下游土石围堰论文（精选5篇）
下游土石围堰论文 篇1
1 概述
广西桥巩水电站工程是红水河规划的第九个梯级电站,坝址位于广西来宾市迁江镇清水河口以上约3 km的红水河上。
桥巩水电站是一座以发电为主,兼有航运、灌溉等综合利用效益的水利枢纽,总装机容量为8×57 MW。该工程属二等工程,工程规模为大(2)型。电站枢纽主要由拦河坝(右岸闸检室、泄水闸坝)、河床式厂房、船闸、左岸重力坝、左岸接工的施工方案。二期土石围堰位于右岸,由上、下横向围堰与一期纵向碾压混凝土围堰联合挡水。
下游横向围堰为不过水土石围堰,围堰轴线长约150.00m,堰顶设计高程为74.80 m,堰顶顶宽8.00 m。防渗墙轴线与围堰轴线重合。堰芯填筑采用土夹石混合料,填筑时要求控制石碴最大粒径d≤200 mm;堰体填筑采用石碴材料。围堰填筑至66.20 m高程后先进行高压旋喷防渗施工,待围堰闭气并抽干水后采用中间填筑黏土心及利用基坑开挖料对围堰进行加高。二期下游土石围堰典型断面如图1所示。
下游土石围堰地址原河床深、覆盖层较厚,左右岸岩石裂隙发育,存在着较多溶洞溶沟,且大部分呈反漏斗状。在围堰左接头,存在着大量一期施工时堆积的松散碴体及大块石;右岸进占时由于落差较大,致使填筑的土夹石混合体材料分离严重,这些都给防渗施工带来了困难,直接影响防渗效果。
围堰于2007年11月20日填筑至67.20 m高程,由于工期紧等原因,填筑过程中没能很好地控制填筑材料的粒径,也没按要求进行相应的碾压。土夹石混合体级配差、粒径大,还存在较多大块石。堰体空隙大、结构松散、透水性强。
2007年11月23日至2007年12月22日按设计图纸要求在围堰轴线上进行单排高压旋喷灌浆施工。在灌浆施工中耗浆量非常大,且大部分孔口无浆液返出,高喷墙体还存在空隙。2007年12月23日进行试抽水,证实防渗体仍存在着漏洞和缺陷。因此,于2007年12月24日停止试抽,经过有关部门在现场分析讨论后,将防渗处理方案调整为采用高喷灌浆、静压灌浆和膏浆堵漏相结合的施工方式。
围堰防渗堵漏施工自2007年11月23日至2008年1月12日,累计完成高喷灌浆为4 002.50 m,静压灌浆为2 125.70 m,膏浆堵漏为456.00 m,防渗堵漏灌浆共耗水泥为3 804.700t。
2 围堰防渗堵漏施工设计
2.1 高喷防渗方案
围堰堰顶设计高程为74.80 m,高喷施工平台高程为67.20 m。围堰防渗范围从高程为67.20 m至基岩以下1.00 m。高喷孔布置为直线形布置,最大孔深约37.0 m,最小孔深约13.0 m。施工过程中在原设计单排高喷孔的下游侧0.30 m处增加第二排高喷灌浆孔。
高喷灌浆采用三管法旋喷,孔距为1.0 m,施工可以分段进行,每段分Ⅰ、Ⅱ序孔进行施工。钻孔采用MD-80冲击钻机,钻孔孔径为130mm,采用Φ127 mm钢套管跟进。
2.2 静压灌浆防渗方案
根据试抽水结果及现场实际情况,设计调整为在第一排高喷灌浆孔轴线上增加静压灌浆。孔距为1.0 m,分布在高喷孔位之间,静压灌浆孔深与高喷孔深度一致。但在左右岸、龙口段及空隙大、结构松散、透水性强的部位根据现场进行适当调整,采用加密孔进行处理。
静压灌浆分二序施工,在相应部位高喷孔施工完毕后进行,对高喷灌浆起补强作用。钻孔采用MD-80冲击钻机,钻孔孔径为130mm,采用Φ127mm钢套管跟进。
2.3 膏浆堵漏灌浆方案
由于高喷灌浆喷杆是按照一定的提升速度提升喷射施工,浆液密度相对较小,容易被水流带出冲走,在一定时间内喷射出的水泥浆量无法有效充填围堰体的空隙;而静压灌浆由于采用孔口开敞法,灌浆压力不大,对空隙不大、流速较小,渗径不长的孔段效果比较好。但在遇到大漏水通道,架空严重的部位,灌浆浆液容易被水流带出,浪费大量的水泥,尤其是动水下凝结时间需要几个小时以上,甚至出现假凝或不凝现象,灌浆效果不明显。
随着施工情况的变化,高喷灌浆、静压灌浆已经不能满足二期下游土石围堰防渗漏水施工的需要。针对高喷、静压灌浆施工中已查明的吸浆量大的地段,进占段、龙口段、深槽地段、大块石架空严重孔段等漏水通道,采用水泥膏浆进行针对性堵漏灌注。
堵漏灌浆高程从67.2 m至基岩以下1.0 m。钻孔采用MD-80冲击钻机,钻孔孔径为130 mm,采用Φ127 mm钢套管跟进。
3 高喷灌浆施工方法
3.1 施工工艺流程
高喷施工工艺流程为:场地平整压实→孔位放样、钻机就位→校核角度、造孔→测斜→下PVC护管、起拔套管→高喷台车就位→试喷、下喷杆→静喷、提升喷浆→孔口静喷、回灌、封孔→高喷台车移位。
3.2 孔位放样
现场经过测量定出控制点再用皮尺按施工图纸要求放出孔位,孔距为1.0 m,孔位中心误差≤5 cm,孔位应在同一轴线上。
3.3 钻孔
钻孔开孔高程为67.20 m。钻机移机就位,钻机调平固定,先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔。采用MD-80冲击钻机钻孔,钻孔孔径为130 mm,采用Φ127 mm钢套管跟进。钻进过程中严格控制钻孔偏斜,保证成孔偏斜率小于1.0%。钻进过程中遇到大石及地层变化或漏水通道等特殊情况做好详细记录。
钻孔终孔验收合格后,下入Φ80 mm×1.5 mm PVC护管,然后利用液压拔管机起拔套管。PVC底部及接头套接处用塑料封口胶包扎密封。
3.4 高喷灌浆
高喷灌浆设备采用步履HT-50型高喷台车和3S2-62 MPa型清水高压泵。喷射管直径为76 mm,采用高强螺栓连接,连接处加放细麻绳密封。
高喷灌浆采用P0.42.5水泥,采用三重管灌浆工艺,分两序进行。浆液水灰比为0.8:1,高喷灌浆的主要技术参数见表1。
台车就位后,调整台车的4个支腿,确保台车机架水平、桅杆垂直及喷具正对孔位中心。
喷具组装完毕后在地面进行试喷。风、水、浆管路畅通,无异常后可结束试喷,保护好喷嘴,将喷射管下入到PVC护管内。当喷射管下放到设计深度后,在现场技术人员的指导下,送入符合要求的风、水、浆,喷射1～3 min,待注入的浆液冒出地面后(如果孔口无浆液冒出,则需要静喷20 min),按预定的提升速度、转速,自下而上边喷射、边旋转动、边提升。喷射管分段提升的搭接长度不小于20 cm,直到设计高度后停止送气、浆,提出喷射管。
施工过程中风、水、浆均连续输送,喷射作业不得停喷或中断。三重管机具试运行时的高压水泵泵压保持为(35～40)±2 MPa,空压机风压保持为0.7～0.8 MPa,泥浆泵泵压保持为0.2～0.3 MPa,同轴喷射。喷射灌浆开始后,现场值班技术员、质检员必须经常检查和监测高喷泵的压力、浆液流量、气量、空压机的风压及旋转速度、提升速度等各项施工技术参数是否符合设计要求,定期测试水泥浆液密度,当施工中浆液密度超出指标时,应立即停止喷注,并调整至上述正常范围后,方可继续喷射。当冒浆量超过注浆量20%或完全不冒浆时,应按规定及时进行处理,并且随时做好记录。喷射结束后,在喷射孔内进行静压充填灌浆,直至孔口浆面不再析水下沉。
3.5 特殊情况处理
(1)高喷过程中,上、下游存在水位差时,在浆液中加入适量的速凝剂。因故障造成喷射中断时,应尽快排除故障恢复喷射;在恢复喷射时,必须将喷管下放100 cm进行复喷。停机超过3 h,应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。
(2)孔内出现漏浆情况时,应立即停止提升喷具,采取加浓浆液比重、孔口灌浆、孔口填粗砂等方法处理。如果遇到大的漏水及其他特殊情况,将采用静压灌浆或膏浆进行堵漏处理。
(3)风、水、浆摆动装置中的任何一项出现故障时,应立即停止提升喷具,采取有效措施在最短时间内清除故障,并记录好中断时间和深度,重新恢复施工前,应将喷杆下放100 cm,采取重叠搭接喷射处理后方可继续提升喷灌。
(4)喷灌过程中遇到孤石的上、下界面时(根据钻孔资料记录),应进行静喷处理,且周围孔在相应孔深段必须降低提升速度,使架空地层全部充填密实,孔口返浆符合要求后才能恢复喷具提升。
(5)为了防止喷射管被埋,采用间隔提升的方法(即全参数切割地层→静喷→全参数切割地层),待返浆后将风、水、浆等参数调整至正常值。
4 静压灌浆施工方法
4.1 施工工艺流程
静压灌浆钻孔自上而下一次性钻至设计孔底高程,终孔后将灌浆工作管下至离孔底50 cm后,一边灌注一边提升工作管。工作管采用Φ20 mm PVC管,在管底1.0 m内开Φ6 mm小孔,孔距为15 cm,孔位交错布置。注浆直至钻孔不吸浆且孔口返浆,确保孔内浆液不再下沉为止。
施工工艺流程为:孔位放样→钻孔(套管跟进)→下工作管→拔套管→浆液搅拌→灌浆→封孔→质量检查。
4.2 孔位放样
孔位按设计图纸由专业测量人员用全站仪放出主要控制点孔位及开孔高程,再结合人工用皮尺或钢卷尺放出其余孔位,孔位偏差≤5 cm。
4.3 钻孔
先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔,可分段、间隔施工。钻孔开孔高程为67.20 m,钻孔选用速度快、成孔率高的MD-80风动冲击钻机,孔径为130 mm。由于围堰堰体主要为土夹石混合料填筑,钻进难以成孔,钻孔中采用Φ127 mm钢套管跟进。钻进过程中严格控制钻孔偏斜,保证成孔偏斜率<1.0%。钻进过程中遇到孤石及地层变化或特殊情况作好详细记录。
钻孔终孔验收合格后,采用孔径小的PVC塑料管作为工作管,下至孔内,利用液压拔管机起拔套管。
4.4 静压灌浆
灌浆采用孔内注浆法。采用P.0 42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.5:1,必要时加入速凝剂。结束标准为孔口返浆。
浆液采用高速拌和桶进行搅拌。高压灌浆管连接PVC工作管后,用BW250/5灌浆泵进行灌注。重点灌注空隙大、吸浆量多的部位。对于灌入量太大的孔段,控制在1.0 t/m左右待凝后复灌,直至达到上述结束标准,确保孔内浆液不再下沉。
灌浆过程中遇到大漏水通道的部位,浆液流失严重,则停止静压灌浆,待凝后重新钻孔至漏水高程,进行膏浆堵漏灌浆。
5 膏浆堵漏施工方法
5.1 施工工艺流程
膏浆灌浆施工工艺流程为:钻孔→安装盖头→膏浆灌注第一段→达到结束标准后,向上拔套管0.5 m→达到结束标准后,向上拔套管0.5 m……→灌注最上一段→封孔→下一孔。
5.2 布置孔位
分析已完成的高喷、静压灌浆资料或通过漏水做联通试验,对灌浆薄弱、土石料架空严重及还存在着漏水通道的部位布孔进行膏浆堵漏施工。
5.3 钻孔
采用MD-80风动冲击钻机钻孔,孔径为130 mm,采用Φ127 mm钢套管跟进,根据设计要求,钻孔以进入基岩1.00 m为标准,或根据需要钻至漏水部位高程。
5.4 膏浆堵漏
膏浆灌注设备采用YCJ315A单螺杆泵膏浆泵,制浆采用强制式混凝土JS501拌和桶。灌浆利用Φ80mm厚壁塑料管作为注浆管,深入孔内至距孔低0.5m或漏水部位高程处。采用Φ80 mm高压钢丝管作送浆管,灌浆压力为0.5～1.0 MPa,膏浆搅拌均匀后加入速凝剂,2 min后灌注。孔段不吸浆后结束灌浆。灌浆过程中,为确保浆体稠度及灌浆效果,总管路不长于25.0 m。灌浆过程中,注观察漏浆情况,调整适合的配比,确保外漏量小于5%。
膏浆主要材料有水泥、膨润土、水玻璃、外加剂溶液。按一定配比进行调配,保证膏浆在水下短时间内凝固,不容易被水流带走,且形成较为坚固密实的水泥结石。
(1)灌浆方式。采用自下而上分段(或全孔段)纯压式灌浆。在注浆管管口安装灌浆盖头连接进浆管和压力表并通过护壁套管进行灌浆。
(2)浆液配比。膏浆浆液水灰比(质量比)为水泥:膨润土:水玻璃:外加剂溶液=4:1:0.24:2.4,并根据吸浆情况及变浆标准逐步改变灌注量,以灌入的浆液能够尽量保留在堰体内不随渗水漏出为原则。
(3)制浆。膏浆采用强制式混凝土JS501拌和桶搅拌,制浆时先将膨润土加入搅拌桶中,边搅动边加入规定量的水泥、水玻璃和外加剂溶液,总搅拌时间不能<2 min。
(4)灌浆。钻孔结束验收合格后,先从地面上拔一根套管,然后连接灌浆管,在套管内进行灌浆,根据灌浆压力控制灌浆量,达到规定压力后再拔套管,接着继续在套管内进行灌浆。灌浆段长在灌浆过程中可以根据钻孔、漏水、耗浆等情况进行适当调整。遇到大漏水通道孔段则加大灌入量。各段灌浆结束后,利用液压拔管机起拔管套管。
灌浆压力根据每段的注入量进行控制,一般在0.1～0.3 MPa。在施工中可根据实际情况进行调整。灌浆压力的选择主要考虑能满足浆液的扩散半径,保证各灌浆孔浆液能相互搭接,保证不出现漏灌地段。
(5)浆液变换标准。①连续灌注10 min,孔口不返浆或者孔口不起压,可变换一次浆液。②灌浆耗浆量>1 m3/m,可变换一次浆液。③灌浆过程中,注入量逐步减少或者灌浆压力逐步升高时,不得变换浆液。
(6)结束标准。①若没有明显的串、冒、跑浆现象,需达到结束灌浆压力,以保证浆液的扩散半径,提高基础的防渗性能和均匀化地层。②若产生明显的串、冒、跑浆现象,在采取间歇、止浆等有效措施无效后,结束本段堵漏灌浆,待凝后在附近重新钻孔进行补强灌浆。
(7)封孔。在最上一段灌浆结束后,可采用0.5:1的普通水泥浆液进行灌浆封孔,封孔灌浆压力为0.3 MPa,闭浆10 min后即可结束本孔灌浆。
6 防渗堵漏效果分析
围堰灌浆堵漏效果最直接的检查是基坑抽水后的直观检查,同时采用地质钻机取芯(Φ110 mm)钻孔法进行静水头压水试验。压水试验要求渗透系数≤10-5 cm/s,即q值≤1～5 Lu。
(1)在按最初设计完成单排高喷灌浆后,基坑内水位变化不明显,渗漏水量没有减少。主要是由于堰体架空严重,灌入水泥大部分被动水流带走,墙体单薄不连续。
(2)在继续完成增加的第二排高喷灌浆及一排静压灌浆后,堰体渗漏量明显减少,大部分空隙、空洞及漏水通道都得到有效封堵,基本形成较为有效防渗体系。
(3)经过采用膏浆灌注堵漏后,对高喷、静压灌浆薄弱部位、架空严重地段及大的漏水通道进行了有效封堵,堰体漏水量满足设计要求。
(4)整个围堰共布置了1 1个检查孔共27段进行注水试验检查,从注水试验结果来看渗透系数不大于10-5 cm/s,满足设计防渗要求;钻孔取出岩芯大部分胶结密实,少量松散破碎,岩芯中明显能看见块石被水泥(膏浆)结石胶结、裹袱的现象。2008年1月12日进行基坑抽水,没有发现大的渗漏,围堰防渗堵漏整体满足设计要求,确保了基坑的开挖及安全度汛。
7 结语
影响围堰防渗的因素是多方面的,在进行灌浆施工之前,围堰的填筑十分关键,如果采用大粒径的填筑材料,势必增加灌浆施工难度和影响施工进度,同时增大水泥耗量从而增加施工成本。因此,在围堰填筑时,只要条件允许,应该尽量控制填碴体材料的粒径及级配,防渗线填筑时应尽量分层碾压密实。
桥巩水电站二期下游土石围堰防渗堵漏灌浆工程量大,施工工期短、强度高,地质条件复杂、河床深,采用单一的高喷灌浆方法不能完全有效地解决防渗问题,特别是在架空结构严重、存在动水流的地层防渗处理中,综合采用高喷灌浆、静压灌浆、水泥膏浆灌浆堵漏技术是可行且有效的,值得总结推广。
参考文献
[1]DL/T 5148—2001,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].
[2]DL/T 5200—2004,水利水电工程高压喷射灌浆技术规范[S].
下游土石围堰论文 篇2
洪家渡水电站位于贵州省织金县与黔西县交界处, 距贵阳158km, 是乌江梯级开发的龙头水电站。电站装机容量为540MW, 多年平均发电量15.94亿kw·h。该工程的导流方案采用围堰断流、隧洞导流方式, 下游围堰采用不过水土石围堰。挡水时段为2001年11月20日至2004年4月底, 50年一遇汛期洪水流量为1330m3/s。围堰堰顶高程997m, 最大堰高19.3m, 堰顶宽5m, 堰顶长80m, 堰面采用干砌石块及块石钢筋笼保护。围堰基础防渗对挡水大坝的建造而言, 是大坝能否成功进行基坑开挖及其它各项主体工程施工的必要条件。
2 工程地质
下游围堰靠近导流洞出口, 河床底部为古老河道, 冲积层厚6~15m, 有大孤石, 底部为三叠系下统灰岩, 孤石较多, 含泥含沙量相对较少。围堰堰体主要结构如下:
碎石粘土碾压层:即水位线以上部分堰体, 厚8~10m;由碎石粘土分层碾压而成;碾压不充分, 级差配, 结构松散。抛填层:即水位线以下部分堰体, 厚10~12m, 主要为大块石抛填;架空现象严重, 在渗流的作用力影响下, 有多而集中的渗流通道。古河床:位于堰体基岩以上, 后3~5m, 主要为砂砾石。基岩层:可灌性、可钻性较好。
3 围堰防渗方案的确定
洪家渡电站下游围堰河床防渗体原设计为高喷板墙, 针对下游围堰河床地质情况, 大孤石较多, 围堰填筑时, 土石料级配不均匀, 大块石含量较多, 含泥量较少的实际情况, 进行高喷板墙施工存在不少的技术问题, 施工速度较慢, 难以保证工期。根据洪家渡索桥头堆石体内现场试验取得的资料, 参考广西天生桥中山包电站围堰的成功实例, 专家咨询意见认为洪家渡水电站下游围堰防渗体选用控制性水泥灌浆帷幕新技术比选用高喷板墙施工更为可靠和合理, 施工速度较快, 经反复论证比较, 最终确定采用控制性水泥灌浆帷幕方案。控制性灌浆技术, 是指相对于常规水泥灌浆技术, 其灌浆前的造孔成孔率可控、浆液固化时间可控、浆液的渗漏范围可控和防渗效果可控。它是高效成孔技术、浅层水泥灌浆加固技术、精确控制浆液凝固技术和灌浆防水堵漏技术等多项技术的组合。
4 控制性水泥灌浆帷幕板墙设计
4.1 施工工艺及技术参数
施工范围按高喷板墙的设计图纸, 孔排距原则上为现场生产性试验布孔方案。
两排孔结构帷幕:孔距1.2米~1.25米, 排距0.6米, 孔深进入基岩0.5米。
4.2 施工工艺流程
定帷幕轴线放孔位→固定钻机→φ76mm钻孔并镶1.5米深的孔口管→下一段次钻孔→按计划浆液量控制进行双液灌浆→终孔段灌浆→全孔段重复灌浆→封孔结束。
钻孔按灌浆分II序自上而下分段钻孔。灌浆顺序:灌浆按分排分II序进行, 其中先灌第一排的I序孔, 然后再灌第一排孔的II序孔, 如果帷幕结构为两排灌浆孔组成, 则灌完第一排灌浆孔后再开灌第二排孔的I序孔。最后再灌第二排的II序孔。
灌浆分段控制:灌浆分段主要视钻孔情况而定。
其一、.钻孔一旦出现孔内不返水, 或有严重塌孔问题, 则立即停止钻孔进行灌浆。
其二、钻孔返水出现塌孔问题, 或有小范围塌孔现象, 但灌浆段长已超过1.0米的, 则一般控制在2.5~3.0米。
其三、碰到细砂层, 则要求尽可能的加大钻孔冲洗, 尽可能的把细砂从孔内冲洗出孔外, 控制段长一般不要超过1.0米。灌浆钻孔钻头都为φ44~φ56mm合金钻头。
控制性水泥灌浆需选用双液灌浆系统, 大泵灌水泥浆液, 小泵灌化学控制液, 两种浆液视不同情况或在孔内, 或在地层内混合, 水泥浆液配比全部选为0.8:1。
水泥为425#普通硅酸盐水泥, 加灌化学控制液视孔内升压情况和进浆量变化情况。
灌浆压力以控制水泥灌浆泵的机身压力表读数为准, 一般I序孔控制在1.0~1.5Mpa范围。II序孔控制在1.5~2.0Mpa范围, II序孔的终孔段或全孔段重复灌浆控制压力在2.0~2.5Mpa。灌入浆液量以控制灌入计划浆液量为主, 孔距为1.25米, 第一排孔的控制I序孔的平均灌入浆液量为600升/米~700升/米, II序孔的平均灌入量为700升/米~900升/米。对于二排孔的帷幕结构, 考虑排距为0.6米, 故相对控制灌入的计划量较少, 一般为第一排孔的50%, 具体还要视实际孔内情况作局部调整。
灌浆结束标准, 达到要求计划浆液量和要求灌浆压力后即可结束灌浆。加灌化学控制液的目的主要是提高灌浆压力值。要求I序孔灌浆尽可能的减少小于0.5Mpa的压力状态下灌浆。II序孔要尽可能的减少小于1.0Mpa压力状态下灌浆。当某些孔段出现升高压力有困难时, 必须采取有效措施并加大加灌化学控制液的力度。II序孔或II序孔的全孔段重复灌浆时, 最好在有一定的流动水条件下进行。
5 围堰防渗施工情况
电站2001年10月15日完成截流, 10月19日进场施工, 10月25日受超标准洪水冲淹, 11月3日开始恢复施工, 11月22日基本上满足闭气条件, 达到了基坑开挖的要求。随后在基坑抽水和开挖状态下进行了第二排孔和加强补强孔的施工。
下游围堰控制性帷幕灌浆布置为两排孔, 孔距1.2米, 排距0.6米, 孔位和孔深详见下游围堰灌浆孔平面布置图1。
和下游围堰灌浆剖面图2。下游围堰总计灌入水泥844吨, 化学控制液57.4米3, 总计完成灌浆任务1778米, 预埋孔口管106根。下游围堰共布置3个压水检查孔和三个岩样取芯孔, 检查孔平面位置详见下游平面示图3。
针对地层情况有的加强孔深度远超过深入基岩0.5米的, 最深的有进入基岩5.0米以上的, 为解决岩层内夹泥漏水问题, 有的孔段在夹泥层位置的最大灌浆压力达5.0Mpa。
6 施工成果检查及防渗效果
6.1 单点法压水检查
防渗帷幕检查以压水检查资料为准, 设计的压水检查标准为q≤5Lu, 下游围堰的全部压水检查孔段, 除有一段次的检查透水率q达3.63Lu (也满足设计要求) 外, 其它段次全部达到q≤3Lu, 其中有9孔段的渗水率q≤1.0Lu, 占总压水孔段数的45%, 说明经过灌浆后, 压水检查效果良好。
6.2 取芯检查孔和帷幕上部搭接土工膜开挖检查
下游围堰共布三个取芯检查孔
(1) 孔深5.0米至7.0米, 岩芯为水泥结石岩样, 灌浆效果令人满意;
(2) 2#取芯孔孔深7米~15.2米和3#取芯孔孔深8米~15.0米全为块石水泥结合体, 取芯孔穿过的最大块厚达1.5米, 而且检2#、检3#压水检查孔紧靠1#和2#取芯孔 (直线厚度约为1.0米) , 压水全压力达0.6Mpa, 压水时取芯孔是不封闭的, 没有从取芯孔内串冒出水现象, 压水检查渗水率又在设计标准内, 说明控制性水泥灌浆帷幕解决大块石堆积体的防渗问题, 效果是很好的。
(3) 1#取芯孔相邻两灌浆孔1-8#和1-9#都穿过厚1.0米以上的细砂层, 而1#取芯孔却没有取到细砂层, 而3#取芯孔 (距幕中心线为0.8米, 距1#取芯孔为0.5米的上游侧) 又碰到了细砂层, 说明控制性水泥灌浆对细砂层经冲洗置换加高压力挤压, 使原存在的细砂层都发生变化, 不但使细砂层的防渗效果被大幅度的提高, 而且使原细砂层位置的防渗也满足了设计要求。
控制性水泥灌浆帷幕上部与土工膜防渗体相联接, 设计要求搭接施工时将孔口管1.5米范围的软弱覆盖层全挖掉, 然后浇砼相连接, 开挖施工验证, 控制性水泥灌浆帷幕范围已变成了有一定强度的墙体。凿除开挖很困难, 有些地方是用小药量爆破解决的。众所周知, 常规帷幕灌浆在覆盖层内, 安装1.5米的孔口管是很难解决地表串、冒浆这一难题的, 而越往深层, 则帷幕灌浆的效果就越好, 可以肯定, 深层的灌浆效果将比表层看到的会更好。
下游围堰帷幕结构为两排孔, 第一排孔完成后再进行第二排孔施工的, 两排孔的施工难度截然不同: (1) 第一排孔施工时, 塌孔和钻孔不返水现象很突出, 钻孔返水的灌浆段不多, 塌孔严重, 有些灌浆孔反复灌的次数多达20段次以上, 而第二排孔施工时出现不返水的孔段不多, 一般都按最长段长 (4米) 控制灌注, 钻孔塌孔现象几乎不存在。 (2) 第一排孔一般孔段起灌时无压力, 灌浆升压慢, 耗用化学控制液多, 而第二排孔施工时, 都有起始压力, 而且升压快, 结束压力高, 化学控制液用量还不到第一排孔总用量的五分之一。 (3) 钻孔通过细砂层时, 第一排孔一般都要反复灌几次才能穿过去, 而第二排孔则不出现塌孔, 也没有涌砂出孔口, 因此, 第二排孔的施工进度得到提高。
2#取芯孔和3#取芯孔终孔后做了注水试验, 详见注水试验情况如表:
6.3 基坑抽水情况检查
下游围堰闭气后, 保证了基坑正常抽水及开挖施工, 从下游围堰渗漏到基坑的水量都不大, 没有出现涌水现象。当然, 下游围堰坡脚也有较小的漏水点, 但洪家渡基坑经开挖验证, 坝基岩层本身漏水就比较严重, 而且溶蚀层、溶洞比较发育, 产生的漏水点水量渗漏通道无法考证。总之, 防渗帷幕的施工目的已完全达到。
7 结束语
不良地层的钻孔经常发生塌孔埋钻、掉块卡钻等孔内事故, 应采用多种方法, 以保证孔壁的稳定性;钻孔和灌浆相辅相承, 灌浆时应针对不同的地层情况, 对灌浆压力、水会比、外加剂、掺和料等灵活应用, 以提高施工效率, 节约原材料, 降低施工成本。
参考文献
高喷防渗在土石围堰中的应用 篇3
首部枢纽主要由右岸混凝土挡水副坝、5孔泄洪冲沙闸 (9.5m×6.5m) 、发电引水隧洞进水口组成。拦河闸坝顶总长111.50m, 共分7个坝段。
一、施工导流及水流控制
本工程采用分期导流方案, 首部枢纽分两期施工, 安排在两枯内完成, 一期 (2007年11月至2008年5月) 施工左岸三孔泄洪闸, 二期 (2008年11月至2009年5月) 施工右岸两孔泄洪闸、挡水坝段及引水洞进水口。由于二期围堰采用全年导流标准, 上、下游围堰采取悬挂式高喷墙防渗, 因此围堰填筑完成后还不能基坑排水, 接着施工高喷防渗墙, 结束之后再开始排水, 然后开挖基坑。
㈠二期围堰结构设计二期堰体挡水标准采用全年5年一遇洪水, 导流设计流量Q=588m3/s。二期上、下游横向围堰为土石挡水围堰, 相应上、下游水位分别为1382.47m和1380.80m。据此确定二期上、下游横向围堰堰顶高程分别为1383.27m和1381.60m, 上、下游横向围堰顶宽分别为6.0m和3.0m, 上游横向围堰高5.6m, 下游横向围堰高为4.6m;上、下游横向围堰堰顶轴线长分别为78m和55m;堰体迎水面和背水侧边坡分别为1:2.0和1:1.5。上游围堰防渗堰基采取悬挂式高喷防渗墙与堰体土工膜防渗相结合, 下游围堰防渗形式与上游围堰相同。施工期堰基渗水辅助大功率水泵强排水施工。堰体迎水面易冲刷部位采取抛填铅丝石笼护坡, 防止河床水流淘刷。二期纵向围堰为浆砌石结构, 利用泄洪闸闸墩分别向上、下游方向延伸, 上游段轴线长116m, 下游段轴线长103m。纵向围堰上、下游段堰顶高程分别为1383.27m和1381.60m, 纵向围堰上下游顺接。堰顶宽0.5m。堰体迎水面为直边坡, 背水侧边坡为1:0.5。具体结构形式见图1。
㈡高喷防渗形式及施工方法
第一, 孔位布置。横向围堰的基础防渗, 采用悬挂式高压摆喷。初定孔距1.20m, 钻孔分两序进行施工。钻孔采用地质钻机跟管钻入, 高压摆喷成墙。其布孔形式见图2。
第二, 高喷试验。进场后在堰体上进行摆喷试验, 初定围堰高喷工艺参数见表1, 试验采用围井法施工, 试验完毕进行注压水试验, 检查摆喷防渗体防渗效果。防渗体的渗透系数应小于A×10-5cm/s。
高喷浆液采用P.O.32.5普通硅酸盐水泥拌制, 为满足施工需要可掺入外加剂或速凝剂。施工前先进行摆喷试验, 在摆喷试验之前, 根据设计和规范要求进行浆液配合比试验, 测试浆液性能, 确定高喷使用浆液配合比。
第三, 围堰防渗体高喷施工设备。根据围堰地质条件、防渗体工程量和施工强度, 高喷配备设备见表2。
第四, 高压摆喷施工工艺流程。高喷采用三重高压摆喷, 自下而上进行喷射作业, 其工艺流程如图3所示。
第五, 施工方法。一是防渗墙造孔。根据地层特点, 钻进设备选用SGZ-Ⅲ地质钻机, 钻孔采用地质回转钻机配冲击器跟管钻入, 高压摆喷成墙。在造孔之前, 由测量人员沿高喷轴线按图纸孔位放样, 同时测定孔口高程。防渗墙造孔采用钻管跟进法施工, 施工中按照先Ⅰ序孔、后Ⅱ序孔的顺序进行, 奇数孔为Ⅰ序孔, 偶数孔为Ⅱ序孔。二是下喷射管。钻机钻孔结束, 由技术人员测量孔斜、孔深、孔位等, 进行质量检查。合格后, 将喷射台车移至成孔处, 先进行地面水、气试喷, 检查各项工艺参数符合要求后下管, 用橡胶塞将喷嘴堵住, 以防止水、气嘴堵塞, 待喷射管下到设计深度并经现场技术人员认可后方可喷射施工。喷射过程中若遇到特殊情况, 如水压过高或喷嘴堵塞等, 应将管提出地面进行处理后再进行施工。喷射浆液采用试验选定浆液。高压摆喷施工工艺参数严格按试验确定或监理工程师提供的参数实施。喷射结束后, 随即在喷射孔内进行静压充填灌浆, 直至浆面不再下沉。高喷完毕后, 应立即拔出三重管彻底冲洗并保护好丝扣, 同时应彻底冲洗注浆泵、搅拌桶, 维护设备和清理现场, 作好下一孔喷射准备。
二、质量检查
高喷防渗墙体施工应进行全过程质量控制, 进行全面质量管理。高喷防渗墙施工结束后进行钻孔取芯, 共取芯10个, 胶结致密, 并进行了压水检查, 布置压水试验孔5组, 检查结果满足设计标准及《高压旋喷注浆技术规范》 (YSJ210-92QK) , 质量合格。
三、结论
土石围堰在水利工程中的应用 篇4
关键词：土石围堰,截流施工,应用
1 概况
本工程导游建筑物为4级, 选择10年一遇洪水作为施工导流设计洪水标准。围堰全年挡水。2007年10月初开始修建二期上、下游横向围堰, 围护右岸厂房及余下的4孔拦河水闸基坑施工, 江水由已建的左侧11孔拦河水闸泄流。二期导流期间, 利用一期已建好的船闸通航。河床分布冲积砂层, 厚度15m~26m, 上部中粗砂, 下部为含卵石砾砂, 河床的砂层按颗粒组分为含砾粗砂和含卵石砾粗砂。
本工程采用“平抛护底, 单戗立堵”截流方式。截流戗堤选在上游围堰下趾处, 从右岸向二期纵向围堰上游浆砌石挡墙方向进占, 同时上下游围堰砼防渗施工平台尾随戗堤填筑。上下游围堰砼防渗墙施工平台填筑以无明显冲刷为前提滞后戗堤跟进填筑, 下游防渗墙施工平台不分担截流落差。截流龙口布置在右岸束窄河床的左侧, 紧靠一期围堰上游裹头, 龙口宽65m。
2 戗堤及砼防渗墙施工平台设计
戗堤总长273m, 分四个区, Ⅰ、Ⅱ区为非龙口进占区, Ⅲ区为龙口区, Ⅳ与二期纵向围堰接合区, 分别采用不同粒径块石填筑。上游戗堤顶高程为21.21m, 顶宽8m, 上游迎水坡1∶1.2, 背水坡1∶1.5, 上游砼防渗墙施工平台填筑宽24.2m, 迎水坡1∶1.5;下游戗堤顶高程为20.0m, 下游平台填筑宽20m, 两边坡比1∶1.5。
3 施工准备
在左岸开挖分流明渠, 总宽60m, 底高程为16.0m, 并在下游靠二期纵向围堰处开挖引水明渠, 以抬高下游水位减小截流水位落差。戗堤备料:石渣 (D<300) 2.5万m3中石 (D=300~700) 0.5万m3, 大石 (D=700~1000) 0.45万m3, 特大石 (D>1000) 0.05万m3备在围堰头, 共计3.5万m3。
修筑右岸上下游进占道路, 路宽7m i=10%, 泥结路面, 上游进占河床路修至20.5m, 下游修至20.0m;土料场路面以路宽7m, 泥结路面标准修筑。戗堤进占前完成地形的测量工作, 同时下游围堰轴线及上游戗堤轴线分区点明确标示出来, 以便戗堤施工进占。在龙口区抛投65m宽, 顺水流宽30m, 厚1m龙口底加糙护底层, 采用开底驳船运中石 (D=300~700, 平均D=5002500m3进行直接抛投, 由测量进行现场监控记录。
4 截流进占施工
(1) 施工程序。施工准备→戗堤进占→砼防渗墙施工平台填筑→龙口合龙施工。
(2) 非龙口段施工。 (1) 根据非龙口段进占时间和设计进占流量条件, 戗堤进占高程在离水面1.0m左右, 以增加戗堤进占宽度和提高进占强度, 减少抛投料流失。 (2) 非龙口段填筑采用自卸汽车运输, 端进法抛填, 使大部分抛投料直接抛入江中, 推土机配合施工;深水区进占时, 为确保安全, 部分采用堤头集料, 推土机赶料抛投。 (3) 非龙口段进占抛投材料, 一般采用石渣全断面抛投施工, 进占过程中, 如发现堤头抛投料有流失现象, 则在堤头进占前沿的上游角先抛投一部分大、中石, 在上挑角保护下, 再将石渣抛填在戗堤轴线的下游角尾随跟进。 (4) 砼防渗墙施工平台填土尾随戗堤进占, 以无明显冲刷为前提尽量跟进, 作为进占设备平台。 (5) 在进占过程中, 戗堤顶部碎石或颗粒风化砂尾随铺筑, 并随时进行路面养护, 确保龙口合龙进程中车辆畅通无阻。 (6) 必要时采用防冲裹头保护。根据前3天准确的水文、水情预报, 当韩江流量较大时, 采用抛投大石或中石进行裹头保护。 (7) 上游围堰与纵向围堰接合裹头, 采用抛投大石或中石进行裹头保护。
(3) 龙口段施工。龙口堤头采用抛投大石或中石进行防冲裹头保护, 形成宽30m进占平台, 戗堤堤头分成三路:靠上游侧一路, 下游侧一路, 中间留一条空车退场道。主要采用全断面推进和凸出上挑角两种进占方式。截流龙口进占程序, 龙口段分3个区, 采用不同粒径块料和不同进占方式填筑。 (1) 区段:此段口门宽度25m, 采用大石、中小石及石渣全断面进占, 靠近束窄口门堤头处位置采用大块石、大石抛投在迎水侧抗冲, 石渣料与中石齐头并进。为满足抛投强度, 部分采用自卸汽车直接抛填, 部分采用堤头集料, 推土机赶料施工抛投。 (2) 区段:此段口门宽度18m, 流速加快, 落差达到近1m, 为减少冲刷流失, 采用凸出上挑角施工, 用大块石从戗堤轴线上游角侧进占, 再将中小石及石渣以汽车直接抛投戗堤轴线下游侧。 (3) 区段:此段口门宽度22m, 为合龙最困难的区段。为形成三角堰采用凸出上游挑角的进占方法, 在上游角与戗堤轴线45°角集中抛大块石和钢筋笼, 抛投位置控制在戗堤轴线上游5m~10m, 使上游角凸出5m左右, 将水流自堤头前上游角挑出一部分, 从而使堤头下游侧形成回流缓流区, 再用中小石及石渣进占。
纵向坡比达到1∶1或更陡时, 将会发生坍塌, 堤头纵向坡度要求大于1∶1.3。流态变化, 采用上挑角进占, 若抛投料能在水中站稳, 必然形成急流并挑出去, 在挑角下游形成回流区, 且有小跌水现象, 当抛投料粒径较大而水深较浅时, 跌水现象更加明显, 若填料抛投下去后, 见到跌水顺水流由上而下移动, 则说明抛投的块体正被急流冲走。采用堤头集料推土机赶料施工抛投。如抛下一定数量的填料不见堤头向前延伸, 则说明抛投的块体正被急流冲走。需加大抛投料粒径或采用堤头集料推土机赶料施工抛投。当堤头附近范围内出现裂缝, 缝宽逐渐增大时, 表明堤头有失稳现象;如果堤头部位高程在逐渐下降, 说明堤头发生“沉陷”, 出现这些现象应引起高度重视, 及时改变抛投方式。
5 安全进占技术措施
尽量采取全断面整体推进, 在采取上挑角进占时, 一方面要尽量减少挑出的长度, 另一方面要注意跟紧补抛。
采用自卸汽车直接抛填时, 控制自卸汽车距堤头2.5m卸料, 采用堤头集料, 推土机赶料回填时, 自卸车距堤头前沿边线6m卸料。戗堤侧边2.5m为安全警戒距离, 此范围内不允许停放任何机械设备, 堤头指挥人员也不允许在此范围内滞留。
为了确保堤头安全, 减少堤头流失量, 降低进占难度, 同时增加堤头宽度, 增加卸车密度, 非龙口段施工时可以根据水流情况, 降低进占高程至水面以上1m左右, 待龙口合龙后再加高至设计高程。
为确保进占安全, 同时加大龙口段抛投强度, 将上游戗堤龙口段堤项面加宽5m。
为避免施工期与过行船队的干扰, 采用分时段施工和通航, 并设导航指示灯, 戗堤进占至Ⅱ区施工区域禁止通航, 由左岸船闸通航。
6 结语
下游土石围堰论文 篇5
1 数学模型
1.1 控制方程
模型中水流控制方程采用Richards方程, 其形式为:
式中θ———岩土体积含水率;
h———为压力水头, m;
S———汇, d-1, 反映岩土根系对水分的吸收;
xi——— (i=1, 2) 空间坐标, m;
xj——— (j=1, 2) 空间坐标, m;
z———垂向坐标, m, 向上为正;
t———时间, d;
———无量纲各向异性张量EA的分量;
K———非饱和水力传导函数, m/d, 并由下式给出。
式中Kr———相对水力传导系数;
Ks———饱和水力传导系数, m/d。
1.2 水分运动特征参数
含水率θ (h) 和土壤水力传导度K (h) 与基质吸力h具有很强的非线性关系, SEEP/W软件有5种可供选择的解析模型来表示土壤水分特征。其中比较常用的为VG模型 (Van Genuchten, 1980) :
式中θr———残余体积含水率 (即最大分子持水率) ;
θs———饱和体积含水率;
Ks———饱和水力传导度, m/d;
Sθ———饱和度;
l———孔隙连通系数, 一般取为0.5;
α和n为经验常数。
根据该工程地层情况及相关地质参数, 选取的岩土水分参数如表1所示, 基于VG模型的土壤水分特征曲线如图1所示。
1.3 初始条件
模拟的初始条件按压力水头给定, 假定地下水位在地表下2m, 则围堰底部压力水头为H (0, 0) =-2 m, 水头在垂直方向上线性变化。
1.4 边界条件
根据围堰运用期间的水位条件, 围堰迎水面设定为定水头边界, 背水面设定为渗出面边界, 围堰顶部设定为大气边界, 其余设定为不排水边界。
2 数值模拟计算
计算模型如图2所示 (不设防渗墙的模型去掉防渗墙) , 设置的防渗墙尺寸为厚40 cm, 深20m。取地表为零基准面, 坐标轴z轴取向上为正, x轴取向右为正, 即模拟的区域为:-21 m≤z≤6m, -35 m≤x≤35 m模拟时间0≤t≤T, T=1 080 d。
假定围堰为均质体, 围堰与基础各向同性且基础以下为相对不透水层。将计算区域离散为一般三角网格并进行自动优化且在围堰处进行网格加密, 网格节点为1 316个, 一维单元为277个, 二维单元为2 483个, 采用变时间步长剖分方式, 根据迭代计算次数来调整时间步长。设定的初始迭代步长为1 d, 最小迭代步长为0.1 d, 最大迭代步长为5 d;每个时段内最大的迭代次数为50次, 含水率容许偏差为0.01, 压力水头容许偏差为0.1 m。在迭代过程中, 如果某特定时间步长达到收敛所需的次数小于3, 则下一步长可乘以一个大于1的常数;如迭代次数超过7, 则下一步乘以一个小于1的常数, 如果迭代次数超过50次则计算自动结束。
3 渗流分析
根据数值模拟的结果, 给出围堰在有无防渗墙的情况下流入和流出边界的逐日流量, 具体情况见图3。
从图3中可以看出:
(1) 流动形式可划分为非稳定流和稳定流两种典型情况, 大致以150 d为界。
(2) 对比有无防渗墙时的流量曲线, 发现加设防渗墙不改变水流运动的基本规律。
(3) 对比出入流曲线, 二者在数量上不一致, 在不设防渗墙的模拟情况下, 模型孔隙水总增量为33.44 m3/m, 累计流入量为188.1 m3/m, 累计流出量为151.2 m3/m, 则累计蒸发量为3.46 m3/m。
(4) 当流动达到稳定时, 无防渗墙的溢出流量为0.142 m3/ (d·m) , 加设防渗墙的溢出流量为0.135 m3/ (d·m) 。
(5) 在模拟时间1 080 d内, 按照围堰总长500 m计算, 总的基坑渗漏为75 600 m3, 平均每日基坑渗漏量为70 m3/d, 这个渗漏量在工程中是可以接受的。模拟时段末, 围堰及基岩的压力水头分布图4所示。
4 结语
(1) 本文应用Geostudio岩土软件中的渗流分析软件SEEP/W中的VG模型模拟计算了土石围堰变饱和非恒定流的流动规律及水量平衡, 得出了施工阶段的基坑渗漏量, 并研究了防渗墙未贯穿强透水层时的防渗效果。
(2) 根据对数值模拟结果分析可知, 流动形式可划分为非稳定流和稳定流两种典型情况, 大致以150 d为界;对比出入流曲线, 二者在数量上不一致;当流动达到稳定时, 有无防渗墙溢出流量变化不大。
(3) 在非稳定流阶段, 流入水量明显大于流出水量, 特别是模拟初始阶段出流量为零, 分析认为该部分水量大部分补充围岩及基础的孔隙水, 令一部分消耗于围堰表面蒸发。稳定流阶段, 流入流出水量差量消耗于表面蒸发。
(4) 对比有无防渗墙时的流量曲线, 发现加设防渗墙不改变水分运动的基本规律。混凝土防渗墙的效果在该工程中十分不明显, 分析渗流流速矢量动画时发现, 基础含淤泥的砂层流速远大于围堰内流速, 沿防渗墙绕流现象严重。这是由于该层渗透系数为8.64 m/d, 显著大于其他岩层。若需要布置防渗设施时, 防渗墙需要贯穿该强透水层。
参考文献
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