高堰沟水库大坝心墙高压摆喷防渗整治方案

高堰沟水库大坝心墙高压摆喷防渗整治方案

1坝体高压摆喷防渗设计方案高沟水库位于四川省攀枝花市盐边县新九乡石作村，位于金沙江上游，即石作河的中、下段。原有水库枢纽工程经两次建设完成,始建于1976年,完工于1982年,为粘土斜心墙石碴坝,坝高42.6m,正常蓄水库容529.7万m3,总库容690万m3。高堰沟水库复建工程于2001年12月动工,大坝采用粘土斜墙石碴加高7m,加高后最大坝高49.6m(即至1618m高程),坝顶长385.409m,坝顶宽7m,坝顶防浪墙高1.0m。在坝体基础开挖中发现有两条集中渗漏带,范围大,出水点高,直接威胁到大坝安全。经省水利厅领导和专家们反复研究,对大坝坝体提出了高压摆喷防渗设计方案。为此,设计部门根据取样检查的试验成果,提出如下防渗整治方案:(1)摆喷孔轴线在新坝轴线上游,相距30.5m;(2)摆喷平台高程1604m;(3)孔距1.3m,单排布孔;(4)孔深至1585m高程;(5)施工参数:高喷水压35MPa,气压0.4MPa,提升速度(8～10)cm/min,摆角20°～30°(桩号0+033.8m～054.2m段为30°,其余为20°);(6)孔向:90°直孔。2新坝沿线上游方法与进度为论证高压摆喷在高堰沟水库大坝心墙中的可靠性,推荐合理的工艺参数、造孔方法和进度,于2003年3月6日～24日在新坝轴线上游27.6m处作了三组试验。共计完成钻孔10个131.63m,喷灌127.63m,耗用水泥81660kg,平均单耗640kg/m,试验结果达到了预期目的。2.1摆喷孔的布置在距新坝轴线上游27.6m,桩号0+214m～0+220m段共布了5个摆喷孔,孔距1.3m和1.6m两组,孔深至高程1587m。同时在以桩号0+027.6m、0+211.45m为中心,按1.5m孔距布置了一组围井试验孔,孔深至高程1603m。2.2喷灌材料采用金沙水泥厂生产的P032.5R新鲜无结专水泥。2.3施工过程定孔→钻机就位→钻孔→钻机移开→喷塔就位→试喷→下喷杆→拨套管→静灌→喷灌→孔口回填→喷塔移开→机具清洗。2.4造孔时,孔多为孔,导致被发现未拨起补救剂坝壳料采用跟管掏心的循环式法造孔,粘土采用回转钻孔,实测孔位偏差小于5cm,孔斜小于1.5%。在钻试验2#和5#孔时,由于没有摸索出造孔方法,采用了传统的跟管掏心直接将套管全部打入孔底,结果造成了该两孔套管无法拨起,重新在旁边钻孔补救。围井孔深5.0m,斜墙上摆喷孔深21.0m。2.5围井中心封底采用三重管法进行喷灌。围井周围的4个孔及心墙上的孔全为摆喷,围井中心在底部旋喷1.0m封底。该孔喷灌完后,将一根1.2m长ϕ127mm的套管预埋入孔内0.5m,上部0.7m作为附加水头。试验喷灌参数见表1。2.6试验孔井高堰沟水库摆喷试验从2003年3月6日～24日,共计完成试验孔10个。其中围井5个,心墙摆喷5个,钻孔井尺131.63m,喷灌进尺127.63m。耗用水泥81660kg,平均单耗640kg/m。喷灌成果见表2。3游泳试验的效果3.1挖掘和检查高喷试验结束一周后,进行了开挖直观检查。3.1.1地层结构疏密人工围井开挖,挖深2.6m。0～2m为坝壳料(砂料)混凝土墙体,2.0m～2.6m为粘土和水泥浆形成的混凝土墙体。围井四周墙体搭接完好,板墙连续致密,板墙最小厚度0.25m,最大厚度0.5m。围井1#孔板墙从上至下不规则,厚薄不均,表明地层结构疏密不一、差异性较大。围井3#孔形成的板墙规则均一,表明该处地层结构一致。3.1.2孔间板墙搭接用挖掘机在板墙下游开挖,挖深4.5m,0～2.0m为坝壳料混凝土板墙,2m～4.5m为粘土泥浆板墙。由于是机挖,板墙上部遭到破坏,局部被拉裂,试验1#孔顶部板墙已被挖掉。从整个板墙断面看,试验1#和2#、试验2#和3#孔间的板墙没有搭接好,只有试验3#和4#孔、试验4#和5#孔间的板墙搭接良好,自上而下连续致密。摆喷在坝壳料内的最小喷射半径为0.65m,在粘土内的最小喷射半径为0.6m,最小厚度为0.25m,最大厚度为0.45m。试验1#和2#、试验2#和3#孔间板墙未搭接的原因有三:一是1#孔在喷至距孔口6.0m时,电压太低,降低了喷射水压和气压:二是2#孔由于套管拨不出来,重新在上游侧补钻了一个孔进行旋喷;三是孔距1.6m偏大。3.2注水试验3.2.1渗透系数k喷灌前围井处钻孔1个,孔深4.0m,孔径91mm,注水水头2.0m,稳定流量1.3L/min,其渗透系数K=2.1×10-4cm/s。3.2.2孔口的注浆、待凝围井5个孔喷灌完成后1天,在W5#孔处用130mm钻具钻孔,孔深4.3m,冲洗干净后预埋一根ϕ127mm套管,埋入孔内0.5m,上部0.7m作为附加水头,待凝2天后作注水试验。每5分钟读一次注水量,共读数6个,稳定流量为0.03L/min,渗透系数K=3.24×10-5cm/s。3.3岩芯抗压强度试验高喷试验结束28天后,在围井板墙上钻孔,按孔深1.5m～1.8m、1.9m～2.3m、3.3m～3.6m三处取出岩芯,送水电十局中心试验室进行了5组抗压强度试验。平均抗压强度为11.3MPa,其中最低的5.2MPa,最高的17.2MPa。3.4墙体抗压强度(1)高堰沟水库大坝心墙采用高压摆喷防渗,渗透系数达到3.24×10-5cm/s,仅为2.1×10-4cm/s的15.4%;墙体平均抗压强度11.3MPa;最低可达5.2MPa,具有一定的抗冲能力。(2)造孔方法:坝壳料采用冲击跟管掏心循环钻孔法,粘土采用回转钻孔法,单台高喷设备日施工强度可达60m～80m。(3)喷灌参数:水压32MPa,气压0.4MPa,水灰比1:1～0.8:1,摆角20°,提升速度(6～12)cm/min。(4)建议:摆喷孔距1.2m。4高压喷射施工4.1孔坝壳料采用跟管掏心的循环法造孔,粘土采用合金钻头回转钻进,孔径ϕ127mm,孔位偏差≯5,孔斜≯1%。(1)布置孔在新坝轴线上游30.5m处,布置一排,孔距均为1.3m。(2)孔深至1585m高程,即孔深19m。4.2喷灌采用三重管自下而上喷灌,参数详见表3。4.3特殊情况下4.3.1孔射跨造成下孔因高喷未跳孔施工,在喷前一孔时,高压水将下一孔射跨,造成下一孔喷灌时普遍存在喷杆下不了孔底。采取在喷头下面接一无心钻头,用高喷转盘钻至孔底,同时辅以高压水和风冲击,喷灌效果更理想。4.3.2喷杆入孔内喷灌在喷灌过程中,遇喷杆堵塞,可将喷杆提出孔口,喷杆被冲通后再下入孔内喷灌。再次下入喷杆的深度与下部喷灌后的墙体搭接长度至少50cm。4.4高压摆喷孔系统在大坝0+033.8m～0+350.6m段,高喷灌浆从2003年4月18日开始至7月16日止,共计完成高压摆喷孔261个,钻孔进尺4849.52m,喷灌进尺4794.52m,耗用水泥2353.95t,平均单耗491kg/m。施工喷灌成果见表4。5质量分析5.1日加工墙板墙取芯试验高压摆喷浆完成28天后,在高喷墙0+033.8m+035.6m段共布置检查孔15个。其中,高喷墙上布置12个,在以高喷墙为底边的等边三角形围井中心布置3个。等边三角形围井向上游围,边长1.3m,围井中心底部封底1.0m,上部作为注水试验。各检查孔成果见表5。从表5中看出,高喷墙和围井检查孔,其注水试验K值均达到10-6cm/s,达到了设计要求;钻孔取芯自上而下均能取出水泥结石,虽取芯率较低,但从钻孔返水颜色为灰黑色来看,板墙从上而下都是连续的。取芯率低的原因主要是板墙厚薄不一,强度高低不一造成的;高喷墙的强度通过J6#孔芯样强度试验:最高18.9MPa,最低5.1Mpa,能满足不小于5.0Mpa的要求。5.2高喷墙体的形成为直观检查高喷墙的效果,在高喷墙0+092.4m～0+090.2m段墙体的下游,喷一个2.3×2.0m的方形围井,喷灌下游三方与原高喷墙形成方形围井,以保证开挖板墙的安全。下游三方喷灌深度8.0m.围井形成一个月后对该段板墙进行了开挖,探深6.0m,从板墙断面显示,0～3.8m为