水利枢纽坝体水泥灌浆效果测试_季晓冬.pdf

【设计与施工】水利枢纽坝体水泥灌浆效果测试季晓冬(新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆 昌吉 831100)摘要 文章以布尔津山口水利枢纽工程为例，开展坝体水泥灌浆效果测试试验，深入研究坝体水泥灌浆效果的测试方法和过程。得出，坝体浅部灌浆效果较好，深部灌浆效果会逐渐减少甚至消失，河床覆盖层在 0 3m 范围内灌浆效果较好的结论。关键词 水利枢纽;坝体;水泥灌浆;效果测试中图分类号:TV698 2文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0056 020引言水利枢纽工程中的坝体建筑多数是由大型混凝土构成，在施工过程中，为了防止温度变化形成裂缝，需对坝体进行水泥灌浆。近年来，水泥灌浆施工法在水利工程中已经得到了广泛应用，全国利用水泥灌浆技术处理的水利工程已经超过了3 000个，为工程的安全运行起到了重要作用。混凝土坝体的水泥灌浆是将坝体沿轴线方向劈开，利用注浆压力在坝体内灌入水泥浆，形成连续、垂直的水泥防渗墙，使坝体的承载力均匀分布、坝体更加稳定。由于坝体本身存在压应力，使灌浆工作存在一定的难度，效果也难以控制。1资料与方法1 1测试对象布尔津山口水利枢纽工程水库总库容 2 22 亿 m3，水电站总装机容量为 220 MW，工程等别为二等。大坝结构为常态混凝土双曲拱坝，坝高 94 m，水库正常蓄水位 646 m，死水位 620m。为了降低坝体渗透压力，提高大坝的稳定性，减少坝体的渗流量，拟对坝体进行水泥灌浆，同时增设排浆系统。综合考虑工程区场地、交通和水电使用等因素，本次将试验场地选择在坝体填筑料 C3 料场附近，填筑碾压后的有效厚度 8 m，顶部有效长度 20 m、宽度 12 m，施工交通等另行考虑。1 2灌浆效果测试方法坝体填筑碾压试验前，对 C3 料场所选取砂砾料进行 3 组颗粒级配及 3 组干密度试验，并与设计级配进行对比。颗粒级配曲线在料场设计上、下包络线内，检测合格后，按施工期砂砾料填筑参数施工。土料采用挖掘机开挖、20 t 自卸车运输，铺料厚度不超过 0 8 m，全辊碾压，辊迹搭接宽度为 20 30 cm，行车速度不大于 2 5 km/h，进行 C3 砂砾料分层碾压填筑，填筑有效尺寸为长 20 m、宽12 m、高8 m。在填筑高度为2 m 时，加盖尺寸为长 12 m、宽 25 m、间距 1 5 m 的土工格栅，格栅下游侧填筑体坡度为1 1 8，其余边坡填筑坡度结合场地确定，考虑施工交通需求，约需试验料12 000 m3。试验区覆盖层为密实，不易透水青灰色土层，符合承载力标准。根据高压旋喷浆的要求，结合喷浆前后的特性，确定包括注水实验、孔内取芯观察、载荷试验等检测方案。2试验结果分析2 1压水(或注水)试验在坝体压水 14 d 后，随机选取 3 个桩进行孔内取芯，桩孔每 2 m 用打孔机贯穿 1 次。试验以水泥土的质地标准检验岩芯的完整性，其中，离地面 5 m 以内水泥土的标准击数为 25击，承载力约为 0 6 MPa。原状土的 0 5 m 的击数为 11 0 15 6 击，承载力为 0 3 MPa。完成检查后进行全孔注水，即可线设计简单清晰，供电可靠性高。水泵配套电机采用变频启动，实现无冲击启动，还能根据生产需求调节水泵运行状态，精确控制水泵运行，达到良好的节能效果。梭萝坪水库首部枢纽工程于 2016 年 3 月开工，2019 年底，下闸蓄水，2020 年 12 月，投入运行。目前，各电气设备运行良好，泵站投产运行为当地百姓的生产、生活提供了可靠的水源。参考文献 1 杨超，张建勋 仁怀梭萝坪水库提水泵站取水方式及水泵选型设计 J 吉林水利，2019(02):11 13(编校:张雯颖)收稿日期:2022 10 17作者简介:郭艳(1982)，高级工程师，主要从事水利工程电气设计工作。65内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)得到各孔段的渗透系数，见表 1。表 1各孔段渗透系数孔号孔深(m)渗透系数J1(灌后)4 004 5 1068 004 2 105J5(灌后)20 553 2 107J0(原状土)20 502 8 1072 2土层灌浆前后的物理力学性质取灌浆前、后的土样分别进行物理学实验，按照不同的深度，将灌浆后的土样分别编号为 J1 J7，灌浆前的土样的编号为 J0，具体的试验结果，见表 2。表 2灌浆前后物理学性质试验结果土样编号 取土深度(m)湿密度干密度孔隙比含水率J12 0 2 51 851 380 84134 50J26 0 7 01 741 360 88228 50J37 0 7 51 871 570 84518 90J47 3 7 51 941 500 72029 50J59 0 10 01 771 350 90421 30J61 5 1 61 491 450 80033 01J79 5 9 61 431 320 97028 60J00 5 1 01 851 381 9864 30注:J1 J7 为灌浆后土样，J0 为灌浆前土样。由表 2 可知，相比之下，完成灌浆后的含水量和湿密度更高，但其孔隙比下降，这与工程实际情况是一致的。原因是灌浆效果与气流有一定的关系，若灌浆时气体被封闭在孔内形成小气泡，进而造成土壤缝隙增大。本次实验对弱胶结含钙质土岩灌浆后的磨片鉴定结果，见表 3。表 3磨片鉴定实验编号 实验深度(m)岩样编号 鉴定名称特征TZK1 11 5 1 613弱胶结含钙质钻土岩岩屑形态不规则、形状较为细小，在加入强酸性溶液后会起泡，形成酸性的矿物，该矿物的岩性非常强。TZK1 29 5 9 615弱胶结含钙质钻土岩岩石组分主要由稀土构成，形状不规则，并含有少量的黑色粉末。加入强碱后，可形成碱性矿物，岩性较强。2 3现场载荷试验完成灌浆后，任取 2 组灌浆后的水泥土进行载荷试验。载荷板在灌浆后 3 m 范围内，结果可以代表灌浆孔中心 3 m 内的载荷能力，试验结果，见表 4。表 4现场载荷试验结果实验编号实验孔承载力(MPa)相对沉降量(cm)变形模量(MPa)TWJHE10 8m 序孔0 850 26118 5TWJHE21 0m 序孔0 900 21150 62 4试验质量检查钻孔完成后，通过对大坝进行压水试验，从而检查水泥灌浆的质量，断层破碎带的透水率应小于试验区域的 75%。由表5 可知，各实验编号坝体压水透水率均低于 3 0 Lu，符合水泥灌浆的质量标准。同时，在完成灌浆后，如果孔距减少，透水率也会随之降低，实验结果与实际工程一致。表 5灌浆试验检查孔压水结果统计实验编号压水长度(m)最大透水率(Lu)最小透水率(Lu)平均透水率(Lu)单位注入量(kg/m)灌浆次数TWJHE131 01 830 651 237 197TWJHE230 61 940 961 4914 827TWJHE021 538 12 8014 5127 56注:TWJHE0 为先导孔3试验结果讨论根据灌浆前后检测实验结果可知，水利枢纽坝体经过水泥灌浆处理后，坝体浅部的灌浆效果较好，坝体深部由于灌浆不完善、不均匀，效果会逐渐降低甚至消失。其中，河床覆盖层灌浆后在上部 0 3 m 范围效果较好，同时会因土体组分不同，造成灌浆效果出现差异。施工过程中，可在灌浆过程中采用声波检测来判断深部的灌浆是否均匀。根据土体成分的不同，选用合适的灌浆方法。根据坝体灌浆的效果及其质量检查标准，可以改进灌浆施工方法，提出合适的水泥灌浆方案，按照方案重新配制浆。4结束语试验表明，通过对灌浆孔孔距、灌浆压力、分段长度、浆液浓度、抬动观测、孔斜等参数的验证可知，坝基地层可灌性良好。在施工中，采用低浓度浆液配合高压力进行灌浆，能够降低灌入岩石裂隙浆液的泌水性能，提高结构强度，从而保证灌浆施工质量。通过分析压水试验和灌浆过程曲线可知，地层没有出现水力劈裂现象，混凝土盖重也没有发生抬动。说明，试验中所采用的灌浆工艺和灌浆参数合理，可以提高大坝基础的防渗能力，达到工程所要求的防渗标准。参考文献 1 张毅爽 某水利枢纽工程基础处理研究及灌浆试验分析 J 水利科技与经济，2022，28(04):122 126 2方伟，周成，金黎明 黄家湾水利枢纽工程大坝帷幕灌浆质量检测 J 山西建筑，2021，47(23):166 168 3吴学谦，常耀孔，罗畅 三河口水利枢纽接缝灌浆施工效果分析 J 水利规划与设计，2021(09):115 121 4袁宗洪，袁晓楠，严哲辉 夹岩水利枢纽面板堆石坝工程帷幕灌浆试验成果分析及其应用 J 红水河，2020，39(06):53 57(编校:赵慧)收稿日期:2022 11 14作者简介:季晓冬(1981)，男，工程师，主要从事水利水电工程施工等工作。75水利枢纽坝体水泥灌浆效果测试季晓冬