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三峽泄洪壩段特殊地質條件下的帷幕灌漿施工

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標簽:組織結構設計,鋼結構設計, 三峽泄洪壩段特殊地質條件下的帷幕灌漿施工,http://www.tljciu.live

    摘  要:三峽泄洪壩段壩基地質條件較為特殊,總體來看巖體中陡傾角網絡狀細微裂隙發育,且具有一定的連通性,水泥漿液可灌性較差,易失水回濃,局部范圍內涌水較為普遍,部分孔段漿液注入量較大。水泥灌漿施工完畢后,部分壩段仍存在淺層透水率超標現象,采用丙烯酸鹽進行補充灌漿后,帷幕的防滲能力可以滿足設計要求。

    三峽二期工程泄洪壩段位于長江枯水河床及右岸漫灘中堡島部位,建基面高程為4~50 m,其中1~3壩段位于枯水河床深槽區,是三峽大壩最高部位,最大壩高181 m。壩基巖體為閃云斜長花崗巖,其中含有細粒閃長巖和片巖包裹體、花崗巖脈及偉晶巖脈。基巖構造裂隙屬細微裂隙,從總體看,透水性微弱,在斷裂發育帶、卸荷帶及巖脈與斷裂接觸面透水性強。
    三峽泄洪壩段壩基帷幕分為上游主帷幕和下游封閉帷幕,上游主帷幕為兩排,第一排為豎直孔,第二排為傾向上游1.5°~5°斜孔,孔距均為2 m,孔徑60 mm;下游封閉帷幕為單排豎直孔,孔距為2.5 m,孔徑60 mm。帷幕灌漿采用“小口徑鉆孔,孔口封閉,自上而下分段,高壓孔內循環法”灌漿。上、下游帷幕第3段以下設計壓力分別為6 MPa和4 MPa。前3段段長分別為2 m、1 m、2 m,灌漿壓力分別為上游主帷幕:1.5 MPa、3 MPa、4.5 MPa,下游封閉帷幕:1 MPa、1.5 MPa、2 MPa;第3段以下一般段長為5 m,最長不大于10 m,第一段采用傳統阻塞法進行灌漿,灌漿結束后埋入孔口管,待其終凝后開始繼續鉆進。
    在帷幕水泥灌漿完工后,經過對灌漿的成果資料進行分析發現,部分孔段淺層存在透水率大或有涌水,且在灌漿壓力已升至2倍設計水頭的情況下,灌漿單耗依然較小;在帷幕檢查孔壓水時也發現部分壩段的淺層透水率仍然超標,因此又進行了丙烯酸鹽補充灌漿。丙烯酸鹽灌漿主要針對淺層透水率大或有涌水而灌漿單耗較小以及檢查孔壓水時淺層透水率超標的部位。
    丙烯酸鹽灌漿孔均為垂直孔,采用純壓式灌漿,分兩序加密,孔深5 m;分2段壓水檢查,第1段段長2 m,第2段段長3 m,全孔作1段灌漿,主帷幕壓水壓力2.0 MPa,灌漿壓力2.5 MPa;封閉帷幕壓水壓力1.0 MPa,灌漿壓力1.5 MPa,灌漿壓力均低于相應部位的水泥灌漿壓力。
    2 施工特點
    2.1 部分壩段失水回濃現象較為普遍
    造成漿液失水回濃的主要原因是地層中的細微裂隙只有水和部分細水泥顆粒可以通過,而粗水泥顆粒不能通過。三峽泄洪壩段帷幕灌漿采用的是濕磨水泥,濕磨后水泥粒徑為d50≤10μm且d97<40μm,也就是說平均粒徑為10μm的水泥顆粒也只有部分能灌入裂隙。一般認為當水泥粒徑小于裂隙寬度的1/3~1/5時,可灌性較強,因此基本可以判定吸水不吸漿孔段的地層中裂隙寬度小于30~50μm。
    現場為了便于操作,制定如下方法判定失水回濃是否達到了吸水不吸漿的程度:當小循環灌漿過程中,20~30 min內回漿比重超過一個比級且注入率在1~2 L/min,此時換原比級的新鮮漿液,若不發生回濃或回濃不明顯,則正常結束灌漿;若繼續發生回漿比重超過一個比級的現象,則判為吸水不吸漿,按吸水不吸漿標準結束灌漿,但總灌注時間仍要求不小于120 min。
    根據現場的實際情況,筆者認為下面的判斷方法更科學、更準確:三峽二期泄洪壩段壩基帷幕灌漿要求在小循環(圖1)達到穩定狀態30 min后,打開大循環(圖2)灌注。所謂小循環就是回漿管的漿液直接回到灌漿泵,再由泵壓入進漿管而不經過攪拌桶及流量計。小循環過程中,自動記錄儀能準確記錄注漿量。而大循環則是指回漿管的漿液回到攪拌桶后,通過流量計再進入灌漿泵壓入進漿管。大循環過程中,自動記錄儀已不能有效的記錄注漿量,人工記錄的注漿量有一定的誤差,因此透水不透漿現象在小循環狀態下進行判斷比較準確。
    在小循環過程中,假設該孔段已達到透水不透漿的程度,孔內(包括進、回漿管)漿液將逐漸變濃,因為對于某一個孔段,孔容(包括進、回漿管容)是一定的,則孔內漿液由稀變濃的需灰量L1應與同一時段內所注入漿液的含灰量L2相等(因為這一時段內,漿液中的水完全灌入裂隙,而灰仍留在孔內)。
    為了計算方便,根據試驗結果得出濕磨普通525#水泥漿液灰水比與比重及灰水比與含灰量關系曲線,如圖3所示。
    現舉例說明上述判定方法:
    1X13-II-1#孔第7段:孔容162 L,進漿比重1.21kg/L(進漿比重指攪拌桶內漿液比重),30 min內注漿量為61 L,回漿比重(回漿比重指回漿管內漿液比重)從1.21 kg/L變濃為1.3 kg/L。根據圖3,查得:
    γ=1.21 kg/L對應的漿液含灰量為0.3 kg/L
    γ=1.3 kg/L對應的漿液含灰量為0.43 kg/L
    30 min內孔內漿液比重由1.21 kg/L變為1.3 kg/L所需灰量:
    L1=162×(0.43-0.3)=21.1 kg
    此時段內所注入漿液的含灰量:L2=61×0.3=18.3 kg
    兩者相差僅2.8 kg,后者已達前者的86.7%。考慮到管容測量誤差、比重測量誤差以及計時開始時孔內漿液比重沒有完全置換至1.21 kg/L,可以認為該孔段為典型的透水不透漿現象,按照吸水不吸漿處理。
    按照上述方法,對帷幕灌漿中透水不透漿現象進行分析發現:計算出的L2與L1相差均在20%以內。
    此外,對于L2小于L1的20%以上時,可以認為孔內漿液置換不充分,孔內仍存留有部分濃漿,不能判為透水不透漿,而應重新置換出孔內濃漿,灌入一定比重的稀漿。
    若L2>L1,則說明孔內仍在吸漿,按正常情況對待。
    上述判斷方法的缺點是需要查表計算,不便于現場操作,但就準確性而言,筆者認為這種判斷方法值得推廣。
從現場的實際情況來看,很少發生換新漿后可灌性增強的現象,一般是繼續回濃,發生失水回濃后換新漿對于泄洪壩段的地質情況效果不明顯。經過孔內高壓循環一段時間后,漿液流動性降低、粘度增大,而新漿流動性較強、粘度較小,故可灌性較好,但在三峽泄洪壩段,裂隙寬度過小、水泥粒徑過大已成為漿液失水回濃的主要原因,而漿液的流動性和粘度是次要原因,要降低失水回濃發生的頻率,提高細微裂隙的可灌性,采用粒徑更小的超細水泥是一種有效途徑,但這無疑會增加灌漿成本,而從檢查孔的壓水結果來看,發生失水回濃頻率較高的壩段灌后防滲能力基本可以滿足設計要求。
    泄洪壩段7~9主帷幕發生失水回濃的頻率較高且大部分在開灌30 min內迅速回濃,同時注入率在1~2 L/min,按吸水不吸漿標準結束,既縮短了灌漿時間又避免了發生孔內濃漿埋鉆的危險,該部位的帷幕檢查孔除X8-J1最后兩段壓水結果超標外,其余孔段壓水結果均滿足設計要求。
    2.2 數量較少的大注入率孔段是帷幕防滲的關鍵部位
    因深槽段基礎下分布有順河向斷裂構造,故大漏量孔段較多。對于壓水時發現注入率、透水率較大的孔段,首先查找有無外漏點,如有外漏點則對外漏點進行嵌縫、表面封堵,在確認無外漏時,開灌前對制漿站、灌漿泵、攪拌桶、儲漿桶及輸漿管道等設施進行檢查,以確保灌漿的連續性,不發生人為的灌漿中斷。
    因為壓水壓力較低,而灌漿壓力較高,因而壓水時無外漏的孔段,灌漿時不一定沒有外漏,灌漿過程中當漿液注入率較大時,首先查找有無外漏,特別是當已經變濃一級漿液而注入率沒有明顯減少時,更要加強查找。當發現外漏時首先降低灌漿壓力,對外漏點進行嵌縫、表面封堵,當上述措施無效時,采取間歇灌漿,待所灌入水泥漿液初凝后,掃孔復灌。
    在灌漿注入率較大而無外漏時,需控制灌漿壓力使之與注入率相匹配,因為注入率較大說明裂隙比較發育,地質條件較差,因而漿液與基巖的接觸面較大,這時如果升至高壓會產生較大的抬動力,很可能會導致抬動破壞。在漿液注入率較大時,需加強抬動觀測,以便控制適當的灌漿壓力。在漿液比級相同的情況下,裂隙比較發育的地層中漿液壓力衰減較慢,故較小的灌漿壓力也能得到較大的擴散半徑,因而在漿液注入率較大時不必升高灌漿壓力也能得到理想的灌漿效果。此時需采取措施降低漿液的流動性,例如采用濃漿灌注,以避免不必要的浪費漿材。三峽泄洪壩段壩基帷幕灌漿采用部頒94規范中推薦的與注入率相匹配的灌漿壓力,如下所示。

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