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劈裂灌浆技术在临濮沙河水库的应用(1)程力学

2014-02-04 02:21 摘要：临濮沙河水库土坝隐患主要是土坝碾压质量差，施工接头多，坝体土块有架空现象，坝面排水不畅，下雨后造成坝面积水，形成塌坑等。针对上述隐患，关键是消除坝体中的裂缝、洞穴，增加坝体的密实度，消除坝体的湿陷性，实现上述目标的措施，有开挖加填黏土和劈裂灌浆等，但开挖回填黏土工程量大，造价高，对坝前的塑料膜防渗和护砌容易造成破坏...... 

关键词：劈裂灌浆 临濮 沙河水库 

　　一、工程概况 
　　临濮沙河水库是一座供山东省菏泽电厂用水的水库，最大库容５３６万ｍ３，位于鄄城县境内的临濮沙河上，围坝长５２０７．３ｍ，坝顶高程５５．５０ｍ，最大坝高９．５ｍ，一般坝高７．５ｍ，坝顶宽６ｍ，为均质土坝，上下游边坡均为１∶３。坝前坡铺塑料膜防渗，塑料膜上用干砌石护坡，该坝于１９９０年冬修建，由于是冬季和群众性施工，土坝碾压质量很差，坝体内有土块架空。该坝自１９９１年１２月挡水以来，水库一直在低水位运行，未达到设计水位要求，水库经过半年多的运行，在坝顶出现大小塌坑４０多个，有的塌坑直径２～３ｍ，严重威胁大坝的安全，对坝体的处理势在必行。
　　临濮沙河水库土坝隐患主要是土坝碾压质量差，施工接头多，坝体土块有架空现象，坝面排水不畅，下雨后造成坝面积水，形成塌坑等。针对上述隐患，关键是消除坝体中的裂缝、洞穴，增加坝体的密实度，消除坝体的湿陷性，实现上述目标的措施，有开挖加填黏土和劈裂灌浆等，但开挖回填黏土工程量大，造价高，对坝前的塑料膜防渗和护砌容易造成破坏，不宜采用。经多方案论证，最好的方法就是劈裂灌浆方案，其施工速度快，工程造价最低，在施工过程中，对坝前坡的塑料膜防渗和护砌也不会造成破坏。 （科教论文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
　　劈裂灌浆就是沿坝轴线布孔，利用坝体小主应力成基本沿坝轴线分布这一规律，用灌浆压力沿坝轴线劈裂坝体，灌入泥浆构造浆体防渗帷幕，同时与浆脉连通的裂缝、洞穴等坝体隐患，均被泥浆充填挤压密实，达到防渗加固的目的，经济合理，方法简便易行。
　　二、灌浆设计
　　１．布孔
　　根据坝体隐患的性质，共布三排孔，排距１．５ｍ，第一排孔距上游坝肩１．５ｍ，第三排也距下游坝肩１．５ｍ。第二排孔位交错梅花形布置，孔距２ｍ。
　　２．孔深
　　为了保证隐患部位得到充分处理，第一排孔深９．５ｍ，深入到坝基黏土层，第二、第三排孔深５ｍ，以改善大坝高程５１．０ｍ以上质量较差的坝体结构，增加土体强度和防渗效果。
　　３．浆液选择
　　选用合适的浆液是保证灌浆质量的重要条件，对浆液的要求是：可灌性好，稳定性高，析水固结快，形成的浆体防渗性能强，并且考虑充分利用当地材料和造价低等因素，根据对当地黏土泥浆的物理力学性能试验，选用重粉质壤土或重壤土，即黏粒含量在２０％～２５％，砂粒含量小于２０％，其余为粉粒，泥浆的容量采用１．３～１．６ｇ／ｍ３。
　　４．灌浆压力的确定
　　灌浆压力是劈裂施工中一个重要控制指标，当灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时，钻孔就开始随裂缝扩展，随着裂缝的扩展，浆液进入坝体而形成防渗帷幕，灌浆压力如果控制得好，对于坝体的压密和回弹，浆体的压密和补充坝体小主应力不足、保证防渗帷幕的作用等，都能起到好的效果，否则，还有可能破坏坝体的某些结构，甚至出现险情。因此，通过灌浆试验和理论计算，该工程灌浆孔口压力一般控制在１ｋｇ／ｃｍ２以下。
　　三、灌浆施工
　　本项工程自１９９９年９月１日始至１１月３０日结束，历时９０ｄ，灌浆坝段５２０７ｍ，共造孔７８１０个，钻孔总进尺５０７６８ｍ，完成防渗面积１０１５３６ｍ２，灌入土料１００００ｍ３。
　　为了保证灌浆质量，施工技术要点有如下规定：
　　１．分序分次施灌
　　分序分次施灌能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结，强度及时提高，同时，能迅速消除由于灌浆引起坝体中局部孔隙水压力升高的威胁，保证大坝施工期的安全，并能促使灌入坝体内的泥浆黏粒向两侧移动，使黏粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列，形成一层防渗性能很强的泥浆层，如此反复轮灌，即可形成一道粗细颗粒相间，木纹纸状的浆体防渗泥墙，因此，施工时先灌第一排孔，再灌第三排孔，最后灌第二排孔，各排灌浆中，先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一序孔灌浆结束后，再进行二序孔，第二序孔结束后，再进行第三序孔。
　　２．注浆方法
　　采用孔底注浆全孔灌注的方法，注浆管下至距孔底２０ｃｍ左右，泥浆从注浆管下口沥出，使坝体由下部逐渐向上劈开，第一排孔复灌２～３次或基本不吃浆时，将注浆管提升１～２ｍ，达到间隔时间后，再复灌，直至注浆管距坝顶２ｍ左右为止。第二、三排至少自复灌３～４次或基本不吃浆时再提管，其他要求与第一排孔相同。

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