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摘要:在水工建筑施工中常遇到水工隧洞施工、堤坝防渗加固等技术要点问题。本文结合工程实例,阐述了水工隧洞固结灌浆施工技术及质量控制。
关键词:水工隧洞;灌浆技术;质量控制
隧洞灌浆是水电工程中一种较重要的灌浆工程,它通常由隧洞衬砌后的回填灌浆和隧洞周边围岩的固结灌浆组成,不少隧洞在开挖衬砌前还需进行围岩的堵漏灌浆。
工程概况
隧洞围岩基本稳定。隧洞全长237m,断面为圆形,内径5.5m,衬砌厚度为60cm,混凝土标号为C25,S8。隧洞进入正常运行时其流速为3.54m/s,洞身静水头约52m,水锤压力约20m。处于高压下的洞内各种缺陷对于结构的受力极为不利。为弥补施工中的缺陷,设计方面采用固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆等手段以提高岩石承载力改善围岩和混凝土的受力条件。
灌浆工艺
施工准备工作
1.1建立集中制浆站
帷幕灌浆、接缝灌浆的制浆方式为集中制、供浆集中制浆的优点在于可以避
免分散制浆配比不均的问题,也就最大程度的避免了分散制浆的人为配比误差
并且集中制浆属规模作业,能够节省灌浆机组的作业时间。集中制浆站设在右岸坝肩,配以2台SGB100/10型灌浆泵、2台JJS-2A型高速搅拌机、以及称量设 备成品浓浆液通过专用管道送至各灌浆施工部位,根据需要调稀使用。
1.2 现场放样
根据设计要求,固结灌浆、帷幕灌浆的孔位误差不大于0.1m。接缝、接触灌浆的冷却管路、灌浆管路皆严格按照设计图纸进行放样施工。
三、施工过程控制
1、固结、帷幕灌浆
1.1 钻孔与孔斜控制
固结灌浆钻孔采用JYQ1O0型潜孔钻机造孔,孔径91mm,孔向铅直。帷幕灌浆采用XY-2PC150型回转钻机、金刚石钻头钻进。金刚石钻进的优点在于产生的岩粉少,不易堵塞裂隙;也避免了采用冲击型钻头对已灌范围的震动破坏。
帷幕灌浆孔一般较深,因此,其孔斜也是影响灌浆质量的一个主要因素。孔斜控制方法:每钻进5~10m测记一次孔斜,并及时进行纠偏,确保孔斜在附表范围之内。 对于孔斜超标的孔,则封孔重新钻进或另行开孔。
1.2 冲孔与洗缝
冲孔的目的在于冲出孔底残留物和孔壁岩粉细屑。洗缝则是通过加压与释放,洗净裂隙中的岩粉和风化物,并通过回水冲出孔外。冲孔洗缝时间各不少于30min。
1.3 压水试验
通过灌前压水试验成果,可以了解孔段周围的水文地质情况。通过对灌浆前后压水试验成果的对比分析,可以评价灌浆的效果与质量。压水试验分稳定压水和简易压水。各单元先导孔和检查孔进行稳定压水,稳定时间30min,稳定标准为连续 6个读数,(Q- Q)/≤10%。其它孔进行简易压水,稳定时间20 min,稳定标准为连续 4个读数,(Q- Q) /≤20%。压水为单点法 。
1.4 灌浆及封孔
固结灌浆采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级的浆液,灌浆压力按设计要求0.5~0.7 MPa,灌浆结束标准为吸浆率小于0.4L/min持续30 mi n。
帷幕灌浆采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六个比级的浆液, 灌浆压力随孔深而增加,最大压力4.0MPa,最小压力0.5 MPa。灌浆结束标准为注入率不大于1L/min延续90min且总灌浆时间不小于120min。
封孔采用“置换与压力灌浆封孔法”,以0.5:1之浓浆封孔。干缩空余深度则由人工用浓浆填封密实。
2 接缝灌浆
2.1 灌漿系统安装
接缝灌浆管路安装按设计图纸进行,采用预埋管和出浆盒方式。埋件时特别注意:安装灌浆管路、出浆盒、排气槽、止浆片必须在模板立好、先浇块浇筑前完成,出浆盒盖板、排气槽盖板在后浇块内安设;出浆盒和排气槽的四周与模板贴紧,安装牢固,盒盖与盒、槽盖与槽做到完全吻合,并加以固定,四周用砂浆予以封闭。
必须保证各灌区止浆片的埋设质量,先期埋设止浆片外露部分若有缺陷, 必须进行修补。
2.2 混凝土二期冷却
混凝土必须达到设计要求温度,缝面张开后方可进行灌浆,因此需要对混凝土进行二期冷却。
二期冷却开始前对各层冷却水管进行了通水检查,对不通的管路进行了疏通。经统计,疏通后灌区冷却管路通畅率达83%。二期冷却开始前,通过6#段观测仪器及闷温对温度作了了解,所得温度资料作为二期冷却降温梯度控制依据。
二期冷却期间,施工单位专门制定了规章制度,并安排专人值班,对冷却情况随时进行监控。每两周测温一次,以确定降温情况;每4d进行一次通水转向。二期冷却进水温度控制在7℃ 左右, 每天温降控制在0.1-0.2℃。
2.3 灌浆稳定温度、缝面开合度
接缝灌浆温度是以分区稳定温度为控制的。设计要求866.9m高程以下稳定温度为16℃,以上各灌区16.5 ℃。灌浆前由二期冷却施工单位提交温度测量 资料,施工局质安部验收合格并会签后,经监理工程师验收合格后方可进行灌浆。
缝面张开度是衡量缝面可灌性的重要指标。通常认为0.5~3 mm为水泥灌浆的适合宽度。接缝灌浆一般采用预埋测缝计观测及在廊道贯穿缝面位置直接测
量两种方法。由于未设接缝骑缝灌浆廊道,无法用厚薄规直接测量缝面张开度, 只有6段850.OOm高程和870.OOm高程埋设有测缝计,测得开合度为1.956 mm和1.125mm,说明缝面已经张开。
2.4 通水检查、浸泡冲洗、预灌性压水
为了解灌浆管路、缝面的通畅情况和灌区的封闭情况,需进行通水检查,对不通的管路须进行疏通处理。
为保持缝面、管路的洁净,需对缝面进行浸泡,浸泡时间不小于24h。浸泡之后进行风水轮换冲洗,尽可能冲出缝面、管路的污物杂质,以提高可灌性。
浸泡冲洗后,在灌前还须进行预灌性压水。预灌性压水与灌浆压力相同。通过灌前的预习性压水,复查灌区畅通、串漏、外漏情况,测记灌区缝容、各管口单开出水率、灌区漏水率等,并据此进一步改进灌浆工艺。
2.5 灌浆
灌浆采用2:1、l:1、0.5:1三个比级浆液,以0.5:1 浆液结束。接缝灌浆开工时已是3月份,气温较高,为加快进度,每一段同一高程的灌区,实行并灌, 并由低到高进行连续灌浆,既节省了时间,又避免了串区的影响。
在接缝灌浆中,由于是热季作业,浆液经管路输送至灌浆部位时, 温度有一定的升高,浆液黏度增大。对此采取了两个措施,一是使用低温冷水拌浆使进浆温度保持在l6℃左右;二是按一定比例在浆液中加入缓凝剂,效果较好。在接缝灌浆浆液中使用缓凝剂,是一个积极、有益的尝试。
四、灌浆成果的整理分析
灌浆工程是隐蔽工程,除了过程控制外,其质量与效果,主要靠数据说话。
固结灌浆共完成灌浆进尺10660m(含检查孔),I序孔单位平均吸水率为 5.71u,单位注入量为 49.72kg/lm,Ⅱ序孔为 3.051u和2O.22kg/lm,检查孔为 1.6 lu和9.O1kg/lm,数据呈一致递减性,说明固结灌浆质量是好的,达到了预期效果。
帷幕灌浆共完成灌浆进尺13255.44m,I序孔单位平均吸水率为3.44u, 单位注入量为94.71kg/m,Ⅱ序孔为1.951u和33.43 kg/m,Ⅲ序孔为1.231u和l4.6Okg/m,数据呈一致递减性。帷幕灌浆检查孔共压水238段,单位吸水率小于lu的有236段,大于lu小于2u的有2段,孔段合格率为99.6%。以上说明,帷幕灌浆的质量是好的。附图为帷幕灌浆单位吸水率与单位注入量关系曲线、单位吸水率合格线。
接缝灌浆共完成 57个灌区,经过资料分析,48个灌区单元被评为优良单元。8月,分别在3段和8段进行了取芯检查,发现缝面结石饱满密实, 说明接缝灌浆质量是好的。
五、结束语
在现代水利水电工程中,隧洞灌浆技术是水利枢纽对基础工程处理的一种重要方法之一,本文阐述水工隧洞帷幕灌浆及固结灌浆施工技术的应用及方法,通过质量检查,隧洞灌浆效果非常明显,适应性强,成本比较低廉,结石强度不高,可用于砂砾层防渗。
作者简介:
毛广林(1984—),男 ,汉族人,山东省东营市人,助理工程师 ,学士学位,现供职于深圳市水务技术服务有限公司,研究方向:水利工程施工。
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:水工隧洞;灌浆技术;质量控制
隧洞灌浆是水电工程中一种较重要的灌浆工程,它通常由隧洞衬砌后的回填灌浆和隧洞周边围岩的固结灌浆组成,不少隧洞在开挖衬砌前还需进行围岩的堵漏灌浆。
工程概况
隧洞围岩基本稳定。隧洞全长237m,断面为圆形,内径5.5m,衬砌厚度为60cm,混凝土标号为C25,S8。隧洞进入正常运行时其流速为3.54m/s,洞身静水头约52m,水锤压力约20m。处于高压下的洞内各种缺陷对于结构的受力极为不利。为弥补施工中的缺陷,设计方面采用固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆等手段以提高岩石承载力改善围岩和混凝土的受力条件。
灌浆工艺
施工准备工作
1.1建立集中制浆站
帷幕灌浆、接缝灌浆的制浆方式为集中制、供浆集中制浆的优点在于可以避
免分散制浆配比不均的问题,也就最大程度的避免了分散制浆的人为配比误差
并且集中制浆属规模作业,能够节省灌浆机组的作业时间。集中制浆站设在右岸坝肩,配以2台SGB100/10型灌浆泵、2台JJS-2A型高速搅拌机、以及称量设 备成品浓浆液通过专用管道送至各灌浆施工部位,根据需要调稀使用。
1.2 现场放样
根据设计要求,固结灌浆、帷幕灌浆的孔位误差不大于0.1m。接缝、接触灌浆的冷却管路、灌浆管路皆严格按照设计图纸进行放样施工。
三、施工过程控制
1、固结、帷幕灌浆
1.1 钻孔与孔斜控制
固结灌浆钻孔采用JYQ1O0型潜孔钻机造孔,孔径91mm,孔向铅直。帷幕灌浆采用XY-2PC150型回转钻机、金刚石钻头钻进。金刚石钻进的优点在于产生的岩粉少,不易堵塞裂隙;也避免了采用冲击型钻头对已灌范围的震动破坏。
帷幕灌浆孔一般较深,因此,其孔斜也是影响灌浆质量的一个主要因素。孔斜控制方法:每钻进5~10m测记一次孔斜,并及时进行纠偏,确保孔斜在附表范围之内。 对于孔斜超标的孔,则封孔重新钻进或另行开孔。
1.2 冲孔与洗缝
冲孔的目的在于冲出孔底残留物和孔壁岩粉细屑。洗缝则是通过加压与释放,洗净裂隙中的岩粉和风化物,并通过回水冲出孔外。冲孔洗缝时间各不少于30min。
1.3 压水试验
通过灌前压水试验成果,可以了解孔段周围的水文地质情况。通过对灌浆前后压水试验成果的对比分析,可以评价灌浆的效果与质量。压水试验分稳定压水和简易压水。各单元先导孔和检查孔进行稳定压水,稳定时间30min,稳定标准为连续 6个读数,(Q- Q)/≤10%。其它孔进行简易压水,稳定时间20 min,稳定标准为连续 4个读数,(Q- Q) /≤20%。压水为单点法 。
1.4 灌浆及封孔
固结灌浆采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级的浆液,灌浆压力按设计要求0.5~0.7 MPa,灌浆结束标准为吸浆率小于0.4L/min持续30 mi n。
帷幕灌浆采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六个比级的浆液, 灌浆压力随孔深而增加,最大压力4.0MPa,最小压力0.5 MPa。灌浆结束标准为注入率不大于1L/min延续90min且总灌浆时间不小于120min。
封孔采用“置换与压力灌浆封孔法”,以0.5:1之浓浆封孔。干缩空余深度则由人工用浓浆填封密实。
2 接缝灌浆
2.1 灌漿系统安装
接缝灌浆管路安装按设计图纸进行,采用预埋管和出浆盒方式。埋件时特别注意:安装灌浆管路、出浆盒、排气槽、止浆片必须在模板立好、先浇块浇筑前完成,出浆盒盖板、排气槽盖板在后浇块内安设;出浆盒和排气槽的四周与模板贴紧,安装牢固,盒盖与盒、槽盖与槽做到完全吻合,并加以固定,四周用砂浆予以封闭。
必须保证各灌区止浆片的埋设质量,先期埋设止浆片外露部分若有缺陷, 必须进行修补。
2.2 混凝土二期冷却
混凝土必须达到设计要求温度,缝面张开后方可进行灌浆,因此需要对混凝土进行二期冷却。
二期冷却开始前对各层冷却水管进行了通水检查,对不通的管路进行了疏通。经统计,疏通后灌区冷却管路通畅率达83%。二期冷却开始前,通过6#段观测仪器及闷温对温度作了了解,所得温度资料作为二期冷却降温梯度控制依据。
二期冷却期间,施工单位专门制定了规章制度,并安排专人值班,对冷却情况随时进行监控。每两周测温一次,以确定降温情况;每4d进行一次通水转向。二期冷却进水温度控制在7℃ 左右, 每天温降控制在0.1-0.2℃。
2.3 灌浆稳定温度、缝面开合度
接缝灌浆温度是以分区稳定温度为控制的。设计要求866.9m高程以下稳定温度为16℃,以上各灌区16.5 ℃。灌浆前由二期冷却施工单位提交温度测量 资料,施工局质安部验收合格并会签后,经监理工程师验收合格后方可进行灌浆。
缝面张开度是衡量缝面可灌性的重要指标。通常认为0.5~3 mm为水泥灌浆的适合宽度。接缝灌浆一般采用预埋测缝计观测及在廊道贯穿缝面位置直接测
量两种方法。由于未设接缝骑缝灌浆廊道,无法用厚薄规直接测量缝面张开度, 只有6段850.OOm高程和870.OOm高程埋设有测缝计,测得开合度为1.956 mm和1.125mm,说明缝面已经张开。
2.4 通水检查、浸泡冲洗、预灌性压水
为了解灌浆管路、缝面的通畅情况和灌区的封闭情况,需进行通水检查,对不通的管路须进行疏通处理。
为保持缝面、管路的洁净,需对缝面进行浸泡,浸泡时间不小于24h。浸泡之后进行风水轮换冲洗,尽可能冲出缝面、管路的污物杂质,以提高可灌性。
浸泡冲洗后,在灌前还须进行预灌性压水。预灌性压水与灌浆压力相同。通过灌前的预习性压水,复查灌区畅通、串漏、外漏情况,测记灌区缝容、各管口单开出水率、灌区漏水率等,并据此进一步改进灌浆工艺。
2.5 灌浆
灌浆采用2:1、l:1、0.5:1三个比级浆液,以0.5:1 浆液结束。接缝灌浆开工时已是3月份,气温较高,为加快进度,每一段同一高程的灌区,实行并灌, 并由低到高进行连续灌浆,既节省了时间,又避免了串区的影响。
在接缝灌浆中,由于是热季作业,浆液经管路输送至灌浆部位时, 温度有一定的升高,浆液黏度增大。对此采取了两个措施,一是使用低温冷水拌浆使进浆温度保持在l6℃左右;二是按一定比例在浆液中加入缓凝剂,效果较好。在接缝灌浆浆液中使用缓凝剂,是一个积极、有益的尝试。
四、灌浆成果的整理分析
灌浆工程是隐蔽工程,除了过程控制外,其质量与效果,主要靠数据说话。
固结灌浆共完成灌浆进尺10660m(含检查孔),I序孔单位平均吸水率为 5.71u,单位注入量为 49.72kg/lm,Ⅱ序孔为 3.051u和2O.22kg/lm,检查孔为 1.6 lu和9.O1kg/lm,数据呈一致递减性,说明固结灌浆质量是好的,达到了预期效果。
帷幕灌浆共完成灌浆进尺13255.44m,I序孔单位平均吸水率为3.44u, 单位注入量为94.71kg/m,Ⅱ序孔为1.951u和33.43 kg/m,Ⅲ序孔为1.231u和l4.6Okg/m,数据呈一致递减性。帷幕灌浆检查孔共压水238段,单位吸水率小于lu的有236段,大于lu小于2u的有2段,孔段合格率为99.6%。以上说明,帷幕灌浆的质量是好的。附图为帷幕灌浆单位吸水率与单位注入量关系曲线、单位吸水率合格线。
接缝灌浆共完成 57个灌区,经过资料分析,48个灌区单元被评为优良单元。8月,分别在3段和8段进行了取芯检查,发现缝面结石饱满密实, 说明接缝灌浆质量是好的。
五、结束语
在现代水利水电工程中,隧洞灌浆技术是水利枢纽对基础工程处理的一种重要方法之一,本文阐述水工隧洞帷幕灌浆及固结灌浆施工技术的应用及方法,通过质量检查,隧洞灌浆效果非常明显,适应性强,成本比较低廉,结石强度不高,可用于砂砾层防渗。
作者简介:
毛广林(1984—),男 ,汉族人,山东省东营市人,助理工程师 ,学士学位,现供职于深圳市水务技术服务有限公司,研究方向:水利工程施工。
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。