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巖溶漏水通道堵漏灌漿技術(shù)與實(shí)踐
發(fā)布時(shí)間:2014-08-09
1 概述建筑物基礎(chǔ)為薄層泥質(zhì)、白云質(zhì)灰?guī)r,巖層層間泥化剪切帶較發(fā)育,部分剪切帶及斷裂構(gòu)造溶蝕嚴(yán)重。在施工過(guò)程中,一期工程圍堰基坑內(nèi)沿深孔導(dǎo)墻(兼縱向圍堰中段)導(dǎo)4~導(dǎo)5基礎(chǔ)層間溶蝕面形成了漏水通道,在基坑內(nèi)底孔消力池護(hù)坦范圍發(fā)現(xiàn)兩處集中涌水點(diǎn),兩處涌水點(diǎn)初期觀測(cè)到的涌水量分別為5L/s和25L/s,后期涌水量估算超過(guò)50L/s;二期圍堰基坑內(nèi)緩傾角小斷層溶蝕面形成了更大的漏水通道,在基坑內(nèi)表孔15#~16#壩段基礎(chǔ)范圍內(nèi)出現(xiàn)多處帶狀分布的大漏量涌水點(diǎn),總涌水量達(dá)80~100L/s。
對(duì)這類(lèi)高流速、管道型巖溶漏水通道的堵漏處理通常采用可控制凝固時(shí)間的化學(xué)漿材,但其價(jià)格昂貴、污染環(huán)境、影響施工人員健康。此外,地下水流特性不易掌握,化學(xué)漿材的膠凝時(shí)間難以控制,當(dāng)?shù)叵滤魉偬髸r(shí),亦需采取措施控制流速,否則,化學(xué)漿材不能產(chǎn)生膠凝反應(yīng)。
一期工程施工過(guò)程中對(duì)導(dǎo)4~導(dǎo)5基礎(chǔ)漏水通道的堵漏處理進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)近一年的摸索處理,研究分析了采用各種灌漿材料及灌漿方法進(jìn)行處理的可行性,以及相應(yīng)的水流控制措施,最終采取引管、閘閥控制滲漏水流速,采用水泥灌漿方法處理好該漏水通道。
二期工程表孔15#~16#壩段漏水通道出現(xiàn)后,直接采用一期工程導(dǎo)4~導(dǎo)5漏水通道的堵漏經(jīng)驗(yàn)和水流控制措施與水泥灌漿技術(shù),一次處理成功,基本沒(méi)有耽誤原定工期。
2 巖溶漏水狀況
2.1 一期基坑溶蝕剪切帶漏水通道
深孔導(dǎo)墻(兼縱向圍堰中段 )基礎(chǔ)為寒武系中統(tǒng)上峰尖組薄層及中厚層含泥質(zhì)白云巖,巖層走向280~290°,傾向SW(上游偏右岸),傾角一般為30~35°。導(dǎo)4~導(dǎo)5附近基巖中分布有多條溶蝕剪切帶,并形成漏水通道,在導(dǎo)4~導(dǎo)5右側(cè)泄洪深孔消力池內(nèi)形成W1和W1-1兩處大漏量集中涌水點(diǎn)。導(dǎo)4~導(dǎo)5和消力池開(kāi)挖高程32m左右,外江水位枯水期為42m高程左右,汛期達(dá)55~56m。經(jīng)分析,漏水通道主要順兩層產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致的溶蝕剪切帶形成,兩層剪切帶垂直間距4~5m。
兩處涌水點(diǎn)在清江枯水位初期觀測(cè)的涌水量分別為5L/s和25L/s,涌水量隨外江水位升高有明顯增大,經(jīng)過(guò)1997年汛期高水位變化對(duì)漏水通道的脈沖沖淘,汛后其漏水量明顯變大,在清江枯水位時(shí)測(cè)算涌水量超過(guò)50L/s。根據(jù)連通試驗(yàn),漏水通道內(nèi)水流流速為0.2~0.3m/s。
2.2 二期基坑緩傾角小斷層溶蝕漏水通道
二期基坑以編號(hào)300#剪切帶為界,右上側(cè)為黑石溝組第一段灰、淺灰色中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,左下側(cè)為上峰尖組薄層及中厚層含泥質(zhì)白云巖。巖體中發(fā)育有300#、300-4#、300-3#、300-8#、300-9#、300-2#、300-1#七條剪切帶及F205、F213、F214、F215四條斷層,具溶蝕性,尤其是F213、F214、300-4#與F205交接部位溶蝕強(qiáng)烈,在15#~16#壩段基礎(chǔ)內(nèi)形成了8個(gè)條帶形分布的涌水點(diǎn)及3個(gè)消水點(diǎn)?傆克窟_(dá)80~100L/s,單點(diǎn)涌水量最大達(dá)20~25L/s。F213、F214與 F205反傾,在15#~17#壩段形成一楔形體。
3 導(dǎo)4~導(dǎo)5溶蝕剪切帶漏水通道堵漏方案與措施
3.1 堵漏的必要性
導(dǎo)4~導(dǎo)5漏水通道的存在,加大了基坑的抽水量,影響消力池護(hù)坦?jié)仓c施工,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。另一方面地下涌水的長(zhǎng)期沖蝕,惡化基巖結(jié)構(gòu),影響消力池護(hù)坦板抗浮穩(wěn)定和導(dǎo)4~導(dǎo)5的抗滑、抗傾穩(wěn)定,給消力池及導(dǎo)墻的安全運(yùn)行留下隱患,必須對(duì)漏水通道進(jìn)行先堵漏,后加固處理。
3.2 導(dǎo)4~導(dǎo)5堵漏方案研究與摸索
1997年5月,在縱向圍堰導(dǎo)4~導(dǎo)5左側(cè)深孔消力池范圍,發(fā)現(xiàn)兩處涌水點(diǎn),為確?v向圍堰安全及消力池護(hù)坦砼澆筑質(zhì)量,減小基坑抽水量,必須對(duì)導(dǎo)4~導(dǎo)5基礎(chǔ)進(jìn)行防滲灌漿處理。灌漿孔布置在導(dǎo)4~導(dǎo)5右側(cè),孔口高程46m,灌漿孔底高程穿過(guò)溶蝕帶以下2m,分三序施工,并從一序孔中選取一定的灌漿孔為先導(dǎo)孔,確定溶蝕剪切帶的分布范圍及溶蝕規(guī)模。
施工單位于1997年6月8日開(kāi)始灌漿施工,后因汛期來(lái)臨,移至高程57m的導(dǎo)墻頂部繼續(xù)施工。先期施工的18#、22#、26#孔與兩個(gè)涌水點(diǎn)串通,從孔內(nèi)電視錄像揭示上述三孔分別于高程15.2m、20m和27m遇溶蝕剪切帶。由于涌水流速大,灌入的水泥及水泥砂漿不能凝固,漿液被高速水流稀釋并帶走。為封堵滲漏通道,灌漿過(guò)程中采取向孔內(nèi)投粗砂、小石子,注細(xì)骨料混凝土以及在水泥漿中加入速凝劑等措施,均未湊效。本次處理灌注水泥97t、細(xì)砂45t、氯化鈣130kg。
經(jīng)分析論證,認(rèn)為按原定堵漏灌漿方案,不能有效控制滲漏水的流速,堵漏灌漿難以取得成功,必須采取有效措施控制流速。進(jìn)行了井點(diǎn)抽水和封閉涌水點(diǎn)控制滲漏水流速的研究,針對(duì)護(hù)坦混凝土澆筑和堵漏灌漿的程序,比較了 “先澆后灌”和“先灌后澆” 方案!跋裙嗪鬂病狈桨腹酀{封堵巖溶滲漏通道難度很大,需實(shí)施井點(diǎn)抽水。由于溶蝕剪切帶范圍較小,滲漏途徑短,難以在處理范圍以外實(shí)施井點(diǎn)抽排水措施,并且井點(diǎn)抽水控制滲漏流速難度較大。經(jīng)綜合比較,選定“先澆后灌”方案。
“先澆后灌”方案是在涌水點(diǎn)埋設(shè)可控制漏水量的引水管,對(duì)護(hù)坦建基面的滲水裂隙進(jìn)行嵌縫堵漏,確保護(hù)坦板混凝土在無(wú)水條件下澆筑,然后進(jìn)行護(hù)坦的錨樁施工。堵漏灌漿時(shí)逐漸關(guān)閉引水管,降低滲漏水流速。由于基坑內(nèi)外的水頭差達(dá)十多米,需采取有效措施防止關(guān)閉引水管進(jìn)行堵漏灌漿時(shí)護(hù)坦混凝土板產(chǎn)生抬動(dòng)破壞,為此,考慮了護(hù)坦板增加壓重的后備措施。同時(shí),還應(yīng)防止因灌漿堵塞護(hù)坦建基面的排水系統(tǒng)。
3.3 巖溶滲漏水控制措施和水泥堵漏灌漿實(shí)施
(1)引管排水與嵌縫堵漏
涌水點(diǎn)W1-1、W1分別用Φ150mm、Φ273mm鋼管嵌入建基面以下50cm,采用快凝水泥砂漿嵌管,確保埋管周邊無(wú)滲水,將集中涌水引至臨時(shí)集水坑。在引管出口安裝控制閥和預(yù)留進(jìn)、回漿管。對(duì)建基面的滲水點(diǎn),進(jìn)行嵌縫處理,確保護(hù)坦混凝土在無(wú)水條件下澆筑。
(2) 砼澆筑及錨樁施工
護(hù)坦混凝土分兩層澆筑,堵漏灌漿前先澆底層混凝土,并預(yù)留護(hù)坦建基面縱橫排水溝;炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)齡期后,進(jìn)行錨樁施工。對(duì)不涌水錨樁孔直接進(jìn)行錨樁施工,對(duì)與溶蝕剪切帶串通的涌水錨樁孔,待埋設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置和進(jìn)行引水管關(guān)閉試驗(yàn)后,通過(guò)控制引水管閘閥進(jìn)行堵漏灌漿,灌至不再涌水后再安裝錨筋。
(3) 抬動(dòng)觀測(cè)裝置
為防止消力池護(hù)坦產(chǎn)生抬動(dòng)破壞,根據(jù)溶蝕剪切帶的的產(chǎn)狀和分布范圍,在消力池護(hù)坦已澆混凝土上布置5個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔(點(diǎn)),并選取兩根錨樁安裝鋼筋計(jì),監(jiān)測(cè)錨樁的變形。抬動(dòng)觀測(cè)孔深入到溶蝕剪切帶以下2m,鉆孔穿過(guò)溶蝕帶有涌水時(shí),用水玻璃-水泥漿液封堵,再繼續(xù)鉆進(jìn)。護(hù)坦板抬動(dòng)變形按不超過(guò)20 0μm控制。
。4)關(guān)閉試驗(yàn)及涌水錨樁注漿壓力
為防止完全關(guān)閉引水管及涌水錨樁灌漿引起護(hù)坦抬動(dòng),進(jìn)行了引水管關(guān)閉試驗(yàn),首先關(guān)閉W1-1,各抬動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)均未觀測(cè)到抬動(dòng)變形值,再逐漸關(guān)閉W1,穩(wěn)定20min,觀測(cè)引水管水壓力和抬動(dòng)變形,當(dāng)引水管水壓力達(dá)0.06Mpa時(shí),各抬觀測(cè)點(diǎn)均觀測(cè)到了不同程度的抬動(dòng)變形,其中一點(diǎn)最大抬動(dòng)變形值達(dá)120μm,并且隨著壓力的升高,抬動(dòng)變形值增加較快。
通過(guò)引水管關(guān)閉試驗(yàn),認(rèn)為控制錨樁孔灌漿壓力不超過(guò)0.06Mpa,可不需采取增加壓重的措施,對(duì)下一步導(dǎo)墻右側(cè)的堵漏灌漿,只要加強(qiáng)抬動(dòng)觀測(cè)和錨樁受力監(jiān)測(cè),亦不需采取增加壓重措施。
。5)堵漏灌漿
堵漏灌漿分兩次進(jìn)行,第一次結(jié)合導(dǎo)墻左側(cè)護(hù)坦涌水錨樁孔及增布的灌漿孔進(jìn)行溶蝕剪切帶出露范圍的堵漏灌漿,第二次在導(dǎo)墻右側(cè)灌漿充填溶蝕剪切帶滲漏通道。
涌水錨樁孔灌漿時(shí),關(guān)閉W1-1并控制W1開(kāi)度,漿液中摻加速凝劑,采取間歇、復(fù)灌處理至不再涌水,再安放錨筋。灌漿順序?yàn)橄冗吘墔^(qū),后主流區(qū),將水?dāng)D向主通道方向。經(jīng)多個(gè)錨樁孔灌漿,W1及W1-1被封堵。為防止下一步堵漏灌漿對(duì)護(hù)坦產(chǎn)生有害變形,更好地控制漿液,對(duì)連通性較好的一個(gè)涌水錨樁孔采取引管排水,另在護(hù)坦范圍以外自導(dǎo)墻左側(cè)向?qū)A(chǔ)鉆了兩個(gè)排水孔,兩孔涌水量均較大,對(duì)一孔引管至臨時(shí)集水坑,另一孔向上引接管至高程42.4m,接近外江水位。
在導(dǎo)墻右側(cè)第二次堵漏灌漿是在以上工作結(jié)束后開(kāi)始的,在導(dǎo)墻右側(cè)利用兩個(gè)與左側(cè)引水管相通的鉆孔分兩次實(shí)施堵漏灌漿。第一個(gè)串通孔通過(guò)控制引水管的開(kāi)度,灌至不進(jìn)漿,但引水管繼續(xù)出水,未能完全封堵溶蝕剪切帶;第二個(gè)串通孔灌漿開(kāi)始時(shí),引水管處于開(kāi)放狀態(tài),灌漿漿液串通達(dá)到一定濃度后,逐漸關(guān)閉引水管,控制漿液的的流速,當(dāng)灌漿孔回漿管回漿后,間歇性開(kāi)啟引水管排出稀漿,當(dāng)引水管排出漿液濃度接近進(jìn)漿濃度時(shí),引水管保持一定的開(kāi)度,連續(xù)灌漿直到引水管出漿量逐漸變小、漿液變稀,最后流出小流量清水,繼續(xù)灌注至引水管不出水,在0.15Mpa的壓力下停止吸漿為止,連續(xù)灌漿歷時(shí)12h,灌注水泥37.4t,細(xì)砂13.4t。
(6)溶蝕剪切帶封堵效果檢查
在上述兩孔的堵漏灌漿結(jié)束后,在導(dǎo)墻右側(cè)繼續(xù)進(jìn)行加密灌漿,加密后,灌漿孔最終孔距1.5m。加密孔灌漿吸漿量均較小。導(dǎo)墻右側(cè)灌漿工作結(jié)束后,在導(dǎo)墻左側(cè)護(hù)擔(dān)范圍內(nèi)布置2個(gè)檢查孔,鉆孔芯樣中取出水泥結(jié)石,檢查孔均不涌水,壓水透水率小于5Lu,說(shuō)明堵漏灌漿取得了預(yù)期效果。
4 15#~16#壩段緩傾角斷層溶蝕漏水通道堵漏灌漿
15#~16#壩段的滲漏通道將直接影響壩體砼的澆筑及壩基固結(jié)灌漿、帷幕灌漿的正常進(jìn)行,危及大壩的安全,影響水庫(kù)蓄水,必須對(duì)其進(jìn)行妥善處理。
15#~16#壩段緩傾角小斷層溶蝕漏水通道揭露后,直接采用導(dǎo)4~導(dǎo)5堵漏灌漿的技術(shù)措施和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),設(shè)法控制滲漏水流速,灌注水泥砂漿和水泥漿,主要措施如下:
在15#~16#壩段基礎(chǔ)混凝土澆筑前,對(duì)溶蝕通道各涌水點(diǎn)進(jìn)行嵌縫、引管、埋管,對(duì)漏水量大的兩個(gè)涌水點(diǎn)引管并安裝閘閥。同時(shí),在漏水通道上游開(kāi)挖截水井,安裝3臺(tái)水泵抽水,降低滲漏水頭及滲漏水流速,減小涌水量。灌漿前安裝抬動(dòng)觀測(cè)裝置,確保灌漿對(duì)壩體混凝土不產(chǎn)生抬動(dòng)變形。堵漏灌漿順序?yàn)樽韵掠沃鸩较蛏嫌芜M(jìn)行,灌漿壓力0.1~0.2Mpa,灌注漿液為0.5:1的水泥漿和水泥砂漿,并摻加適量速凝劑。堵漏灌漿時(shí),根據(jù)各涌水點(diǎn)灌漿情況開(kāi)啟或關(guān)閉引水管閥門(mén)。采用上述措施后,一次成功灌漿封堵了巖溶漏水通道。經(jīng)后續(xù)錨桿、固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的施工檢驗(yàn),該部位堵漏灌漿效果顯著。
5 結(jié)語(yǔ)
高壩洲工程導(dǎo)4~導(dǎo)5及15#~16#壩段巖溶漏水通道采用水泥灌漿進(jìn)行堵漏,降低了工程投資,取得了良好的防滲堵漏效果,避免了化學(xué)灌漿的環(huán)境污染,滿足環(huán)境保護(hù)要求,為下一步建筑物基礎(chǔ)防滲加固處理創(chuàng)造了有利條件。
通過(guò)高壩洲工程巖溶漏水通道的堵漏灌漿實(shí)踐,有以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì):① 巖溶漏水通道對(duì)工程有危害需堵漏時(shí),首先應(yīng)查明其發(fā)育規(guī)模及分布范圍,不可盲目實(shí)施堵漏灌漿。② 高流速、管道型巖溶漏水通道,采取引管控制出口流量,結(jié)合在合適位置進(jìn)行井點(diǎn)抽排水,根據(jù)實(shí)際情況制定灌漿程序,能有效降低水流流速,采用水泥灌漿可取得滿意的效果。
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