、下游均出现了裂纹147条，这些裂纹沿灰缝开裂或贯穿单块条石。1.4病情分析(1)坝基普遍分布的石膏条带，是坝基渗漏的主要通道，也是坝基存在的主要软弱夹层。(2)坝肩岩层破碎，裂隙发育，是坝肩渗漏的主要原因，也是坝肩稳定的隐患。1.5大坝处理要求：（1）消除坝基与坝间的渗漏。（2）解决条石的裂缝问题，消除坝体渗漏。2方案论证及选择根据工程实际情况初步拟定以下三种处理方案。它们分别是：（1）采用混凝土防渗墙进行防渗加固处理；（2）采用复合土工膜进行防渗加固处理；（3）采用防水帷幕局部使用混凝土防渗墙进行防渗加固处理。2.1混凝土防渗墙利用一定的设备和机具，在地下挖一段狭长的深槽，清除槽内的沉渣后，浇筑混凝土，筑成一段混凝土墙，再把每一墙段联接起来，形成一道连续的地下墙体，它主要具有以下优点：（1）结构刚度大：地下混凝土防渗墙一般在40-120cm，结构刚度大，能承受较大的压力，同时变形比较小。（2）防渗性能好：在混凝土中加入防水剂，可以形成具有很好防渗性能的地下混凝土防渗墙。（3）适用于各种地层：地下混凝土防渗墙对地层土的适用范围很广，从松软的冲积层到中硬的土层，密实的砂砾层，软岩层到硬岩层等所有的地层均可施工。（4）施工环境好：地下混凝土防渗墙施工时振动小，噪音小，现场污染小。同时它有具有如下缺点：（1）地质条件和施工适应性问题：在复杂的地质条件下，即使先进行地质勘察，也很难准确的预测所有的复杂情况，因此要选择合适的施工方法和挖槽机械，必须具有较高的技术水平和丰富的施工经验，并能在发生问题时采取相应的措施。（2）槽壁坍塌问题：在施工过程中需要根据地质条件，选用合适的护壁泥浆，以保证孔壁的稳定，但是由于地质条件的变化，有时会产生漏失或地下水涌入槽内，致使槽壁坍塌。（3）弃土及废泥浆的处理问题：用泥浆护壁挖槽时，必须在注意防止泥浆对地基和地下水的污染问题。因此，对于浇筑混凝土而排出的泥浆必须进行适当的处理。（4）经济效益问题：在施工过程中使用了大量的泥浆，同时浇筑了大量的混凝土，工程造价比较高。2.2土工膜防渗处理土工膜是具有高防水性能的土工合成材料，它用于防渗工程已有50多年的历史，但是应用于坝基防渗还是近10余年的事，初期人们对土工合成材料的使用寿命存在较多的顾虑，这个问题对于土工膜的研究人员，生产厂家和设计人员，即使是专家来说，也难以做出准确的回答。国外检测结果发现，聚乙烯薄膜用于防渗结构埋设于地下，运行10余年后性能仍然稳定；前苏联150多座土坝使用聚合物土工膜防渗，20余年效果仍然很好。复合土工膜防渗施工流程为：坝坡面平整及坝坡调整基础部分开挖及清理防滑齿槽的开挖周边固埋沟开挖铺设中细砂垫层并夯实铺设复合土工膜，薄膜及无纺布联接回填夯实齿槽周边固埋沟回填铺设混凝土预制块保护层验收2.3防水帷幕局部使用混凝土防渗墙进行防渗加固处理2.3.1混凝土防渗墙的地具体方法见：2.12.3.2防水帷幕在坝上钻孔，当钻至预定深度后，停止钻进向上提钻具，同时钻头高压定向喷射水泥浆，水泥浆切割土体，形成一种形似帷幕的固结体，使相邻的固结体具有一定的重合部分，从而形成一道折线性的防渗板墙，即防渗帷幕。具体结构如下图所示：从而达到防止渗流加固坝基的效果。2.4确定最终方案由以上方案论述可知：方案一：施工工期比较长，同时需要投入较大的人力和物力，但加固效果较好。方案二：施工工期短，投资小，处理效果好，但是水库的正常蓄水水位在97.500，而裂缝出现在二分之一坝高处，即87.750处，采用土工膜时将会出现水下施工难度极大，且处理后质量不易保证。方案三：使用混凝土防渗墙集中处理大坝左右两岸出现的集中绕坝渗流现象，同时在坝身用高压喷射注浆形成的防渗帷幕，可以达到较好的防渗效果。经过以上分析，在综合考虑经济，技术，安全等因素的基础上，结合当地的工程经验和技术现状，以及本工程的实际工程地质情况，决定采用方案三。3.防水帷幕局部使用混凝土防渗墙进行防渗加固处理3.1高压喷射注浆形成的止水帷幕的设计3.1.1高压喷射注浆范围的确定在97.60至100.20m高程间（即正常水位—校核洪水位），拱坝的上游，下游均出现了裂纹147条，这些裂纹沿灰缝开裂或贯穿单块条石。所以这一部位是重点处理范围。由于工程条件及现有的施工设备能力，处理范围为全长173.00m，深度(高程68.500至102.000m)。在裂缝集中地带应加大注浆量。3.1.2注浆孔的布置形式由于坝的形状是拱形的，所以注浆孔德布置也应按拱坝的轴线进行布置，采用二管法进行高压喷射注浆时，加固体的有效直径为：1.00.3m。考虑到以往工程经验，此处取有效加固体直径为0.7m，注浆孔的孔距取1.1m。3.1.3注浆浆液的设计（1）各种注浆材料的大致使用范围表3—1地地层孔数类型浆液名称类型细砂，粉土间的的孔隙d<0.002s>1000k<10~5组中沙层的孔隙d=0.02~00.5s=100~11000k=10~100砂砾石层间的孔孔隙d>0.5s<100k>10岩石中细小裂隙隙<5岩石中中等以上上裂隙>5大型隙岩溶通过>100溶液化学浆√√悬浊液粘土浆√√水泥粘土浆√√√水泥浆√√√√水泥砂浆√√水泥粘土砂浆√水泥水玻璃√水泥浆+砾料等等√注：“√”表示适用，d为地层颗粒的有效粒径（mm）；S为其比表面积（cm）；K为地层的渗透系数（m/s）；为压水试验得出的吕荣值。（2）注浆浆液的设计注浆工程中最常用的事普通硅酸盐水泥，在某些情况下也使用矿渣水泥，火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1，注浆用水泥必须符合质量标准，不能使用受潮结块的水泥。水泥属颗粒性水硬性材料，最大粒径为0.085mm，配制水泥浆用水应符合拌制混凝土用水要求。水泥的水化硬化依赖于水、，注浆浆液作为流体更需要大量的水，一般浆液中的水分远大于水泥水化硬化所需水量，所以浆液固化过程中析水较多，硬化的时间也比较长。虽然泥浆液有不足之处，但其材料容易取得，成本较低，无毒性，施工工艺简单方便，常用于岩体裂隙注浆。纯水泥浆的基本性能：表3—2水灰比粘度(S)密度(g/cm)结石率(%)凝胶时间抗压强度(MPPa)初凝终凝3d7d14d28d0.5:11391.86997h41minn12h36miin4.146.4615.322.00.75:1331.629710h47miin20h33miin2.432.605.5411.21:1181.498514h56miin24h27miin2.002.402.428.901.5:1171.376716h52miin34h47miin2.042.331.782.222:1161.305617h7minn48h15miin1.662.562.102.80因纯水泥浆易沉淀析水，稳定性差，凝结时间较长，在地下水流较大的条件下注浆时，浆液受水的冲刷和稀释。为了改善水泥浆的性能，常在水泥浆中加入附加剂。本工程注浆要求水泥细度为通过80方孔筛的筛余量不易大于5%，制浆材料采用重量称量。现场制浆时，要求加料准确并注意加料顺序，即：先往搅拌机中放入规定量的用水，然后再加入水泥搅拌均匀后再加入附加剂。浆液的搅拌时间，当使用普通搅拌机时不少于3min;使用高速搅拌机时不少于3s。搅拌时间大于4h的浆液应废弃。任何季节注浆浆液的温度保持在5~40之间。（3）注浆浆液的基本要求：表3—3水灰比0.6:1~00.75::1密度1.6~1.667kg//m析水率(2h))<5%马氏漏斗粘度28s~35ss结石强度(288d)>15MPa水泥标号525普通硅酸酸盐水泥外加剂RC—M缓凝型减水剂，UNF引气型减减水剂制备工艺流程为：先在搅拌机中加入一定量的水，再加入水泥，搅拌三分钟后，加入减水剂，再搅拌一分钟。3.1.4注浆量计算由于定喷形成的固结体形状不规则，难以用准确的公式进行计算，所以可以通过现场试验确定浆液用量。3.1.5高压喷射注浆参数的确定表3—4高压喷射注浆的的种类单管法双管法三管法适用地层砂土，粘性土，黄黄土，杂填填土，砂砾砾石层浆液材料及其配配方以水泥为主要材材料，加入入不同外加加剂后可具具有速凝，早早强，抗冻冻，防渗等等性能高压喷射注浆参数值水压力(MPa)//20流量(L/min)//80~120喷嘴孔径(mmm)及个数//2~3(一个或或两个)空气压力(MPa)/0.70.7流量(m/min)/1~21~2喷嘴孔径(mmm)及个数/1~21~2浆液压力(MPa)20201~3流量(L/min)80~12080~120100~1500喷嘴孔径(mmm)及个数2~3(两个))2~3(一个或或两个)10（两个）~144（一个）注浆管外径(mmm)42或4542507575或90提升速度（cmm/minn）20~25约10约10旋转速度(r//min))约20约10约10根据工程的实际地质情况，合理的选择施工参数，同时在施工过程中不短的调整各参数，以期达到最佳注浆效果。3.1.6机械设备的选用表3—5序号设备名称型号规格1高压泥浆泵SNC-H3000型水泥车车或Y-2型液压泵泵300MPa，135kkw，150LL/minn2钻机76型震动钻机，地地质钻机自制，Y-2型型等3空气压缩机各种型号70N/cm,,3m/mmin4泥浆搅拌机各种型号200L/miin5二重管自制6喷机（台车）各种型号自制3.1.7高压喷射注浆固结体的质量检验（1）检验内容①固结体的整体性和均匀性；②固结体的有效直径;③固结体的垂直度；④固结体的强度特性；⑤固结体的溶蚀和耐久性能；⑥喷射质量检验：a.施工前，主要通过现场喷射试验，了解设计采用的喷射参数，浆液配方和选用的外加材料是否合适，固结体能否达到设计要求。如某些指标达不到设计要求时，则需采取相应的措施，使喷射质量达到设计要求；b.施工后，对喷射质量的鉴定，一般在喷射施工过程中或施工告一段落时进行。检查数量应为施工总数的2%-5%，少于20个孔的工程，至少要检验两个点。检验对象应选择地质条件复杂的地区，及喷射有异常现象的固结体。凡检验不合格者，应在不合格的点位附近进行补喷或采取有效补救措施，然后再进行质量检验。高压喷射注浆处理的强度较低，28天的强度在1-10MPa之间，强度增长的速度较慢，检验时间应在喷射注浆后四周进行，以防止在固结强度不高时，应检验而受到破坏，影响检验的可靠性。(2)检验方法①开挖检验：待浆液凝结具有一定的强度后，即可开挖检查固结体垂直度和形状，质量；②钻孔检验：从固结体中钻取岩芯，并将岩芯做成标准试块进行室内物理力学性能试验，另外也可在现场进行钻孔，做压水和抽水两种试验，测定其抗渗能力；③标准贯入试验：在喷射固结体的中部可以进行标准贯入试验；④载荷试验：静载荷试验分垂直和水平静载荷试验。垂直载荷试验时，需在固结体的顶部0.5m的范围内，浇筑0.2-0.3m厚的钢筋混凝土；水平载荷试验时，在固结体的受力部位浇筑0.2-0.3m厚的混凝土；⑤围井试验：在板墙一侧增加喷孔，与板墙形成封闭围井，在井中进行压水和抽水两种试验，或观测井内外水位。3.2防渗帷幕的设计由于绕坝渗流现象比较严重，所以在此部位决定使用混凝土防渗墙进行防渗加固，使坝体和岸边更好的连接，达到防渗加固增加坝体整体稳定性的作用。3.2.1混凝土防渗墙的设计参数表3—610×1.0mm处理深度m25m(68..500~~93.0000)混凝土的强度等等级C30(保证率大大于等于85%))混凝土的抗渗性性能≥B8混凝土的坍落度度18~243.2.2混凝土防渗墙的具体布置形式如下图所示：3.2.3混凝土防渗墙的施工3.2.3.1主要施工工艺（1）平整场地：根据现场已有资料特别是地下水位资料，确定最低施工平台高程进行场地平整，形成完整的施工现场。（2）测量放线：根据设计图纸测放出防渗墙施工轴线。（3）修筑混凝土导向槽：按施工方案修筑混凝土导向槽(关于槽的结构有木制、钢木混合式混凝土等形式，可根据实际条件合理确定)。（4）划分施工槽段：根据混凝土浇筑强度，合理划分施工槽段，选取施工方法。常用施工方法为二期槽段分期施工法，接头处套接0.6倍墙宽。另外还有分槽段连续施工法，接头处套接一钻，形成连续墙。槽段长度均应根据墙体深度、厚度，地质水文情况，泥浆护壁能力，以及混凝土浇筑速度来确定。(5)进行槽段施工3.2.3.2主要施工方法(1)根据划分的槽段长度，确定主孔钻孔数量、位置和副孔壁打长度(本方法一般不考虑采用孔内接碴斗)，按照先施工主孔、后劈打副孔的顺序施工。主孔采用十字圆形铸钢钻头依次施工主孔，然后用鼓形钻头将剩余土体劈打修平。形成槽孔后，用钻机上下拉动槽头刷清理槽壁至合乎规范要求。成槽必须做到：槽形规范、槽宽合格、槽底和槽壁没有探头石和小墙。对于砂砾石地层，优先利用当地粘土资源制作泥浆。泥浆可由粉碎的粘土加水搅拌后，放置在泥浆池中充分水化制成。也可边钻孔边填粘土造浆。在钻进过程中，钻碴通过立轴离心式泥浆泵不断送人孔底的循环泥浆带出槽口外，并及时从沉淀池中捞取堆存，根据碴样准确判断地层变化以指导施工。堆放的钻碴则可及时清运出场外，以保持施工现场通畅。按常规的施工方法，一般还应配置掏碴桶，在必要时掏抽槽底钻碴。使用钻机型号为C30，由钻头、机架、卷扬机三部分组成，钻头由5T慢速卷扬机牵引提升，钢丝绳自由悬挂，无动力下放，掘削的泥土混在泥浆中以正循环方式排出槽外。下钻应使吊索保持一定张力，引导钻头垂直成槽，下钻速度应取决于泥渣的排出能力及土质的软硬程度。(2)护壁泥浆制备工艺：采用自成泥浆护壁作业，只设沉淀池，泥浆池安泥浆泵一台排泥渣，泥浆池采用卧式双轴泥浆搅拌机，为满足使用要求，泥浆池的容积一般应为一个单元槽段挖掘量的1.5—2.0倍。泥浆应调至均匀，一般新配泥浆密度应控制在1.01—1.05t／m3，循环过程中泥浆控制在1.25—1.30t／m3之间，遇松散地层，泥浆密度可适当加大，浇筑混凝土时，槽内泥浆控制在1.15—1.25t／m3之间。在成槽过程中，要不断向槽内补充新泥浆，使其充满整个槽段。泥浆应保持高出地下水位0.5m以上，亦不应低于导墙顶面0.3m。在同一槽段钻进，遇到不同地质条件和土层，要注重调整泥浆的性能和配合比，以适应不同土质情况，防止塌方。(3)成槽验收：按设设计要求的的槽深施工工完毕，申申请验收。一一般的检验验指标为槽槽宽、槽深深、垂直度度。检验方方法：除在在水电工程程施工组织织设计中所所提到的采采用仪器测测量方法外外，比较简简单、而又又适合现场场使用的检检验方法就就是采用探探笼法。根根据槽段长长度、槽宽宽尺寸用合合适直径的的钢筋焊制制成矩形笼笼体。检验验时，利用用钻机吊起起探笼，下下入槽内至至槽底，应应达到笼体体上下自如如不挂槽壁壁，且轴线线偏差不超超标，方可可转入下一一道工序施施工。(4)清孔掏渣：清孔孔换浆，指指的是在混混凝土浇筑筑前，清除除槽内浆液液中悬浮的的钻碴和槽槽底的沉碴碴。正规的的方法是：：利用新鲜鲜合格浆液液，逐步置置换槽内带带浮碴的浆浆液，在置置换的同时时即可清出出浮碴。比比较适合施施工现场的的换浆方式式，则是直直接利用泥泥浆泵来循循环浆液，将将槽内浮碴碴和槽底沉沉碴带出槽槽外清出，直直至浆中已已无明显粒粒状碎屑。换换浆指标：：密度1.15—1.25t／m3，粘度25S—30S，含砂率率小于5—10％。比较较适合现场场控制的方方法，一般般是用比重重计直接测测量泥浆密密度，既方方便又简单单，故较常常使用。相相对于防渗渗墙的混凝凝土施工来来说，最主主要的是保保证混凝土土施工阶段段槽内浆液液的质量参参数不发生生变化，以以顺利完成成槽段浇筑筑。(5)每槽段内下入二二套导管，两两导管间距距不宜大于于3.0m，每根导导管距离槽槽头不宜大大于1.5m。如果防防渗墙设计计中有钢筋筋笼，则应应按规范加加工做钢筋筋笼，现场场拼装，下下入设计要要求的深度度并加以固固定。导管管的选用，应应与混凝土土浇筑强度度和混凝土土面上升速速度相匹配配。导管分节长度：：底节宜为为2500—40000mm，中中间节1000—20000mm，漏漏斗下配管管长度宜为为10000mm。另另外，还应应设置长度度小于10000mmm的调节管管。制作的的导管内径径一致，内内壁光滑圆圆顺。导管管安装应竖竖直，接头头连接紧密密不漏水。每每根导管均均应置于槽槽宽的1／2处，下端端高出槽底底0.4m。漏斗容容量须满足足开浇混凝凝土封底并并达到埋管管1.0m以上的要要求。漏斗斗容量不能能满足开浇浇量要求时时，必须增增设储料斗斗。按以往往的惯例，导导管中应设设隔水球，但但是近年来来的施工经经验，在不不加隔水球球的条件下下，更能保保证混凝土土开浇顺利利。因此，本本方法建议议：一般可可不考虑设设置隔水球球，而采用用漏斗底部部加装活板板的方法。此此法在实践践中多次运运用，从未未出现过开开浇不能顺顺利下料的的情况。（6）浇筑混凝土①混凝土配合比常规混凝土防渗渗墙混凝土土配合比均均以塑性混混凝土为主主，此配合合比适用于于地下防渗渗墙自流成成型施工柔柔性材料，它它具有极低低的弹性模模量、抗拉拉强度高、防防水抗渗性性能好等特特点，能适适应较大变变形。由于于它的这些些特性使得得塑性混凝凝土防渗墙墙在荷载作作用下墙内内应力值很很低，克服服了刚性混混凝土防渗渗墙易产生生裂缝的缺缺点。由于于低透水性性的粘土和和膨润土的的加入，使使混凝土具具有大的流流动、粘聚聚性(坍落度18—20cm，扩散度34—38cmm)，并使得得塑性混凝凝土的渗透透系数接近近甚至小于于刚性的渗渗透系数，且且有适当的的强度，可可以承受垂垂直方向的的压应力和和地下水的的渗透压力力。②混凝土浇浇筑

混凝土浇筑方案案需根据现现场具体条条件确定。a、拌和站站生产，汽汽车水平运运输，现场场搭设浇筑筑平台，汽汽车直接卸卸人储料斗斗；b、拌和站站生产，汽汽车水平运运输，现场场利用吊车车配料罐垂垂直运输卸卸人储料斗斗；c、条件许许可时，拌拌和机设在在现场的一一定高度上上，直接拌拌料送人储储料斗。建建议在有拌拌和系统的的条件下，优优先采用a、b方案。用用方案c施工，当当砼料不合合适时，难难以处理。

一个槽段混凝土土的首次灌灌注量，应应按导管埋埋人混凝土土内的深度度不小于1.0m计算。开开始浇筑时时，同时拉拉开(两组)储料斗活活门，混凝凝土料连续续进入漏斗斗并冲开漏漏斗活板，顺顺导管冲入入孔底。全全部储料进进入槽孔后后，连续进进行混凝土土浇筑作业业，混凝土土上升速度度不小于2m／h。

开浇后，立即测测量槽内混混凝土顶面面高程，核核对计算混混凝土量与与实际上升升高度是否否吻合。随随着槽内混混凝土面的的上升，以以后每隔30miin测量一次次混凝土面面的标高并并计算、核核对深度不不小于1.5m亦不大于6.0m。严防将将导管底口口提出混凝凝土面。混混凝土浇注注过程中，作作好导管拆拆卸及混凝凝土浇注记记录。浇筑筑过程中要要严格控制制混凝土坍落落度并按规规范及时抽抽取试样，制制作混凝土土试件，每每组样品不不少于3个试块。

浇注结束时，应应及时拔出出导管，清清理并冲洗洗干净导管管、漏斗、储储料斗等浇浇筑设备，以以备下一槽槽使用。3.2.4质量量保证措施施(1)槽段施工时时，钻孔的的孔位正确确，劈孔中中心线均在在同一轴线线上。无特特别地层条条件，单槽槽底面宜在在同一高程程上，便于于砼浇筑时时施工控制制。(2)Ⅱ期槽段套套接时，必必须校正轴轴线，保证证套接端的的最小墙厚厚满足规范范和设计要要求。(3)严格控制混凝土土的投料、拌拌和环节，确确保出口的的混凝土料料的质量指指标。实践践统计，混混凝土料的的坍落度、和和易性二项项指标直接接影响着水水下混凝土土浇筑的顺顺利与否。投投料称量要要准确，拌拌和时间宜宜长不宜短短，强制式式拌和机拌拌和时间>60S。

(4)水平运输车辆应应具备防漏漏浆条件，运运到现场的的混凝土料料，不应该该损失坍落落度。(5)浇筑强度宜尽量量提高，满满足槽内混混凝土