防渗灌浆在水利水电工程中的应用

谭会平 沈国亮

摘要:防渗灌浆是一项技术含量较高的隐蔽性工程施工,在大坝帷幕灌浆的整个施工过程中,应严格按照施工组织设计及监理人要求施工。文章通过对防渗灌浆地基处理在水利水电工程中的应用研究,针对项目实际情况,选择更合理、更适用、更有效的地基处理参数和工艺,从工期、投资、质量上达到最佳效果。

关键词:防渗灌浆;水利水电工程;大坝帷幕灌浆;灌浆工艺

中图分类号:TV543文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0041-02

一、灌浆的概念

灌浆(Grouting),就是将某种具有流动性和胶凝性的浆液,按一定的配比要求,通过钻孔用灌浆设备压入建筑物或其基础部分缝隙中的措施。灌浆又称注浆,其实质是使浆液在被灌载体中渗透、扩散、充塞,经一定时间后凝固和硬化,从而达到加固载体和抗渗防水的目的。

二、灌浆的作用

充填作用:浆液凝成的结石将地层空隙充填起来,可以阻止水流通过,提高地层的密实性。

压密作用:在浆液被压入的过程中,将对地层产生挤压,从而使那些无法进入浆液的细小裂隙和孔隙受到压缩或挤密,使地层密实性和力学性能都得到提高。

粘合作用:某些浆液的胶凝性质可以使己经脱松的岩块、建筑物裂缝等充填并粘合在一起,使其联合承载能力得到改善。

固化作用:某些浆材(例如水泥和某些化灌材料)可与地层中的粘土等松软物质发生化学反应,将其凝固成坚固的“类岩体”。

三、防渗灌浆在水利水电工程中的应用试验

(一)灌浆工艺

本次灌浆试验是根据某电站上水库地层岩性、地质条件的实际情况和国内已建工程的实践,采用孔口封闭、孔内循环、自上而下的分段灌浆法灌浆,采用这种方法,孔内不需要下入灌浆塞,施工简便,节省工时;每段灌浆结束后,不需待凝,即可开始下一段的钻孔,加快了进度;同时上部孔段可得到多次重复灌注,对提高灌浆质量非常有利。在石灰岩溶地区采用孔口封闭法灌浆,可以加大灌浆压力,使溶洞内的充填物挤压的更密实,大大提高了溶洞充填物的抗渗性能和稳定性。帷幕灌浆孔先施工下游排孔,后施工上游排孔,按分序原则逐次序进行施工,先施工Ⅰ序孔,然后施工Ⅱ序孔,最后施工Ⅲ序孔。

(二)钻孔

本次灌浆试验钻孔采用XY-2B型回转式钻机,金钢石钻头钻进,物探孔孔径为φ75mm,抬动观测孔孔径为φ59mm,灌浆孔孔口管段孔径为φ91mm,以下各段孔径为φ59mm。各试验孔在钻进过程中要严格控制偏斜,已终孔各孔的孔底偏差均满足设计的有关规定。

(三)孔口管施工

钻孔钻至入基岩2至2.5m灌浆结束,置入一根Φ89mm钢管,钢管高出孔口约10cm,并有丝扣。向孔内注入0.5:1的水泥浆,待孔口管与孔壁之间返出同一浓度水泥浆时,导正孔口管,待凝72小时后,始钻灌第二段。由于孔口管镶注完毕后,需待凝一段时间,对孔口段采取不分序同时进行施工。因孔口管是孔口封闭灌浆施工的必要条件和关键工序,灌浆压力大,故要求孔口管必须镶铸牢固,孔口管埋入岩石中的深度,当灌浆最大压力大于5MPa时,孔口管埋入岩石中的深度不小于2m。

(四)洗孔及裂隙冲洗

灌浆孔(段)在灌浆前进行钻孔冲洗,冲洗方法为由导管向孔底通入大流量水流,污水自孔口返出,直到回水变清,孔内残存杂质沉积厚度小于20cm后,结束洗孔。洗孔可结合裂隙冲洗同时进行。

灌浆孔(段)在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗,直至回水清净为止,裂隙冲洗压力初步定为1MPa,在试验中根据实际情况进行调整。并对冲洗方法(大漏失量段除外)进行了对比试验:下游排Ⅰ序孔采用高压脉动冲洗法,Ⅱ、Ⅲ序孔采用高压冲洗法。观察7个孔的冲洗效果,两者均能满足灌浆要求,因高压冲洗比较方便,施工中易于操作,建议采用高压冲洗的方法进行裂隙冲洗。

(五)压水试验

在灌前首先按规范要求进行简易压水,压力为该段灌浆压力的80%且不大于1MPa。在取得数据后,再按能达到的压力值进行压水,最大按2MPa控制,并记录数据。

先导孔(即物探孔)压水试验采用单点法压水。压水试验成果按DL/T5148-2001“灌规”附录A的规定计算,以透水率表示。在取得数据后,按能达到的压力值进行单点法压水,最大按2MPa控制,并记录数据。

其它排孔各段在灌浆试验中按确定的最大设计灌浆压力灌注。第五段及以下各段段长采用5.0m,遇溶洞为空洞时应停止钻进进行灌浆,遇充填型溶洞等特殊情况缩短灌浆段段长为2.0m。最后一段可适当加长但不大于8.0m。灌浆浆液遵循由稀变浓、逐级改变的原则。水泥浆水灰比按5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六个比级进行试验,开灌水灰比一般采用5:1,可根据浆液注入情况进行调整,调整原则为:注入率10～20L/min,开灌水灰比采用3:1;注入率20～30L/min,开灌水灰比采用2:1;注入率30～40L/min,开灌水灰比采用1:1;注入率大于40L/min,开灌水灰比采用0.8:1;注入率大于50L/min时,采用0.5:1。

当遇到较大型溶蚀空洞或其它注入量较大地层段时,选用水泥砂浆(水泥:砂:水=1:1:0.6、1:0.5:1两种配比)、碎石(下转第19页)(上接第41页)填充、泵送高流态混凝土等方法进行处理。

灌浆试验浆液变换标准:(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持续升高时,不得改变水灰比;(2)当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min,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30L/min时,可根据具体情况越级变浓。

灌浆过程中,灌浆压力的大小应根据浆液注入率的大小进行控制,并在试验中根据实际情况进行适当调整。

四、帷幕灌浆的防渗标准

在灌浆帷幕设计时,确定防渗标准是首要一环。只有确定了防渗标准,才能确定帷幕灌浆的必要性和灌浆范围。

我国1978年颁发的《混凝土重力坝设计规范》(试行)中规定:在防渗帷幕体内,岩体的透水性根据不同坝高应降低到下列单位吸水量(ω)值:

低坝(坝高小于30m)ω<3～5Lu;

中坝(坝高等于30～70m)ω=1～3Lu;

高坝(坝高大于70m)ω<1Lu。

实际上,在国内执行的并不统一。有的因工程地质条件的特殊性,将防渗标准提高了,有的则将上述标准降低了。

五、结论

防渗灌浆地华处理方式投资少、通用性强、效果好、施工干扰较少、工期质量有保证,在水利水电行业得到了广泛应用。

参考文献

[1]李忠民.化学灌浆在水电工程裂缝处理中的应用[J].陕西水利,2008,(S2).

[2]李忠民.化学灌浆在水电工程混凝土裂缝处理中的应用[J].水利水电施工,2008,(2).

[3]杨位本.水利水电工程灌浆施工质量问题分析[J].建材与装饰(下旬刊),2007,(10).

[4]林志平.议灌浆施工在水利水电工程中的应用[J].广东科技,2007,(11).

[5]邹刚.水利水电工程灌浆施工控制过程研究[J].四川水力发电,2006,(5).

[6]李志成.GIN灌浆法及在我国大型水电开发中的应用[J].西部探矿工程,2006,(8).