油车水库左岸防渗帷幕实验阶段的质量控制

王定柱

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概况

油车水库工程拟建于江苏省宜兴市南部山区湖滏镇,主要任务是防洪和城镇生活供水。坝址位于洑西涧中游,距离下游湖滏镇和丁蜀镇分别为4km和8km。水库总库容为3324万m3,属Ⅲ等中型水库工程,正常蓄水位38.3m(镇江吴淞高程系,下同),相应库容1945万m3,汛限水位38.3m;设计洪水标准为100年一遇,相应库水位42.42m,相应库容3075万m3;校核洪水标准为2000年一遇,相应库水位43.20m,相应库容 3324万 m3;死水位 24.54m,死库容100万m3。油车水库枢纽建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、引水放空钢管等。

水库左岸防渗帷幕线处于强岩溶发育区,地表发育众多的呈近东西向排列的落水洞、土洞及溶蚀漏斗。该区位于宽广的斜坡上,南北方向延伸范围较广。左岸防渗帷幕线全长2369m,分100个单元,每24m为一单元,设置一个先导孔。防渗帷幕沿轴线,以透水率q≤5Lu下限线为相对不透水层控制线。防渗帷幕设单排,孔距2.0m;遇断层双排,排距1.5m;遇大溶洞设置三排,排距1.5m。防渗帷幕底线在-23m～-31m高程。在先导孔施工过程中,发现该地区的溶洞特别发育,其中39号先导孔溶洞有27.3m以上。左岸帷幕线地质复杂,溶洞裂隙多,存在串通现象,到目前为止,发现溶洞最大串通长度达140m左右。因此,防渗帷幕质量控制的效果直接关系到整个工程的质量。

2 帷幕灌浆试验阶段的质量控制

2.1 灌浆施灌前控制

2.1.1 在灌前和灌浆过程中不定期对每台自动记录仪、高速搅拌机、灌浆泵、流量计、记录仪压力值与压力表进行检查,并经率定合格后才准予使用;

2.1.2 利用钻杆作射浆管时,射浆管必须下到位 (距孔底≤50cm);

2.1.3 先导孔在做压水实验之前,必须卡塞到位;

2.1.4 在孔口封闭器安装前,要检查密封圈。

2.2 灌浆施工过程控制

2.2.1 灌浆分三序施工,先施工Ⅰ序中的先导孔,然后依次施工Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序孔。钻孔灌浆段第一段段长2.0m,第二段及以下各段段长均为6.0m。造孔均采用地质回转钻机,先导孔开孔孔径为110mm,确保入岩 2m,下89mm孔口管。孔口管埋好之后灌注第一段,如果能用水泥浆灌注正常结束就直接钻第二段;如果不能正常结束就灌注膏状浆,待凝24h以后扫孔复灌,直到能以水泥浆灌注正常结束才进行下一段的钻进。基岩段钻孔孔径为76mm,帷幕灌浆孔与设计孔位偏差不大于10cm,孔深不超过设计孔深的±0.5m。

2.2.2 每段孔在钻孔结束时,不提钻进行大流量水对孔壁冲洗,直至冲洗干净为止。回清水时间不少于10min,总洗孔时间不少于30min。

2.2.3 每段孔在灌浆前必须进行压水实验。先导孔采用单点法压水实验,其它各序孔采用简易压水试验。吸水量的稳定标准:将压力调到规定数值并保持稳定后,每5min测读一次压水流量,当流量大于5L/min时,连续四次读数,其最大值和最小值之差小于最终值的10%;当流量小于5L/min时,连续四次读数,其最大值和最小值之差小于最终值的20%;或连续四次读数,流量均小于0.5L/min,则最终读数即为计算流量。

2.2.4 灌浆压力采用第一段0.3MPa,第二段0.5MPa,第三段1.0MPa,第四段及以下各段均采用3MPa。

2.2.5 水泥浆浆液水灰比为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1五个比级,浆液比重分别为1.125、1.200、1.286、1.501、1.802。在稳定设计压水压力情况下:①压入流量Q终﹤30L/min,开灌水灰比采用5∶1;②压入流量30L/min﹤Q终﹤50L/min,开灌水灰比采用3∶1;③压入流量50L/min﹤Q终,开灌水灰比采用2∶1。当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或注入率不变而压力持续升高时,不改变水灰比;当某级浆液注入量已达300L以上,或灌浆时间已达30min,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,改浓一级水灰比;当注入率大于30L/min,根据具体情况越级变浓。一次浆液使用时间 (从制浆至弃浆)不超过4h。

2.2.6 膏状浆采用水:水泥:膨润土=0.5∶1∶0.1、0.5∶1∶0.2、0.5∶1∶0.25、0.5∶1∶0.3四个比级 (依次为第一、第二、第三、第四比级),过渡浆为水:水泥:膨润土=0.5∶1∶0.05。在稳定设计压力情况下,当变浆水灰比达到0.5∶1,浆液灌注单段耗灰量将要达到2t或灌浆时间达到 30min仍然不能灌浆结束,采用过度浆液灌注30min,灌注结束、待凝;如果仍然达不到预期效果,采用膏状浆灌注。①若遇溶洞较小或充填物较多的溶洞,当压水压力达不到设计标准时,直接灌注膏状浆。第一级膏状浆灌注小于1000L或30min,升高到第二级灌注2000L或30min,变浆到第三级2000L～3000L或30min,然后灌浆到第四级。灌注水泥干料按2t/m控制。膏状浆液的待凝时间按24h控制。当膏状浆灌注结束后,进行简易压水实验,符合水泥净浆灌注标准时,按水泥净浆标注灌注水泥净浆,直到能以水泥净浆灌注正常结束为止。若不能达到水泥净浆的结束标准,则继续灌注膏状浆液;②若遇较大溶洞 (无充填物或充填物较少),使用粒径小于40mm碎石回填。骨料分为4级控制:第一级2mm～5mm,第二级5mm～10mm,第三级10mm～20mm,第四级20mm～40mm;按次序投放,每级投入量根据溶洞大小按200kg～1000kg控制。然后灌注砂浆待凝16h。当发现仍然有较大的空腔时,使用高流态C20混凝土回填密实,混凝土塌落度 180cm～220cm,骨料粒径小于40mm,溶洞填满后,待凝16h,然后按①操作。

2.2.7 严格控制造孔孔位、倾角及方位角,灌浆孔均进行孔斜测量,孔底偏差不大于表1中的规定值。

表1 钻孔孔底最大允许偏差单位:m

孔深大于60m时,孔底最大允许偏差应根据工程实际情况并考虑帷幕的排数具体确定,一般不宜大于孔距。

2.2.8 帷幕孔全孔钻孔结束并经单孔验收合格之后进行封孔,采用 “全孔灌浆封孔法”封孔。即将注浆管下入孔底,用灌浆泵将0.5∶1浓水泥浆液注入孔底,将孔内积水或稀浆置换出孔外,待孔口返出0.5∶1浓浆之后提出注浆管,采用孔口封闭器进行纯压式灌浆封孔,屏浆60min即结束。

2.3 灌浆后工程质量检查

检查孔压水试验在灌浆结束14d后进行。帷幕灌浆检查孔的数量为灌浆孔数的10%,每个单元工程内至少布置有一个质量检查孔。帷幕灌浆检查孔压水试验采取五点法,帷幕灌浆先导孔自上而下分段进行五点法压水试验,试验压力采用 0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa及0.3MPa。

2.4 特殊情况处理

2.4.1 漏、冒浆的处理。灌浆过程中发现冒浆、漏浆时,视具体情况采用嵌缝、表面封堵、灌注浓浆、降低压力、限流、限量和间歇灌浆等方法进行处理。

2.4.2 串浆孔段的处理。(1)灌浆过程中发生串浆时,被串孔正在钻进,串浆量不大,可继续钻进,否则停止钻进。封闭串浆孔,待灌浆结束后,串浆孔再行扫孔、冲洗,而后继续钻进施工;(2)如与待灌孔串浆,串浆量不大时,可于灌浆的同时在被串孔内通入水流,使水泥浆不致在孔内沉淀而堵塞钻孔内的岩石裂隙。串浆量较大时,如条件具备可同时灌浆,如不具备同时灌浆的条件,则封闭被串孔,待灌浆孔灌注结束后,立即打开被串孔扫孔冲洗后尽快灌浆;(3)若两个孔同时灌浆,且两孔段使用的灌浆压力又不相同而出现串浆时,若无法灌注结束,则封闭较低灌浆压力的浅孔,待深孔灌浆结束后再灌浅孔。

2.4.3 灌浆中断的处理。灌浆过程中若因故中断,可采用如下措施处理:(1)尽早恢复灌浆,否则立即冲洗钻孔,再恢复灌浆,如冲洗无效则扫孔重灌;(2)恢复灌浆时使用中断前浆液灌注,如注入率与中断前相近,则逐渐加浓浆液直至灌浆结束;(3)如中断时间较长,恢复灌浆时,如注入率较中断前减少较多且在短时间内停止吸浆,采取补救措施进行处理。

3 灌浆试验成果分析

帷幕灌浆分序统计分析。从试验段 (53～56单元)灌浆的复灌次数来看,膏状浆按2t/m控制,一般二到四段复灌次数比较多,Ⅰ序孔平均要复灌6到7次,Ⅱ序孔要复灌5到6次,Ⅲ序孔相对比较少。第四段以下一般还是比较容易灌注。复灌的次数随着灌浆次序的增进而减少,说明单位注入量逐渐降低,反映了Ⅰ序孔的灌浆对Ⅱ序孔有一定的影响,Ⅱ序孔的灌浆对Ⅲ序孔有一定的影响,符合灌浆的一般规律,灌浆试验达到了预期效果。从灌浆的复灌情况可以看出:(1)单位注入量的递减速率与灌浆次序有着密切的关系;(2)单位灌浆材料的用量,序与序之间有着明显的变化;(3)地质条件不同,灌浆材料用量的递减速率也有所差别。一般来说,溶蚀发育,地质条件差,其排、序的递减速率就越大,灌浆效果也就越明显。

4 结语与建议

油车水库坝体为粘土心墙坝,左岸防渗帷幕溶岩发育,溶洞数量众多,在已经钻出来的孔中,最大的溶洞高达27.3m以上,溶洞在第二到第四段比较集中,施工难度大,处理困难。虽然在前期帷幕施工中走了许多的弯路,但是通过思考、分析、总结和试验,已摸索出了一条适合左岸防渗帷幕的处理方法,为左岸防渗帷幕的顺利施工打下了坚实的基础。