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实验报告
寻甸县军民水库副坝帷幕灌浆
试验报告
中国华水水电开发总公司
2009年2月22日
目录
一、基本情况
1、试验区工程和水文地质条件;
2、实验目的;
3、帷幕灌浆实验设计;
二、施工工期和完成的实验工程量
1、施工工期;
2、完成的实验工程量;
三、投入的主要机械设备和人员
四、灌浆实验施工方法和工艺
1、钻孔
2、洗孔和捞碴
3、压(注)水试验
4、测量静止水位
五、灌浆
1、单孔质量检验
2、检查孔质量检验
3、灌浆规律性检验
4、施工质量评价
六、建议采用的灌浆参数
1、孔深
2、孔距
3、灌段长度
4、灌浆材料
5、浆液比级
6、灌浆压力
7、待凝时间和单次注入量
8、封孔
七、结论和建议
1、结论
2、建议
帷幕灌浆实验报告
一、基本情况
寻甸县军民水库位于昆明市寻甸县柯渡镇木刻村委会大窗风村上游1.5km处,距寻甸县城73km,从柯渡镇有乡村公路到达水库,交通较为方便。
军民水库大坝的主坝和副坝近似90度相连,均为均质土坝。
因清基不彻底和碾压质量差,蓄水后,坝后多处出现集中漏水点和沼泽地带,已对水库的安全运行和正常蓄水造成影响。
故决定对军民水库进行除险加固处理。
主要工程项目是:
主坝坝体劈裂灌浆,坝基,坝肩及结合部帷幕灌浆;副坝坝基,结合部帷幕灌浆,并分别在主坝和副坝布置3个灌浆实验段。
现副坝灌浆实验段已施工结束,根据监理工程师的意见和施工中的实际情况,分别对主坝和副坝帷幕灌浆实验编制报告,本报告是军民水库副坝帷幕灌浆实验报告。
副坝坝高9.40m,坝顶高程2554.20m,坝长337.80m,坝顶宽4.0m,下游坝脚无倒滤体。
由于碾压质量差,密实性不足,结构较,松散,因清基不彻底,在下游坝脚出现渗水,右坝肩下游有集中渗漏点,但无渗漏量的资料,现又空库施工,漏失量无法测量。
一,实验区水文,工程地址条件
根据钻孔自上而下揭露的地层是:
1,坝土(Qr):
第四系人工填土,褐黄,褐红色粉质粘土,稍湿,结构较松散,含里砾约10%,次棱角状,粒径0.5~3.0cm,成分主要是玄武岩,此层厚度在1实验段为7.5~7.8m,2实验段厚度为6.3~6.5m.
2,砾石,粘土(Qhedl):
第四系残坡积层,含砾粉质粘土,褐灰,黄灰色,在1实验段砾石含量约为25~30%,粒径0.5~5.0cm,成分以玄武岩为主,呈次棱角状和次浑圆状,稍湿一湿,可塑;在2实验段砾石含量5~15%,粒径0.5~2.0cm,稍湿一湿,可塑状;此厚度在1实验区为1.80~2.10m,在2实验区为1.90~2.0m。
3,火山角砾岩(P2e):
二叠系上流峨眉山组,褐灰,肉红色,上部1.0~3.0m强风化成土和碎石状,下部弱风化致密坚硬,岩芯呈块状和短柱状,裂隙不发育。
砾石成分为玄武岩个灰岩。
根据钻孔灌前简易压(注)水实验分析:
坝土和残坡积层结合部,残坡积层和火山角砾岩结合部,渗透系数K在2.3510~1.6310cm/s之间,属中等~强透水。
火山角砾岩上部7.0~9.0m,渗透系数7.210~2.3610,透水率12.92~35.12lu,属中等透水。
火山角砾岩下部透水率均小于10lu,属弱透水层。
坝土段为非灌灌段,所以未作压(注)水实验,但从岩芯上观察,因碾压度不够,结构较松散,且坝体较为单薄,高位蓄水后,存在渗漏的可能性。
二,实验目的
1,通过对副坝二个实验段的灌浆实验,确定帷幕灌浆防渗效果,从而评价经帷幕灌浆处理后提高防渗能力的可能性和可靠性。
2,通过实验帷幕灌浆合理有效的灌浆参数;如:
帷幕深度,灌浆材料,浆液级配,待凝时间,灌浆压力,干料单位耗量和特殊情况处理等。
副坝两个实验段的灌浆实验均围绕看达到实验目的进行。
三,帷幕灌浆实验设计
副坝布置两个实验段,第1实验段编号F1,钻灌孔号FGK57~FGK61;第2实验段编号F2,钻灌孔号FGK129~FGK133。
每个实验段均有2个I序孔,1个II序孔和2个III序孔。
孔距均为2.0m。
帷幕顶界为坝土底界上推1.0~1.5m,帷幕底界为进入相对隔水层(q〈10lu)一个灌段(3.0~5.0m)。
二,施工工期和完成的实验工程量
1,施工工期
防渗标准:
结合部渗透系数小于1*10-4cm/s;基岩透水率小于10lu。
执行的规范DL/T5148-2001〈〈水工建筑物水泥灌浆施工技术规范〉〉。
开工时间:
2008年12月18日,监理工程师下达开工通知。
灌浆实验施工:
2008年12月19日至2009元月13日,共26天。
其间因春节放假收工,故待凝时间较长。
施工检查孔:
2009年元月16日至2009年元月19日,共4天。
总计用时63天。
2,完成的实验工程量:
见插表一和附表一。
军民水库副坝帷幕灌浆实验完成工程量汇总表
插表一
项目
灌浆孔
检查孔
小计
备注
钻孔
钻坝土(m)
70.10
11.20
81.30
钻基岩(m)
145.38
32.46
177.84
小计(m)
215.48
43.66
259.14
灌浆
灌结合部(m/段)
40.0
40.0
灌基岩(m/段)
119.18
32.46
151.64
小计(m/段)
159.18
32.46
191.64
灌材耗量
水泥(kg)
43625.0
504.4
44129.4
P0=42.5普硅水泥
粘土(kg)
27651.5
76.6
27728.1
小计(kg)
71276.5
581.0
71857.5
其他
非灌段灌浆封孔(m)
56.3
11.20
67.5
压(注)水实验(段)
3/5
3/5
只统计检查孔
孔斜测量(点/孔)
10/10
2/2
12/12
静止水位测量(孔)
4
2
6
灌浆孔只在I一序孔作
说明:
表中所到水泥和粘土均已含封孔和废弃量,废弃水泥量为1435.9t,废弃率3.29%。
四,投入的主要机械设备和人员
按灌浆实验大纲的要求安排机械设备和人员,满足了灌浆实验施工的需要。
1、通过帷幕灌浆试验确定帷幕灌浆防渗效果,从而评价经帷幕灌浆处理后提高防渗能力的可行性和可靠性。
2、通过帷幕灌浆试验确定帷幕灌浆合理有效的灌浆参数。
如:
帷幕深度、灌浆材料、浆液级配、待凝时间、灌浆压力、干料单位耗量和特殊情况处理等。
3、通过对坝体进行劈裂灌浆试验,确定实施劈裂灌浆的可行性;提供劈裂灌浆上限压力、复灌次数、待凝时间等参数。
二、试验区和试验孔的布置及工程量
根据2008年11月18日设计方到施工现场进行技术交底时的意见,确定五个试验区,即主坝三个试验区,副坝二个试验区,从左至右编号,主坝Z-1~Z-3,副坝F-1和F-2。
各试验区钻灌孔及工程量见插表一。
帷幕灌浆孔分Ⅲ序施工,孔距1.50m,劈裂灌浆孔分Ⅱ序施工,孔距3.0m,帷幕灌浆的I序和II序孔亦是劈裂灌浆的I序和Ⅱ序孔;帷幕灌浆Ⅲ序孔时,坝土为非灌段。
灌浆试验设计工程量统计表(插表一)
试验
区号
孔序
孔号
钻孔(m)
灌浆(m)
备注
坝土
基岩
小计
坝土
结合部
基岩
小计
主坝
Z-I
Ⅰ
SGK77
24.02
9.60
33.62
22.52
2.50
8.60
33.62
Ⅲ
78
24.45
9.36
33.81
/
2.50
8.36
10.86
Ⅱ
79
24.86
9.19
34.05
23.36
2.50
8.19
34.05
Ⅲ
80
25.09
9.18
34.27
/
2.50
8.18
10.68
Ⅰ
81
25.32
9.02
34.34
23.82
2.50
8.02
34.34
合计
5孔
123.74
46.35
170.09
69.70
12.50
41.35
123.55
主坝
Z-Ⅱ
Ⅰ
149
20.59
14.12
34.71
19.09
2.50
13.12
34.71
Ⅲ
150
20.47
14.16
34.63
/
2.50
13.16
15.66
Ⅱ
151
20.33
14.22
34.55
18.83
2.50
13.22
34.55
Ⅲ
152
20.19
14.27
34.46
/
2.50
13.27
15.77
Ⅰ
153
20.05
14.30
34.35
18.55
2.50
13.30
37.35
图中为34.34
合计
5孔
101.63
71.07
172.70
56.47
12.50
66.07
135.04
主坝
Z-Ⅲ
Ⅰ
209
12.75
14.74
27.49
11.25
2.50
13.74
27.49
图中为27.50
Ⅲ
210
12.62
14.75
27.37
/
2.50
13.75
16.25
Ⅱ
211
12.52
14.72
27.24
11.02
2.50
13.72
27.24
Ⅲ
212
12.46
14.65
27.11
/
2.50
13.65
16.15
Ⅰ
213
12.40
14.59
26.99
10.90
2.50
13.59
26.99
合计
5孔
62.75
73.45
136.20
33.17
12.50
68.45
114.12
合计
15孔
288.12
190.87
478.99
159.34
37.50
175.87
372.71
灌浆试验设计工程量统计表(插表一)
试验
区号
孔序
孔号
钻孔(m)
灌浆(m)
备注
坝土
基岩
小计
坝土
结合部
基岩
小计
副坝
F-I
Ⅰ
57
8.01
13.23
21.24
/
2.50
12.23
14.73
Ⅲ
58
7.94
13.17
21.11
/
2.50
12.17
14.67
Ⅱ
59
7.86
13.12
20.98
/
2.50
12.12
14.62
Ⅲ
60
7.79
13.06
20.85
/
2.50
12.06
14.56
Ⅰ
61
7.72
13.02
20.74
/
2.50
12.02
14.52
合计
5孔
39.32
65.60
104.92
/
12.50
60.60
73.10
副坝
F-Ⅱ
Ⅰ
129
5.80
16.02
21.82
/
2.50
15.02
17.52
Ⅲ
130
5.75
16.07
21.82
/
2.50
15.07
17.57
Ⅱ
131
5.69
16.12
21.81
/
2.50
15.12
17.62
Ⅲ
132
5.62
16.16
21.78
/
2.50
15.16
17.66
Ⅰ
133
5.56
16.21
21.77
/
2.50
15.21
17.71
合计
5孔
28.42
80.58
109.0
/
12.50
75.58
88.08
合计
10孔
67.74
146.18
213.92
/
25.00
136.18
161.18
总计
5个试验区
25孔
355.86
337.05
692.91
159.34
62.50
312.05
533.89
三、灌浆试验施工工期
因坝土设计为劈裂灌浆,需多次复灌,而多次复灌间均需待凝,因此灌浆试验施工工期安排较长,具体时间安排如下:
(插表二)
项目
施工时间
天数
工作内容
备注
准备工作
2008.11.10~12.10
31
施工临建工程及建浆站、水站、水池、管路、测量、编报开工资料。
灌浆试验
2008.12.11~2009.1.21
41
灌浆试验施工。
以监理开工令时间为准。
待凝期
2009.1.22~2.4
14
待凝期:
春节期间放假,定检查孔位。
检查孔施工
2009.2.5~2.10
6
施工检查孔。
提交试验成果
2009.2.11~2.20
10
编写试验报告,提交试验成果。
四、试验期投入的主要机械设备、人员。
见(插表三、四)
灌浆试验投入的机械设备明细表(插表三)
设备名称
型号及规格
数量
制造厂名
购置时间
设备
状况
进场时间
钻机
XY-150
2
北京探矿厂
2008.3
2005.4
良好
2008.12.5日前
钻机
XV-100
3
重庆探矿厂
2006.9
良好
一台已进场,其它12.5进场
灌浆泵
BW250/50
2
衡阳探矿厂
2008.3
良好
2008.12.5日前
原浆搅拌机
双桶0.2×2
2
昆明搅拌机厂
2004.6
已检修好
2008.12.5日前
泥浆搅拌机
立式0.5m3
2
昆明搅拌机厂
2004.6
良好
2008.12.5日前
孔内测试仪
KXP-1
1
上海地质仪器厂
2005.5
良好
2008.12.5日前
泥浆测试仪
比重秤
1
2008.10
良好
2008.12.5日前
经纬仪
DJ6-2
1
南京仪表厂
2003.8
良好
2008.12.5日前
多级离心泵
D6-25×5
2
成都北京厂
2004.4
2007.6
良好
2008.12.5日前
电焊机
AX-300
1
温州电焊机厂
2005.6
良好
2008.12.5日前
汽车
长安微型
1
西安
2008.2
良好
2008.11.11日
投入灌浆试验主要人员表(插表四)
本工程担任职务
姓名
年龄
公司职务
职称
专业
年限
项目经理
丁跃平
48
工程处长
高级经济师
经济
26
技术负责
张大成
63
项目负责
高级工程师
地质
38
项目副经理
谢金建
32
技师
技师
钻探
11
技术员
张梅岗
28
技术员
助工
机械
6
财务负责
白云娟
34
会计
会计师
会计
8
质量管理
闻建林
35
质检员
助工
钻探
14
安全管理
闻明建
38
安全员
助工
钻探
16
后勤管理
闻艳敏
25
管理员
助工
地质
2
五、防渗标准和幕体顶、底板高程
1、防渗标准:
坝体及结合部渗透系数K≤1×10-4cm/s
基岩透水率q≤10Lu
2、幕体顶板高程2552.42m;幕底以深入弱透水层(q≤10Lu)一个灌段(5.0m)为准。
3、如设计提供技施图后有变动,以设计要求为准。
六、灌浆试验施工
灌浆试验执行DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》和SD266-88《土坝坝体灌浆技术规范》(以下均简称规范)采用回转钻机钻进,自上而下,分段加压,循环或纯压式灌浆工艺。
总体灌浆程序是:
先钻灌I序孔,再钻灌II序孔,最后钻灌III序孔。
同一排相邻两个次序孔之间以及后序排I序孔和先序排相邻孔间钻孔高程不得小于15m。
劈裂灌浆—先钻灌河床段I序孔,再钻灌II序孔,然后再钻灌两坝肩的I、II序孔。
本次灌浆试验是在主坝上分三个区段进行。
相隔较远,不再按先河槽段再坝肩段,三个试验段可同时分序次施工。
单孔灌浆程序是:
帷幕灌浆孔按开孔→非灌段下套管护壁→钻至第一段底板→洗孔(基岩)或不洗孔(土层、结合部、全强风化岩层)→捞渣→测参考水位→压(注)水试验→灌浆→待凝或不待凝→跟管(土层)或不跟管(基岩)钻下一段→……→至最后一段底板→校正孔深→测量孔斜→I序孔测稳定水位→灌浆→封孔→起拔套管→补浆→单孔验收签证。
对劈裂灌浆孔,先按帷幕灌浆孔程序至最后一段灌浆结束后→用纯水泥浆封住基岩段→将套管取出一部分(暂按1/3管长)→劈裂灌浆→待凝→复灌→……→至终灌→起套管→补浆→单孔验收签证。
即:
先自上而下分段充填灌浆,后在坝土底部实施全孔坝土段劈裂灌浆。
1、钻孔
1)孔位:
用经纬仪放线,水准仪测孔口高程,定桩后复测。
2)孔径:
原则上采用三级变径,即φ110、φ91和φ75mm,终孔孔径不小于φ75mm。
3)孔深:
先按设计孔深控制,终孔孔深不得小于设计孔深。
允许超出设计孔深应≤0.20m。
如最后一段灌前压水试验q>10Lu时,应及时报告监理,以确定是否加深一个灌段。
4)孔斜:
钻机就位后需用水平尺校正水平并保证“三点一线”,钻进时,岩芯管长度不少于3.0m,终孔后测量孔斜,必要时可增加测斜点。
孔底偏移应小于规范要求。
5)钻进工艺
坝土段采用硬质合金钻头,无泵干钻,当遇到较大石块或钻扫已固结的浆液时,经监理同意,可小水量有泵钻至土层时再无泵干钻。
基岩段采用硬质合金钻头或金刚石钻头,清水循环钻进。
6)段长控制:
劈裂灌浆为坝土段长度:
充填和帷幕灌浆段长一般为5.0~6.0m;坝土和基岩结合部段长一般为2.50~3.50m,其中坝土1~1.5m,基岩1.5~2m;特殊情况可缩短段长,如掉钻、漏水和垮孔严重的孔段。
7)试验孔的岩芯采取率要达80%以上,I序孔岩芯作临时保留,并进行简单地质编录。
2、洗孔和捞渣按规范实施。
3、压(注)水试验按规范实施。
坝土段宜少作或不作注水试验,为了解灌前坝体渗透情况,只在I序孔作灌前注水试验。
基岩段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序均作灌前压水试验。
注水试验计算方式:
K=0.00525Q/PL·lg
压水试验计算方式:
q=Q/P·L
4、测量静止水位
只在I序孔中进行静止水位测量,可以此水位作为其它序次孔压(注)水试验和灌浆时的压力调整值。
测量方法按规范执行。
5、灌浆
1)灌浆材料:
水泥采用寻甸水泥厂生产的PO42.5普通硅酸盐水泥,进场水泥每批量(100t以内)应附有水泥出场检验单和合格证。
项目部要在施工前期和中后期抽样送检两次,水泥各项指标要符合规范要求。
粘土经设计和业主同意选择库内距大坝约200m处的红粘土,经抽样送检,各项指标符合要求。
拌合用水采用库水,经取样送检,各项指标符合砼拌合物用水标准。
2)制浆:
采用立式搅拌机制作粘土浆,其比重要达到1.40g/cm3,原浆经二道筛后进入沉淀池沉沙后,抽入原浆搅拌机配制混合浆。
纯水泥浆和混合浆是采用双桶搅拌机搅拌,搅拌时间大于3min,经过筛后,由灌浆泵泵入孔内。
浆液从配制到用完控制在2h以内。
3)浆液比级和变换原则
混合浆按比重1.1、1.2、1.3、1.4、1.5五级配制。
纯水泥浆按水灰比5:
1、3:
1、2:
1、1:
1、0.8:
1、0.6:
1(或0.5:
1)。
配制不同浆液材料用量表
水泥浆液配比表
水:
水泥
比重
200L
水(L)
水泥(㎏)
5:
1
1.125
188
38
3:
1
1.200
180
60
2:
1
1.286
172
86
1:
1
1.500
150
150
0.8:
1
1.586
141
177
0.6:
1
1.714
128
214
0.5:
1
1.800
120
240
用比重1.4粘土原浆配制混合浆时,水泥、粘土原浆、水加量表
浆液
成份
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
水泥、粘土=1:
3
200L
水泥(㎏)
7.7
15.4
23.1
30.8
38.5
粘土浆(L)
37.2
74.3
111.5
148.6
185.8
水(L)
160.3
120.6
80.8
40.1
1.4
浆液
成份
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
水泥、粘土=1:
1
200L
水泥(㎏)
15.3
30.6
45.8
61.1
76.4
粘土浆(L)
24.6
49.1
73.6
98.2
122.7
水(L)
170.4
140.7
111.1
81.5
51.8
1:
3混合浆水泥、粘土、水含量表
水泥比重:
3.0 粘土比重:
2.88
浆液
成份
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
200L
水泥
7.7
15.4
23.1
30.8
38.5
粘土
23.1
46.2
69.4
92.5
115.6
水
189.2
178.3
167.5
156.7
145.9
1:
1混合浆水泥、粘土、水含量表
水泥比重:
3.0 粘土比重:
2.88
浆液
成份
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
200L
水泥
15.3
30.6
45.8
61.1
76.4
粘土
15.3
30.6
45.8
61.1
76.4
水
189.5
178.9
168.4
157.8
147.3
六级配制。
配制各种浆液的用料表见插表《配制不同浆液材料用量表》。
浆液的变换原则执行规范,只是变级限量根据所用制浆设备每桶200L的实际,变级限量按200L至400L控制。
劈裂灌浆时,不论哪级浆液已使坝土劈裂,均应立即变级至最浓级即1.5比重的浓浆施灌。
4)灌浆压力
帐幕灌浆拟用下或计算试验灌浆压力:
P=PO+MtDt+MyDy
式中:
P-灌浆压力(Mpa);
PO-孔口允许的压力(Mpa);
Mt-上覆土层每增加1.0m所允许增加的压力(Mpa);
Dt-上覆土层厚度(m);
My-上覆基岩每增加1.0m所允许增加的压力(Mpa);
Dy-上覆基岩厚度(m);
灌浆试验时:
PO取值范围0.05~0.10Mpa;
Mt取值范围0.005~0.010Mpa;
My取值范围0.01~0.03Mpa;
以上取值范围可根据土岩的可灌性进行调整,原则是既能形成连续的帐幕,又不要扩散的太远而增加灌浆材料。
劈裂灌浆拟用下式计算灌浆试验时的压力。
△P=rH+σt+r′h:
式中:
△P-最大允许灌浆压力(Mpa);
r-坝体土的容重,设计提供值1.6g/cm3
H-计算点以上的坝高(m)
r′-浆液容重;取劈裂坝土时浆液容重,暂按1.2g/cm3
h-浆柱高度(m)
σt-土的单轴抗拉强度,类比取值0.2kg/cm2
按此式计算的压力,当坝土为20m时,△P=0.1Mpa,根据云南省实施劈裂灌浆的情况,此压力值偏小,试验时,可视具体情况增大压
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