GIN法帷幕灌浆在小浪底工程中的应用和发展文档格式.docx
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2.00
注:
黏聚力用旋转黏度计测试
(2)制浆工艺流程(见图1)。
①成品膨润土膏是膨润土经过充分膨化后获得的,一般浸润时间要6小时以上。
②加水泥后必须高速搅拌,使水泥颗粒充分分离。
③由于原材料的不均质性,必须对浆液进行经常性的现场指标测试。
图1 制浆式艺流程图
2.GIN值的确定
隆巴迪建议了5种C1N值和相应的包络线,他认为在大多数情况下,推荐采用150Mh·
L/m的中等灌浆强度值。
根据小浪底工程的具体情况并参照在勘测阶段的灌浆试验的压力值,根据不同深度选用了3种不同的强度值包络线(见图2)。
3.结束标准的确定
根据隆巴迪的理论,不难看出,当给定了GIN包络线以后,灌浆过程线只要和包络线的任何一个部位相交,均可视作灌浆结束。
然而在我国常规灌浆中,必须达到规范规定的灌浆结束标准。
结束标准中规定了灌注压力、单位灌注量和灌注时间。
(1)当灌浆压力达到最大压力Pmax或GIN值,每5m段长注入率小于1L/min或2L/min,延续10分钟或30分钟结束。
(2)当灌浆量达到y一,但小于灌浆强度值时,间歇30分钟后恢复灌浆,如果达到GIN值,按
(1)的要求结束,否则应再间歇30分钟重复灌浆,直至达到
(1)要求的结束标准。
耗浆量特大的孔段,当实际灌浆量达到2000L/时也可结束。
(3)当灌浆过程线与P哑或GIN相交时,5m段长注入率超过2L/min或1L/min,可允许沿GIN曲线降压下滑以达到小于2L/min或1L/rain的目的。
图2 小浪底工程选用的GIN包络线
(4)灌浆结束后原则上不待凝,但对于个别低压力大耗浆量的孔段要视情况待凝8~24小时再进行以下孔段的钻进。
4.灌浆过程监控
GIN法灌浆的全过程是在计算机的监控下进行的。
通过计算机对灌浆机组不断地发出指令,使灌浆机组人员按照指令调整灌浆压力和速率,达到正常的结束标准。
与此同时把灌浆的各种过程曲线(—般为五种)和灌浆参数进行自动输入、存贮和打印。
监控装置由工业主控机、监视器、打印机、数据采集及转换器、压力传感器和流量传感器等组成。
目前由中国水利水电基础工程局与西安交通大学联合开发的GMS一2001注浆数据一监控采集及处理系统可以实现8个通道的GIN灌浆监控。
GIN法灌浆的过程控制,大体可分为三种情况,即:
微细裂隙地层、中等发育裂隙地层和宽大张开裂隙地层。
二、灌浆成果及分析
1.GIN法灌浆试验
1995年在左岸单薄山体北端垭口副坝基础帷幕线上,主要地层为三迭系下统T1s、T14岩组。
灌浆试验分直孔和斜孔两组。
(1)灌浆试验成果资料。
从表2可以看出,直、斜孔组灌浆试验有一个共同的规律,I序孔灌浆效果不十分明显,只有在Ⅱ序孔灌浆以后,情况才发生根本的变化,在Ⅲ序孔灌浆以后才完全达到设计要求。
平均单位注入量I、Ⅱ序差别不是很大,只是在Ⅲ序孔,注入量才显著降低,这正是GIN灌浆的特点。
表2 GIN法帷幕灌浆试验成果汇总表
组次
序次
孔号
段数
灌浆基岩
厚度
(m)
岩芯
采取率
(Lu)
灌前
透水率
单位
灌浆量
(L/m)
纯灌
灰量
(kg)
平均
单耗
(kg/m)
灌浆强度
范围值(MPa·
L/m)
时间
(h)
备注
直
孔
组
Ⅰ
A1
10
55.12
98.6
16.28
90.8
4617.1
83.8
48.8-209.4
15.48
该组灌浆试验水泥总废弃量为23246.2kg.
A2
11
58.30
97.8
9.66
43.3
2330.3
40.0
4.6-177.5
11.42
合计
21
113.42
6947.4
26.90
Ⅱ
B
56.00
98.2
12.90
101.8
5261.7
94.0
9.2-211.8
14.78
Ⅲ
C1
55.60
98.3
2.70
63.5
3257.7
58.6
20.4-196.6
12.08
C2
55.90
98.8
1.39
104.3
5377.9
96.2
17.8-214.0
13.03
22
111.50
8635.6
25.11
总计
54
280.92
20844.7
66.79
斜
A′1
54.50
96.0
11.07
156.0
7126.0
144.0
57.3-233.9
18.35
1.A′孔第11段,段长5m,因孔故未灌浆。
2.该组灌浆试验水泥总废弃量为28281.3kg。
A′2
54.80
10.44
106.4
5380.3
49.7-211.5
15.46
109.30
12506.5
30.01
B′
99.3
9.52
112.9
5675.8
104.1
18.6-201.0
14.60
C′1
54.85
97.9
1.90
56.6
2866.5
52.3
22.4-207.9
11.55
C′2
55.20
99.5
2.41
70.3
3579.0
64.8
46.4-208.1
12.36
110.05
6445.5
23.91
55
273.85
24627.8
72.52
(2)效果检查。
在灌浆结束14天以后,直孔和斜孔组合各打了一个检查孔,即J和J′孔,发现了大量的水泥结石充填层,一般厚度O。
3~1.Omm,少数大于2mm。
检查孔压水成果见表3。
压水试验结束满足设计防渗标准(≤5Lu),说明设计参数基本合理。
2.GIN法试验性生产
GIN灌浆试验以后,分别在进行帷幕灌浆施工的2号灌浆洞和4号灌浆洞,各选取了一段帷幕进行GIN法试验性生产。
2号灌浆洞选取了桩号
DG0+764.25-DGO+807.00,4号灌浆洞选取了桩号DGO-559.00~DGO-591.02。
表3 检查孔压水试验成果表
压水段数
压水区间(段数/频率)Lu值
≤1
≤2
≤3
≤5
〉5
J
9/82
10/91
1/9
J′
4/33
6/55
8/73
J+J′
13/60
16/73
18/82
20/91
2/9
表4 2号灌浆洞GIN法帷幕灌浆综合成果表
桩号
次号
孔数
灌浆总长(m)
总耗灰量(kg)
平均单耗(kg/m)
DG0+764.25~
DG0+807.00
7
390.75
104099.7
266.4
8
443.11
111330.6
251.3
13
710.29
105922.7
149.0
28
1544.15
32135.0
208.1
(1)成果资料。
2号灌浆洞和4号灌浆洞用GIN法试验性生产成果见表4和表5。
表5 4号灌浆洞GIN法帷幕灌浆综合成果表
次序
DG0-559.00~DG0-591.00
5
333.5
25229.8
75.7
4
258.00
13420.1
52.0
516.8
16380.4
31.7
17
1180.3
55030.3
49.7
表6 检查孔压水试验成果表
洞号
检查孔数量
透水率(Lu)区间(段数/累计频率)
2号
6
64
47/73.4
61/95.0
64/100
4号
26
20/76.9
26/100
从灌浆成果可以看出:
①随着次序的增加单位注入量均呈递减趋势。
②I、Ⅱ序递减不甚明显甚至不递减,只在Ⅲ序时才呈明显的递减,这正是GIN的特点,说明I、Ⅱ序孔基本上在独立地对地层进行灌注,I序对Ⅱ序孔影响很小。
(2)灌浆效果检查。
灌浆结束14天以后,2号灌浆洞和4号灌浆洞分别布置了6个和2个检查孔。
表6列出了压水试验成果。
根据检查孔压水试验成果以及和灌前的透水率曲线对比分析,灌浆效果是非常好的,远远满足了设计防渗标准(5Lu)。
3.GIN法生产应用
试验和试验性生产成果表明,GIN法灌浆已具备了直接应用于生产的条件。
因此,2000年3月份在进行左岸山体帷幕灌浆招标投标时,划出了两个标段4子标(DGO-558.0~DGO-735.17)由中国水电三局承担,6子标(DGI+023.89-DGl+264.89)由中国水电基础局承建。
专门按GIN法进行施工。
(1)灌浆综合成果。
灌浆综合成果见表7和表8。
可以清楚地看出,随着灌浆排序的递增,单位注入量呈现明显减小的趋势。
与此相适应,从单位注入量的频率分布变化也可看出,随着孔排序的递增,低注入量的孔段频率在逐渐增加,而高注入量的孔段频率在逐渐降低,这都是灌浆效果的具体体现。
表7 4子标溢洪道北侧4号洞北端灌浆综合成果表(DG0-558.0~DG0-735.17)
排序
灌浆次序
灌浆总长度(m)
注入泥总量(kg)
灌浆段数
上
游
排
1609.42
346647.07
215.39
330
1608.67
22736.93
141.34
44
3217.84
430078.41
133.65
660
88
6435.93
1004087.41
156.01
1320
下
E
438.94
306113.29
697.39
90
16
1170.05
82279.34
703.21
240
1609.45
919839.96
571.52
3218.88
1138419.39
353.67
6437.32
3187164.98
495.11
176
12873.25
4191252.39
325.58
2640
表8 6子标副坝以北帷幕灌浆综合成果表(DG1+023.89~DG1+264.89)
孔 排
孔序
上游排
628.5
214413.0
341.2
127
632.1
259098.8
409.9
19
1225.9
340834.7
278.0
247
39
2486.5
814346.5
327.5
501
下游排
31
2282.7
2144820.7
939.6
456
2244.1
1414733.4
630.4
452
59
4193.6
1970789.7
470.0
840
122
8720.4
5530383.7
634.2
1748
161
11206.9
6344730.2
566.1
2249
根据灌浆规范的要求,在上述两个部位灌浆结束以后均布置了帷幕检查孔,通过压水试验来评价帷幕是否满足设计要求。
从表9可以看出,两个部位按GIN法灌浆以后,均满足了设计的防渗标准。
4子标段,97.4%的孔段Lh值小于1Lu,100%的孔段小于3Lu;
6子标段86.0%的孔段小于3Lu,92.4%的孔段小于5Lu,基本满足了单排孔5Lu双排孔3Lu的防渗标准;
从先导孔和检查孔Lu值频率区间对比也定性可以看出灌浆的明显效果。
如上述两个部位灌前>
3Lu的频率分别为73.4%和65.8%,灌后降为0和14.0%,效果十分显著。
表9 先导孔和检查孔压水试验成果表
部位
孔别
4子标
先导孔
20/22.2
24/26.6
31/34.4
58/65.6
检查孔
18
265
258/97.4
265/100
0/0
6子标
152
37/24.3
52/34.2
54/35.5
98/64.5
198
145/73.2
171/86.0
183.92.4
15/7.6
4.GIN灌浆法的优点
小浪底工程经过GIN灌浆试验,试验性生产到推广应用,采用GIN灌浆法有以下优点:
(1)由表10可以看出,GIN法与常规灌浆法相比能够节约水泥1/3~1/2,同时提高工效,因此经济效益十分显著。
表10 GIN和常规灌浆方法对比表
方法
纯灌时间
平均单位注入量(kg/m)
常规灌浆部位
左岸垭口
GIN
16.18(min/m)
91.5
地质条件基本相同的左岸山 梁的常规灌浆试验
常规
25.94(min/m)
137.5
2号灌浆洞
1.54(h/孔段)
149.34
同部位
2.12(h/孔段)
274.48
4号灌浆洞
0.86(h/孔段)
1.14(h/孔段)
158.8
325.6
3子标(5子标)
788.5(593.9)
460.5
6子示和副坝相邻地段各取20个孔
832.0
(2)由于采用了单一配比的浆液,出电脑监控灌浆全过程,简化了工艺,节约了人力,减轻了工人的劳动强度。
(3)给灌浆的自动化操作创造了条件。
三、结语
通过小浪底工程GIN灌浆法的引进和发展,归纳起来有以下几点认识:
(1)小浪底工程地质条件复杂,裂隙发育,灌浆的可灌性非常好,符合GIN灌浆的特点,使GIN灌浆的优越性得到了充分地发挥,获得了成功。
然而在相对完整的地质条件下,它的优点能否充分体现,尚需进一步研究和实践。
(2)GIN灌浆法是一个科学的有使用价值的灌浆方法,经过小浪底工程的改造,在相似的地质条件下,可以推广使用。
如能成功地应用,将产生巨大的经济效益。
(3)GIN灌浆法的应用必须和先进的设计思想结合起来。
否则,默守成规,不考虑经济效益,一味求稳,不可能推广和发展GIN灌浆技术。
(作者为小浪底工程咨询有限公司教授级高级工程师)
责任编辑党维勤
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- GIN 帷幕 灌浆 底工 中的 应用 发展