牡丹江垃圾场截污坝基础高标准帷幕灌浆的设计

摘要：截污坝工程因其坝内所存水为有毒污染水（垃圾渗出液）因此坝的防渗要求较高，根据我国有关环保规范规定：坝及坝基的渗透系数应小于K<10-7cm/s。针对这种情况，我们选择了粘土心墙坝，基础进行帷幕灌浆的设计方案。粘土料经渗透实验证明可以达到K=10-7cm/s的要求，因此设计的重点就是帷幕灌浆。经过对我国已有部分工程情况分析和一些理论计算，我们选择了改性水玻璃化灌结合水泥灌浆，水泥灌浆两排，孔距3m、排距2.5m，化学灌浆在水泥 灌浆中间分两排孔，孔距1.5m、排距1.3m的设计方案。灌浆结束后作35个检查孔，经压水试验全部达到了K<10-7cm/s的设计要求。本文主要介绍了防渗帷幕的计算及设计，以及从对灌浆资料的分析，检查孔压水试验等方面对帷幕进行了质量评价。

关键词：牡丹江 垃圾场 截污坝 标准帷幕灌浆 设计与施工

1 基本情况：

牡丹江市垃圾填埋场截污坝工程于1996年2月完成设计，同年4月开始动工兴建，10月中旬完成了基础帷幕灌浆的施工，次年完成垻体填筑投入使用。从开挖揭示的岩石看整个坝址区以华力西期粗粒花岗岩为基本基岩，有燕山期花岗闪长岩侵入形成岩墙，接触处岩石较破碎，岩石裂隙以压纽性裂隙为主，中等发育。总体看基岩状况良好，开挖后需灌浆段长185m，分20块板，盖板厚80cm、宽500cm，配少量钢筋。为使盖板与基岩粘结牢固在盖板上增设了ø28锚筋，间距300cm。盖板混凝土为150#.

2 灌浆材料选择

因防渗对象不同于一般水库（污染的垃圾渗出液）所以帷幕设计的标准较高。按“垃圾场设计规范”规定基底渗透系数K〈10^-7cm。目前一般的帷幕灌浆材料大都采用普通硅酸盐水泥，最近几年为了取得更好的灌浆效果，国内开始发展了细度更高的用于灌浆的水泥材料和用于边加工边灌注的湿式磨细水泥技术，但从现在的工程报道和有关的试验报告看很少有达到K<10^-7cm/s，一般能达到K=10^-5--10^-6cm/s，因为再细的水泥也是有粒径的。受岩石裂隙宽度及裂隙面粗糙情况的限制一般情况下当水泥颗粒径是裂隙宽度1/3—1/5时是较容易灌入的。大于时则难以灌入。表-1列出了几种水泥的粒径情况：

              表-1

由表-1可以看出即使用细度最好的超细水泥一般也难以灌入18--20µm宽度的裂隙（启缝灌浆可以灌入，但对于较浅的基岩则无法实现）基岩的裂隙宽度在表面可以用眼观察到，深处则无法观察。但岩石的裂隙宽度与裂隙间距及与岩石的渗透度系数可以用公式—1表示：      

           K=V_We³/12μ_PL

       其中：K：为渗透系数

             Vw：液体容重

             μp：液体动粘滞系数

              е：裂隙宽度

              L：裂隙间距

如果实际测得岩石裂隙间距及渗透系数，则很容易得出渗透系数与裂隙宽度的关系。计算结果表明е=15<25µm，裂隙间距30—150cm时，基岩渗透系数为10^-5—7×10^-7之间。这说明即使使用超细水泥在一般情况下也是难以达到K<10^-7cm/s的。要达到目的只能使用化学灌浆，因化学灌注材料是真溶液，没有粒径的问题，影响灌注效果的控制因素是浆液的粘度。经过对各种可能利用的化学灌浆材料的分析，我们选择了水电部天津基础工程局科研所1986年研制成功的非碱性水玻璃灌浆材料，其特点是：

1.无毒性。

2.浆液粘度低，初始粘度为1.5--2.5cp（试验温度20℃）

3.浆液胶凝时间可以从瞬时到几十分钟内随意调节。浆液胶凝曲线在开始反应阶段粘度增加不大，待胶凝时粘度突然上升。

4.抗压强度0.2--0.5Мpa。

5.静水压力下渗透系数可达到2.3×10^-10cm/s，是一种较好的化灌材料。

3 灌浆帷幕设计

帷幕采用水泥与改性水玻璃相结合的灌注方法，即对于要进行灌浆处理的基岩中透水率大于3Lu的部分先进行水泥灌浆，目的是封堵大的岩石裂隙，减小化学灌浆时的吸浆量及增强岩石的整体性，以增强化灌时的灌浆压力。灌浆孔布置两排，排距2.5m孔距3m，分两个孔序，先灌下游排，后灌上游排。在水泥灌浆结束后在两排水泥灌浆孔的中间进行化学灌浆，排距1.3m，孔距1.5m分三个孔序，先灌下游排，后灌上游排，根据K<10^-7cm/s防渗要求确定帷幕灌浆结束后检查孔压水试验应达到透水率小于0.05Lu。进行水泥灌浆时灌浆压力按下式计算：

     P=P₀+0.1D+Kγgh

式中：P：孔段灌浆压力（ΜPa）

      P₀：基岩表层许允灌浆压力

      D：灌浆段以上岩石厚度

      K：系数取2

      γ：盖板容重

       h：盖板厚

      化学灌浆压力比同部位水泥灌浆压力提高0.2--0.5Μpa。

4 灌浆试验及成果分析

    在基坑开挖完毕混凝土盖板浇筑完成后，选择地质上有代表性的第七块板进行了灌浆试验：

     1先进行水泥灌浆，灌浆采用孔内循环，浆液水灰比分七级，遵循由稀到浓逐步变级。灌浆分序成果见表-2

水泥灌浆分序成果表         表-2

从表-2可以看出，随着分序的加密，浆液递减规律非常明显，先灌的下游排Ⅱ序孔的单位吸浆量只相当于Ⅰ序孔的34%，后灌的上游排Ⅰ序孔的吸浆量也只相当于下游排Ⅱ序孔的53.4%。从平均透水率看，随着孔序的加密，递减率在30%以上，水泥灌浆结束后，                                                          基岩的平均透水率仅为1.63LU，说明水泥灌浆较好地封堵了岩石的较大裂隙。

   2在水泥灌浆结束后10天进行化学灌浆。化学灌浆采用单液填压法，分三序每孔分若干段，段长不超过4m。灌浆的分序成果见表-3 

化灌分序成果表          表-3

灌浆结束后检查孔压水试验成果见表-4。

由表-4可见灌浆检查孔压水试验全部达到设计要求。经过几年运行，在进行垃圾场后续工程时，在坝下游打观测孔观测，未发现地下水有被污染情况，证明当初的设计和施工都是较成功的。

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