灌注漿技術在水利水電工程中的應用及施工工藝

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灌注漿技術在水利水電工程中的應用及施工工藝

2019-03-23

水利水電工程注漿技術作爲水工建築物地基處理中常用措施,在水工大壩壩基防滲和除險加固處理中得到廣泛的應用,在水利水電工程壩基注漿中,經常會遇到大吸漿量地層,特大漏水通道,正在冒水的堵水,承壓水和岩溶地段等情況,特殊情況的注漿方法與施工工藝進行總結。
1、大吸漿量情況的灌注方法
在一般的裂隙岩層中注漿,多數情況可在1—3h之內結束注漿,單位耗灰量通常不超過100—200kg/m,然而,有時會出現大量吸漿不止,注漿難以結束的情況,其主要原因是地層的特殊結構條件促使漿液從附近地表冒出,或沿著某一固定的通道流失。
大吸漿量地層一般可按以下原則進行處理:
(1)降壓:用低壓甚至用自流式注漿,等裂隙逐漸充滿漿,漿液的流動性降低後,再逐漸升高壓力,按常規要求進行注漿。
(2)限流:限制注入率不大于10—15L/m?m以減少漿液在裂隙裏流動速度,促使漿液盡快沈積,待注入率明顯減少後,將壓力升高,使注入率基本保持在10—15L/m?m水平,直達到注漿結束標准後結束注漿。
(3)濃漿灌注,采用水泥漿(一般爲0.5:1)進行灌注。
(4)加速凝劑,在水泥漿(一般爲0.5:1)中摻入水玻璃氯化鈣速凝劑。
(5)灌注水泥砂漿,根據灌注情況,摻砂可以按水泥重量的10%、20%—……100%逐步增加砂的粒徑也可逐漸變粗,將砂漿攪拌均後,用砂漿泵灌注。
(6)間歇注漿,在灌注一定數量水泥或灌注一定時間後,停止注漿一段時間,每次間歇之前,水泥注漿量或注漿時間根據地質情況,注漿目的確定,間歇時間通常爲2—8h,這種特殊情況的注漿,結束時不一定要達到設計壓力,若無法在設計壓力結束注漿,可低至結束注漿,待凝一段時間後掃孔、複灌,複灌時爭取在設計壓力下結束注漿。
2、特大漏水通道的灌注方法
采用定向爆破法建造的堆石土壩,在于壩肩岩體中容易産生爆破而導致的特大裂隙,在可溶性岩石地區,由于溶蝕形成的喀斯溶洞,溶溝造成大量漏水的情況時有發生。對于這種特殊漏水通道,若采常規注漿方法,不僅會耗費大量的材料,而且有時根本沒有成效,對此,要根據不同情況進行處理。
2.1無水流作用和傾角較緩的大裂隙
首先采濃漿,水泥砂漿或間歇注漿進行處理,若效果不明顯,則可改用定量灌注穩定漿液或混合漿液,穩定漿適用于遇水性能惡化,注入量大的地層,混合漿液包括水泥砂漿,水泥粘土漿,水泥粉煤灰漿和水泥玻璃漿等。
2.2有水流作用或傾角較陡的大裂隙、大孔洞
(1)沖填級配料。在孔口用稠水泥漿沖灌粗砂礫石(粒徑由小到大)。或灌注一段時間後仍無效果,再改用濃漿沖灌級配粒料、配料時先攪拌成一定稠度的漿液從孔口倒入,等灌滿後用常規方法進行灌注,所謂級配料,應是包括土、砂、礫石等粗細顆粒都有的混合料,能自然形成反濾層,其中包含的粒料應是先細後粗,逐級擦素,到某一級再也灌不進去時即停止。每級灌入的數量根據判斷來掌握,可爲200—1000kg,粒料的分級,可采用2—5mm、5—10mm、10—20mm、20—40mm、40mm五個級別,充填粒料的主要目的,主要是希望用某一級礫石在窄縫處形成“架橋”迅速將縫隙在中途堵住,以便于形成反濾層,將通道漏水堵死。
(2)模袋注漿,模袋采用尼龍、聚脂或聚丙烯等材料用特殊的紡織工藝組成,織物強度高,在注漿壓力作用下,模袋內水泥漿中的水分可由袋內析出,而水泥顆粒不會外漏。這樣可以降低水灰比,提高固結強度,縮短固結的時間。水泥漿液在模袋中凝固,在水下不具有分散性,當水流漏較大時不會被沖失;模袋在壓力作用下能産生變形,適應不同形狀的溶洞,有利于堵塞。施工時首先往袋內灌注水灰比爲0.6—0.8或1.0的水泥漿,然後將充滿水泥漿的模袋鑽孔投入孔內,孔內模袋達到一定數量後再在原孔位進行注漿處理。
(3)雙漿注漿。多漿灌注漿是化學注漿中的一種,也屬于控制注漿的範疇。水泥漿液和速凝劑(一般采用水玻璃)分別從兩個注漿管進入混合器、水泥漿和水玻璃在混合器中充分混合後,在速凝前到達孔底。爲了達到預期的防滲效果和滿足防滲體強度要求,需要對漿液的擴散距離進行控制,漿液既不能擴散得太遠造成材料浪費,又不能因漿液的擴散範圍太小使防滲體的強度不夠,如果漿液凝結時間太短,注漿孔沖走。如果漿液凝結的時間太長,在混合物到達地層前將被沖走。如何有效地控制注漿,形成有效的截水牆來堵水,對岩溶地區注漿非常關鍵,爲此,往往需要通過現場的試驗來確定雙漿液注漿比例,注漿壓力,注漿流量等施工參數以達到有效封堵大漏洞的目的。
3、正在冒水情況的堵水注漿方法
正在冒水情況的堵水注漿可根據具體情況分別采取措施。
3.1從較大的集中漏水點冒水
此種情況多發生在岩溶地區和混凝土中有特大缺陷的地方,應針對出水點,根據出水量的大小,先埋沒一段適當直徑的孔口管,將水集中引到管中導出,再將周圍可能冒水冒漿的岩縫和孔洞封堵好,然後從孔口管中進行反壓注漿,反壓注漿的壓力爲P=P1+P2,其中:P1爲孔口管關閉後的水穩壓力,P2爲正常情況下注漿壓力。
3.2沿裂縫冒水或浸水
對于冒水量較大的,可采用以下步驟進行處理(1)鑽若幹個與裂隙交的深孔,埋上孔口管,將裂縫水從管中引出;(2)在深孔之間鑽若幹個與裂隙相交的淺孔,埋上孔口管;(3)沿裂隙口鑿槽,先用棉沙、麻刀等對裂縫進行封堵,然後用砂漿填槽;(4)對淺孔用較低壓力注漿;(5)淺水待凝一段時間後,對深孔用較高壓力進行注漿。對于冒水量較小的,可先沿裂隙鑿一深5-10cm的凹形槽,在槽的底部鋪一鐵皮,穿過鐵皮埋沒若幹根注漿管,用速凝砂漿將槽填平砂漿達到一定弧度後,從裂隙的較低端向上依次注漿。
4、有承壓條件下的注漿
從注漿孔中湧出承壓水有兩種情況:一是注漿地層處于具有較高壓力水源的含水層中;二是水庫已經蓄水,在低于庫水位的廊道或洞中進行注漿。
此時注漿壓力一定要高于湧水壓力,否則漿液將無法灌入,如果穩定湧水壓力爲P3,要求的注漿將壓力P4,那麽此時的注漿壓力應爲P=P3+P4,同時爲了避免因注漿壓力過高引起地層被壓裂或引起基礎擡動,應保證P<P6,P6爲地層所能承受的極限壓力。承壓條件下,注漿一般可以按以下方法進行。
(1)壓力屏漿法,在正常注漿達到結束標准後,仍維持原水泥的濃度或改用5:1的稀漿,以相同的壓力繼續循環灌注一定時間(如4-8h)後再結束,以防止已灌入裂隙內的漿液回流。
(2)閉漿,所謂閉漿就是在達到注漿達到結束標准後,立即關閉回漿管閥門和進漿管閥門,漿方法,使灌入的漿液仍暫時處于受壓狀態,待凝一定時間後,打開閥門,檢查是否達往外湧水,如無湧水現象,則認爲合格,閉漿時間一般爲6-8h.
(3)濃漿結束,如經過上述依法處理後效果仍不顯著,可考慮利用化學灌先采用上述方法將漿孔段的注入率減少到一定程度,例如小于3-5L/min,然後再采用化學注漿方法進行注漿,化學溶液在岩石內很快凝聚,不僅可以將細小裂隙密實,也可將湧水堵住。
5、岩溶地段的處理
岩溶地段注漿根據有無充填物采用不同的方法處理。
5.1無填充物情況
(1)對于大空洞岩溶,可采用直接回填高流態的混凝土,骨料粒徑小于20mm,混凝土標量一般C15,若岩溶發育較深則需采用溜槽、導管結注方式,以避免混凝土出現分離、灌注後待凝7d,然後重新掃孔灌注水泥漿;(2)對于空洞較大的岩溶,也可以擴大注漿孔孔徑,往孔內投入粒徑小于40mm的幹淨碎石,填滿後再灌注水泥砂漿,灌注後待灌注水泥漿,水泥砂漿,灌注後待凝3d,然後重新掃孔進行簡易壓水,根據壓水資料灌注水泥漿,水泥砂漿或其它混合砂漿;(3)對于空洞較小的岩溶,可灌注水泥砂漿或其它混合漿液,灌注後待凝3d,重新掃孔,簡易壓水,根據壓力資料確定灌注水泥漿,水泥砂漿或其他混合漿液。
5.2有充填物情況
對于有充填物的岩溶,視岩溶規模的大小及深度可采用適當的方式進行處理。
(1)高壓注漿法,采用不沖洗的高壓水泥注漿處理岩溶,即利用較高注漿壓力將充填物擠壓密實,提高其抗滲穩定性,並籍高壓水泥漿的劈裂作用,使水泥漿以條帶狀向土體中窗杆,縱橫交錯形成網格包裹,但在較大溶洞地區,因鑽進不易成孔,需考慮管或先用旋噴法將溶洞充填物加固後再進行高壓注漿。
(2)高壓旋噴注漿法,旋噴注漿法又是叫旋噴法,是利用鑽孔機帶有特殊噴嘴注漿管鑽進至土層的預定位置後,用高壓脈沖泵將水泥漿液通過鑽杆下端的噴嘴裝置,向四周高速噴入土體,借助流體的沖擊力切削土層,使噴流射程內土體遭破壞,與此同時鑽杆一面以一定速度旋轉,一面低速徐徐上升,使土體與水泥充分攪拌混合,膠結硬化後即在地基中形成直徑比較均勻,具設備不同,旋噴法分爲舉管法,二重管法和三重管法,根據成柱形式不同,可以分爲旋噴法、定噴法、擺噴法。
(3)花管灌注法,在含沙泥溶地段進行高壓注漿難以成孔,若以帶孔眼前的鋼管插入溶洞內形成人造孔壁,則可防止塌孔,在注漿過程中也不易被砂土顆粒堵塞高壓閥門或注漿設備,漿液可以較大的壓力通過眼射入土層,高壓力的作用,水泥漿可以進入到砂土層中去。將充填物壓密,擠出基含水分,達到前關注,壓實充填物的目的。
(4)淺層岩含泥溶油處理。對于埋較淺或出露在注漿隧洞周圍的大規模岩溶,挖除充填物並回填混凝土,再進行回填注漿。

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