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水库砂卵石地基充填灌浆施工工艺及质量控制的策略

2021-08-13 223 上传者：管理员

摘要：水库充填灌浆工程是一项重要的隐蔽工程，关系到水库的正常蓄水和安全运行。本文介绍了水库充填灌浆的设计，并提出了相应的充填灌浆施工要点，从而针对水库上下游充填灌浆有效解决相应的各项渗流问题，同时分析了施工工艺及质量控制，希望能为当前的水库充填灌浆提供一定的参考。

关键词：
充填灌浆
施工工艺
水库施工
水库砂卵石地基
质量控制
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近年来，国家投入大量资金建设危险水库。这些水库大多建于20世纪50、60年代，坝体渗漏程度不同，主要是由于坝基不完全清理和坝体填筑质量差所致。因此，有必要采用注浆方法进行防渗。以水库充填灌浆为例，探讨了水库充填灌浆的设计与施工技术。

1、项目概述

某水库集水面积大约为102.2平方公里，其中的总库容大约为4430万立方米。通常正常情况下蓄水位储存量大约为4300.0m，对应的存储容量为4300.0m。水库通常由坝顶泄洪门、灌溉压力涵和坝后电站组成。水库为双曲石砌石拱坝，最大高82m，坝顶高432m，底宽25m，顶宽5m，厚高比0.305，顶弧长224.4m，泄洪采用右堰溢洪道。河床坝段设置5孔8×5.2m泄洪闸门（弧形钢闸门，宽×高）。溢流堰高425.00m，溢洪道净宽40m，最大设计流量676.00m3/s，坝体由上游面C25钢筋混凝土防渗面、坝体混凝土块、下游粗石防护组成。

2、充填灌浆施工设计

针对水库渗漏，水库加固主要采用充填灌浆处理。

充填灌浆分为坝基充填灌浆和坝基帷幕充填灌浆，单排孔。充填灌浆轴线为坝轴线，孔间距1.5m，充填灌浆段覆盖整个坝区。为进一步验证设计充填灌浆压力、充填灌浆比、材料消耗及施工工艺，选择充填灌浆孔进行生产充填灌浆试验。充填灌浆试验结束后，施工单位应提交充填灌浆试验报告和生产充填灌浆建议，根据充填灌浆试验数据调整充填灌浆参数，改进施工工艺。施工顺序为：生产充填灌浆试验→两侧充填灌浆。

2.1 充填灌浆压力

帷幕充填灌浆：坝基接触区第一段的压力为0.150MPa，坝基通道第二段的压力为0.20MPa，岸坡和坝肩段充填灌浆孔处的压力为0.20MPa；充填灌浆段深度允许每增加1m增加0.01mpa。施工过程中，应根据浇筑情况适当调整充填灌浆压力。灌注充填灌浆：正常水位以下第一段开启压力为0.05mpa(0.5kg/cm2），允许充填灌浆深度每米增加0.005mpa。

2.2 充填灌浆材料

选用不小于P.O.42.5，细度按现行国家标准执行。进入施工现场的水泥必须有出厂合格证和检验单。纯水泥浆用于坝基帷幕充填灌浆，水泥土浆用于水库充填灌浆。建议加入25%的粘土。

2.3 浆液配合比

帷幕充填灌浆水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1六个等级。充填灌浆浆液浓度按容重控制，分别为1.5g/cm3、1.3g/cm3、1.35g/cm3和1.4g/cm3。逐渐注入体积密度为1.25g/cm3的泥浆。

3、充填灌浆参数的确定

充填灌浆过程包括确定充填灌浆参数，包括充填灌浆压力、充填灌浆体积、扩散半径和充填灌浆段长度。

3.1 充填灌浆压力

充填灌浆压力是指浆液克服地层间流动阻力、扩散、充填和压实所需的力。注浆压力与注浆部位的水头压力、岩土孔隙状态、土层与浆液的摩擦系数、注浆截面积、浆液凝结时间等因素有关。目前尚无统一的标准，一般根据现场充填灌浆试验确定。

3.2 充填灌浆量

注浆量是指注入地层的泥浆量，可分为单孔注浆量和注浆段注浆总量。充填灌浆量应根据工程地质、水文条件、充填灌浆方案、选择的充填灌浆材料和预期充填灌浆效果确定。

3.3 扩散半径

扩散半径是指注浆液在注浆压力作用下沿层间孔隙从注浆孔中扩散，逐渐充填地层孔隙，最终使岩土硬化的范围。大致可以认为是充填灌浆范围的球形分布。

3.4 充填灌浆段长度

按充填灌浆方法可分为一期充填灌浆和分段充填灌浆。不同截面长度的加固效果、经济成本和施工难度不同。截面长度越短，注浆压力效应越显著，浆液分布越均匀，加固效果越好。

4、充填灌浆施工工艺及质量控制

4.1 施工准备

施工前，对岩溶地区进行地质调查，了解砂、卵石的大小、分布情况，确定充填灌浆孔的布置和浆液的配制。通过对土层成分的分析，确定浆液与土层中某些成分的化学反应不会影响注浆效果。如有不利影响，应及时调整浆液成分，避免与预期效果相差较大。调查地下水分布，确定天然水位，求出土壤渗透系数，避免气泡的发生。分析了酸性和碱性地下水对注浆效果、胶凝时间、水泥硬度和耐久性的影响。调查周围环境，详细掌握周围建筑物的基础类型，防止施工过程中对周围结构的不利影响。调查地下水井分布情况，对饮用水源采取保护措施，防止泥浆流入井内，避免污染地下水。上述调查结束后，组织施工人员清理施工现场，进行设备调试、孔位测量和安装，准备充填灌浆材料。

4.2 施工原理

4.2.1 充填灌浆施工应连续进行，不得间断。如果由于特殊原因中断时间不超过30分钟，则应尽快恢复施工。

4.2.2 在充填灌浆过程中出现泥浆溢流和泥浆溢流的情况，应及时提出有效措施，监理工程师应及时同意予以处理。

4.2.3 充填灌浆：充填灌浆量太大时，坝面出现坝轴线平行裂缝（裂缝限2cm），回水管应限制充填灌浆量，应减少充填灌浆量和充填灌浆量。

进行更多次重复充填灌浆或间歇充填灌浆。

坝体充填灌浆通过套管对坝段底部进行充填灌浆，注浆管插入距坝段底部50cm的孔内。与坝体轴线平行的坝体表面裂缝应不大于2cm，不允许有横向裂缝。

4.2.4 在施工期间，应严格按照水工建筑物施工技术规范进行施工。

SL62-2014水泥充填灌浆，SL564-2014泥浆充填灌浆技术规范，水利和水电项目的水压测试和钻孔规范SL31-2003。

4.3 充填灌浆材料

充填灌浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥，细度要求符合现行国家标准。

进入施工现场的水泥必须由制造商提供工厂证明和试验运行清单，并在通过检查后才能进行充填灌浆施工。

水泥应严格按照防潮标准进行养护。

4.4 充填灌浆设备及工具

4.4.1 搅拌机的转速和混合量应根据混合物的类型和注浆泵的排量来调整，使泥浆能够均匀连续地混合。

4.4.2 注浆泵的性能应与泥浆的类型和浓度相适应。允许的工作压力是最大充填灌浆压力的1.5倍，具有足够的泥浆流量和稳定的工作性能。应使用多缸柱塞式注浆泵浇注纯净水浆。

4.4.3 注浆管道应保证泥浆畅通，并能承受最大注浆压力的1.5倍。

4.4.4 注浆泵和孔板应安装压力表。工作压力应在压力表最大标准的1/4至3/4之间。压力表应经常校准。不得使用不合格且损坏的压力表。压力表与管道之间应有泥浆分离装置。

4.5 施工方法

4.5.1 在水库的土壤区域必须使用干式钻探或小型湿式钻探，并且不允许进行水循环钻探。

基岩可以用清水钻探。

4.5.2 记录并描述钻井情况，记录涌水、漏水、空腔、断层、断裂、层变、钻井损失和堵塞。检测孔的岩心回收率为90%，序列I的岩心回收率为80%。不需要其他孔顺序。

4.5.3 充填灌浆方法：坝基充填灌浆的基岩部分和纯水泥砂浆砌块堵头自上而下循环，坝土部分充填灌浆，水泥黏土浆料自下而上，断面和充填灌浆方法及自下而上的方法最佳。孔内的循环是检查孔的密封，注浆采用注浆。

4.5.4 充填灌浆段长度：坝基帷幕充填灌浆段为5m，坝基接触面以下第一段为3m；坝体充填灌浆段长5m，坝基接触面以上，正常水位以下冲积层的第一充填灌浆段长3m。

4.5.5 施工方法：采用自上而下的砌块循环充填灌浆，并根据钻孔顺序逐步加强施工。

构造顺序：I顺序孔→II顺序孔→III顺序孔。施工过程如下：隧道→清洁→简单的水压试验压力（第一阶段）→充填灌浆插入→最终标准为16小时→钻探的原始充填灌浆部分→合格的水压试验→下一节中不合格的施工和重新充填灌浆→直到合格。注浆前，应进行生产性注浆试验，并根据试验分析结果调整设计参数。

4.6 特殊充填灌浆条件的处理

4.6.1 当坝体表面出现纵向裂缝时，应分析原因。如果是可折叠的接头，则可以继续充填灌浆。

万一出现开裂，应加强观察。裂缝宽度应立即控制，直到裂缝闭合为止。

4.6.2 当坝体表面出现横向裂缝时，应立即停止充填灌浆。

如果裂缝深度较浅，则可以对粘土进行开挖和回填，然后继续充填灌浆。

如果裂缝很深，可以使用厚浆对裂缝进行充填灌浆，首先是上游充填灌浆，然后是下游充填灌浆，然后是中间充填灌浆。

4.6.3 立即在坝顶和斜坡处停止充填灌浆。

充填灌浆出口开挖并回填粘性土壤。在注浆之前，可将钻孔周围的注浆进行砂压。

4.6.4 对于与其他建筑物相接触的水下坝坡或土坝，可以使用厚浆充填灌浆间歇充填灌浆。

4.6.5 在第一个序贯孔内注浆时，有必要加强观察分析。如果确定水库的安全性不受影响，则可以同时浇注注浆孔和灌浆孔。如果不适合同时充填灌浆，可以用木塞堵住充填灌浆孔，然后继续充填灌浆。

在充填灌浆后期形成连续的泥壁，可以减少二次充填灌浆量。

4.6.6 对于基坑坍塌处理，在塌方处挖出部分泥浆，将粘性土回填并分层压实。

4.6.7 压力表读数增加并且没有注入浆料，表明浆料管被堵塞。管道应先用水冲洗，并应严格筛选泥浆，以确保泥浆指标的合理性。

4.7 充填灌浆完成标准及孔封

帷幕充填灌浆：在充填灌浆段设计规定的最大压力下，当充填灌浆速度不超过1L/min时即可完成充填灌浆，充填灌浆持续30min。坝体注浆：达到设计规定的重注浆时间后，可连续进行三遍注浆而不封孔。

密封：全孔充填灌浆完成后，用水灰比为0.5的新鲜水泥浆代替孔内的泥浆或水，采用全孔充填灌浆密封法密封孔。

4.8 施工质量验收

施工质量检验：

4.8.1 效果：在正常水位下储存水库水之后，水库坝脚外的总渗漏减少了85%-90%（水坝的渗漏量由当事方的建设和监督在充填灌浆施工之前进行方的施工，这是在接受期内减少渗漏的基础）。外坝坡为干坡，排水沟附近外坝坡接触面无渗漏。

4.8.2 程序：充填灌浆施工应严格按照设计程序进行。坝基帷幕充填灌浆后，无不合格充填灌浆段，所有充填灌浆段均能达到端面标准和防渗标准。

4.8.3 检查孔：注浆14天后，按施工孔总数的10%检查7个孔。检查孔的布置应由监理工程师，施工单位和施工单位根据实际情况确定。

通过钻孔检查，注浆质量检查主要包括水压试验和注水试验。必须保留检查孔的芯，并用盒号，孔号和芯盒深度标记。检查内容如下：帷幕充填灌浆后岩体的渗透率小于10lu。水库的渗透系数小于1×10-4。

5、结论

水库注浆工程是一项重要而复杂的隐蔽工程，从设计到施工必须予以重视，严格遵守施工技术规范和要求。在施工方的认真负责和配合下，水库充填灌浆取得了良好的防渗效果。同时注浆设计和施工技术要求对水库除险加固具有一定的参考价值。

参考文献:

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[2]魏玉涛,刘洁.充填灌浆在穿堤建筑物维修加固中的应用[J].海河水利,2019(04):68-70.

[3]梁雯.浅谈水库除险加固土坝充填灌浆施工[J].水利水电施工2018(01):61-63.

[4]杨万清.大坝除险加固工程中砌石体充填灌浆的施工技术[J]内蒙古水利,2017(10):28-29.

文章来源：龚勇.水库砂卵石地基充填灌浆施工工艺及质量控制[J].科学技术创新,2021(24):123-125.

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