强透水地层防渗墙的预灌浆施工

九甸峡水利枢纽工程位于甘肃省临潭、卓泥两县交界处的洮河中游九甸峡峡谷进口处, 是以城乡供水及工业供水、生态环境用水为主, 兼有农业灌溉、发电、防洪、养殖等综合功能的大型水利枢纽工程。枢纽正常蓄水位2202.0m, 总库容9.43亿m3, 电站装机容量3 0 0 M W。

防渗墙处于河床段平趾板上游侧4m处, 防渗墙顶部高程为2074.3m。大坝防渗墙轴线处河道顺直, 河床狭窄, 河床宽35m~50m, 河谷左右岸陡峻, 河谷成不对称“V”型, 地形坡度80°~85°。覆盖层主要为冲积含块石砂卵砾石和冲积砂砾卵石, 0m~6m为冲积含块石砂砾卵石, 松散无胶结, 块径0.6m以上块石含量高, 渗透系数80m/d~150m/d;6m以下为冲积砂砾卵石, 局部有块径2m~3m孤石;基岩上部5m~6m孤石含量大且较为集中, 渗透系数30m/d~80m/d。基岩为巨厚状灰岩, 致密坚硬。

1 强透水地层预灌浆处理依据

九甸峡大坝坝址处于深覆盖层上, 其覆盖层深度为国内同类坝体所罕见, 深度达一百多米, 且渗透系数较大。主体施工前虽然进行了上下游围堰施工, 但是围堰的防渗处理效果并不是很理想, 渗水量较大。为了排除基坑中的大量渗水, 特别是防渗墙轴线下游侧的渗水, 在大坝基坑开挖及坝体填筑中, 在防渗墙附近修建了大型排水系统。防渗墙是整个防渗体系的关键部分, 因此建造出高质量大坝防渗墙就显得尤为重要。为了解决由于地层的渗水量过大和地下水流速过快而造成防渗墙施工中槽孔大规模坍塌的难题, 采用灌浆的办法对防渗墙附近的砂卵石地层进行预堵漏处理, 然后再造孔成槽。

2 预灌浆设计

2.1 设计概述

防渗墙轴线的上、下游侧各布置两排排距为0.5m、孔距为2.0m的灌浆孔。为了解决基岩中可能存在的承压水, 其中距防渗墙轴线较近的两排灌浆孔深入基岩2.0m;距防渗墙轴线较远的两排灌浆孔孔深10.0m~15.0m, 采用水泥或水泥膨润土浆, 自上而下, 孔口封闭, 分段循环钻灌的方法进行处理。

2.2 孔位

灌浆孔设为上下游各2排, 孔距2.0m, 排拒1.0m, 梅花型布孔。孔位布置图1。

2.3 钻孔编号

灌浆孔应统一编号, 其编号形式如:G1表示预灌浆下游第一排、G2表示预灌浆下游第二排、G3表示预灌浆上游第二排、G4表示预灌浆上游第一排。“Ⅰ”表示一序孔、“Ⅱ”表示二序孔。阿拉伯数字“1、2、3……”表示钻孔号。

孔号由左岸至右岸依次从小到大排列。

2.4 终孔深度

上、下游外侧排各灌浆孔终孔深度根据终孔段注入浆量和灌浆压力情况, 原则上控制在孔深10m~15m;各内侧排灌浆孔终孔要深入基岩不小于0.1m。

3 预灌浆的施工

3.1 施工顺序

施工顺序按照逐渐加密原则, 以防渗墙轴线为中心线, 先两侧排后中间排, 各排内按照先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔的顺序进行施工。相邻两孔施工时, 后序孔应滞后前序孔两段以上。

3.2 施工方法

预灌浆施工采用小孔径钻孔, 孔口卡塞封闭、自上而下、纯压式灌浆法, 阻浆塞阻塞在孔口管底部以上20cm。

3.2.1 钻孔

本工程采用XY-2地质钻机、金刚石钻头钻孔, 钻孔孔径不小于Φ56mm, 孔位偏差不应大于20cm, 孔斜率不大于5%。

3.2.2 水泥浆液制备

灌浆浆液采用三级浆液配比下表, 由稀一级开灌, 逐级变浓。

3.2.3 灌浆

(1) 灌浆机具配置。

灌浆泵:本工程灌浆泵选用3SNS型灌浆泵。

灌浆塞:本次灌浆施工采用Φ76mm丝杠挤压塞进行孔口封闭。

(2) 灌浆分段。

灌浆孔段长原则为2m, 特殊情况下可适当缩短或加长, 但最大段长不得大于6m。

(3) 灌浆方法。

一般作单孔灌注。在保证正常供浆前提下, 也可采用并联灌浆, 但每组并联孔数不宜超过2孔, 严禁串联灌注。

各段灌浆应阻塞在孔口管底部以上0.2m~0.5m左右, 阻塞不住时, 可调整灌浆塞位置, 应保证射浆管距孔底不超过0.5m。

各段灌浆结束后不待凝即可进行下一段的钻灌作业。

(4) 灌浆压力。

灌浆压力为0.05MPa~0.3MPa。具体操作时, 以起始压力为基准, 按每0.05MPa为一级升至设计 (目标) 灌浆压力。

并联灌浆时, 应分别控制灌浆压力。

(5) 浆液变换。

(1) 本工程灌浆采用水胶比 (重量比) 采用2:1、1:1、0.7:1等3个比级, 开灌水灰比一般采用2:1。 (2) 灌浆过程中, 如灌浆压力保持不变, 注入率持续减小, 或当注入率不变而灌浆压力持续升高, 不得改变浆液水灰比。当某一级水灰比浆液的单孔注入量达300L以上、群孔达600L~1200L以上或灌注时间已达1h以上、而灌浆压力或注入率均无改变或改变不显著时, 应改浓一级水灰比的浆液灌注。 (3) 当注入率大于30L/min时, 视具体情况可越级变浓浆液水灰比。 (4) 灌浆前、浆液变换时、灌浆结束时均应测量浆液密度, 灌浆过程中亦每隔15min~30min测量一次浆液密度, 并做相应地记录。

(6) 灌浆结束标准。

在设计灌浆压力下, 当灌浆孔段注入率不大于10.0L/min时即可结束灌浆作业。

灌浆过程中如发现回浆变浓, 或该灌浆段单位注入胶凝材料量达到1.0t/m时即可结束灌浆作业。

(7) 封孔。

全孔灌浆结束后应接着进行灌浆封孔。灌浆封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”。

(8) 特殊情况处理。

(1) 灌浆过程中如地表发生冒 (漏) 浆现象时, 根据冒 (漏) 浆的大小, 采用下述方法处理:如冒浆较小, 可不作专门处理, 按正常灌浆方式灌注达到灌浆结束标准;如冒浆量较大, 采用低压、浓浆、限流、间歇灌注等方法处理, 必要时采取地表封堵方法处理。为了保证灌浆质量, 原则上不得采取待凝复灌措施。

(2) 钻灌过程中如发现灌浆孔串通时按下述方法处理。

如串通孔具备灌浆条件时:在满足设计压力和正常供浆的前提下, 可将串通孔并联灌注, 但应分别控制灌浆压力, 同时并联孔数不宜超过2个;串通孔的串通量相差悬殊时, 应单机同时灌注, 并分别控制灌浆压力。

如串通孔不具备灌浆条件时:串通孔正在钻进应立即停钻;串浆量较小时, 可在灌浆同时, 在被串孔内注入清水, 使水泥浆液不致充填孔内;串浆量较大时, 应阻塞串浆孔, 继续对灌浆孔继续进行灌浆, 灌浆结束后应立即将串通孔内的阻塞器取出, 并扫孔进行灌浆。

(3) 对孔口有涌水的孔段, 灌前应测计涌水压力和涌水量, 根据涌水情况, 可按下述措施综合处理:缩短灌浆段长, 对涌水段进行灌浆处理;相应提高灌浆压力, 具体可按设计灌浆压力+涌水压力控制;灌浆结束后进行屏浆处理, 屏浆时间不少于1h;闭浆;闭浆结束后待凝48h;必要时可在浆液中掺加适量的速凝剂。

4 预灌浆的质量控制

(1) 灌浆工程系隐蔽工程, 对从事施工的人员必须进行技术培训, 在施工前组织专业工程师将工程的有关技术要求进行详细讲解, 提高全员的质量意识以及对本工程施工任务的熟悉程度。未经技术培训和考核不合格的人员, 不得从事重要工序的操作。

(2) 灌浆材料要满足质量要求, 不准使用不合格材料, 各种材料必须具备出厂合格证或检验报告单。

(3) 从工艺和工序上把关, 从放样、钻孔到灌浆封孔, 严格控制各道工序的质量, 做到预防为主, 纠正为辅的质量管理体系。

(4) 钻孔过程中, 应严格掌握孔位、孔向、孔深, 发现孔编及时采取措施纠偏;灌浆过程中, 严格掌握浆液比重, 灌浆压力, 灌浆及待凝时间。

(5) 经常对设备进行检修和维护, 使其始终处于良好的工作状态, 保证施工过程的连续性。

5 结语

在后续防渗墙施工中, 预灌浆所处理过的槽段均未出现大的塌孔、漏浆现象。这充分验证了预灌浆的堵漏效果, 同时也说明了在有动水条件下的地层中建造防渗墙所进行预灌浆处理的必要性和重要性。

对大型水利水电工程来说, 在强透水层中建造防渗墙是一个特殊的课题, 要不断积累施工经验, 加大技术创新, 对新的施工工艺进行推广应用, 以取得良好的技术经济效益。

摘要：介绍了甘肃省九甸峡水利枢纽大坝防渗墙预灌浆的施工和质量控制过程。

关键词：九甸峡水利枢纽,防渗墙,预灌浆,施工,质量控制