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三峽工程無混凝土蓋重固結灌漿的可行性

09-03 12:57:20  瀏覽次數:432次  欄目:水利水電工程
標簽:水利工程管理,水利水電論文, 三峽工程無混凝土蓋重固結灌漿的可行性,http://www.tljciu.live

  1 壩址工程地質特征

  壩址區基巖以中粗粒花崗巖為主,細粒閃長巖次之。建基巖面利用巖體為微新巖石,局部為弱風化下部巖體。建基巖體工程地質條件較好,優質、良質巖體約占98%.RQD值一般70%~90%,變形模量一般為20—30Gpa,縱波速度4300~5500m/s,透水性弱,透水率小于lLU約占80%.

  壩區經歷多次構造變動,斷層構造巖出露面積約占建基面積的2%.以F2、F9、F23為代表的壓性斷層為主,構造巖石多為碎裂巖,一般膠結良好;以F215、F548、F65為代表的張性斷層次之,構造巖膠結較差,風化較強,少數呈松散狀態。

  裂隙以傾角大于60°的陡傾角為主,占75%以上;傾角30°~60°的中傾角裂隙占10%;緩傾角裂隙占13%.裂面以壓扭性為主,裂面平直,閉合狀、無充填、膠良好,裂隙長度一般2~5m,規模大者10~20m,極少數長度超過30m,間距一般2.5~3.5m,張性裂隙不發育、裂隙粗糙、微張開狀,長度多小于10m.

  此外,由于壩基開挖,建基面淺部巖體受卸荷及爆破影響,不同程度的損傷,局部巖塊松動。

  從總體上看,三峽大壩基礎工程地質優良,大壩基礎設計及基礎處理中,一方面應考慮如何充分利用壩址優良的地質條件,盡量節約工程投資;另一方面要對地質缺陷部位、裂隙發育部位的不良巖體進行妥善處理。

  2 大壩基礎固結灌漿設計簡述

  設計采用常規布孔與重點加固相結合的原則。

  2.1 固結灌漿的范圍

  一般范圍為壩踵、壩址各l/4壩基寬度,并對主體防滲帳幕迎水側的一排或兩排固結孔適當加深;對壩基范圍內出露的規模較大、性狀較差的斷層、巖脈、裂隙密集發育帶等缺陷部位采用重點加固處理;對壩基特殊部位、高陡邊坡部位視實際情況布孔。

  2.2 設計參數

  一般部位孔距2.5×2.5m,孔深入基巖;5~6m;主帷幕前的兩排孔距2.0×2.0m,孔深入基巖10~20m;地質缺陷部位或有特殊要求的部位孔排距2.0×2.0m,孔深入基巖8~15m.灌漿壓力一般0.3~0.5Mpa.

  2.3 施工方案

  以常規有混凝土蓋重灌漿方式為主,對具備采用無混凝土蓋重方式施工條件的部位,可采用無混凝土蓋重方式施工。有混凝土蓋重方式施工一般要求混凝土厚度不少于3.0m.采用分序加密,自上而下分段鉆灌。

  3 無混凝土蓋重固結灌漿的可行性及其實施

  3.1 無混凝土蓋重固結灌漿的可行性

  本次共做了三組無蓋重固結灌漿試驗,第一組位于臨船上航道F7斷層出露部位,第二組位于右岸導流明渠三期下游橫向圍堰處,第三組為左廠4—1乙塊生產性試驗。三組試驗分別代表不同的地質條件:斷層破碎帶、裂隙發育帶及一般地段。盡管所處地質條件不同,巖石透水性、吸漿量差別較大,但通過無混凝土蓋重固結灌漿試驗之后,巖體的強度,整體性得到了較大的改善,具有如下特點:

  1)單位透水率和單位注入量,隨著灌漿次序的增加,均有顯著的降低(見表1);單位注入量和單位透水率較大的段數頻率隨著灌漿次序增加而減少;斷層帶、裂隙發育帶遞減幅度相對較大。灌漿后檢查孔的單位透水率小于3Lu占90%以上,透水宰大于3Lu的孔段均位于試驗區的邊緣。

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  2)灌后巖體整體性、均質性得到加強,力學性質得到改善。單孔聲波波速值均能達到5000~5500m/s,跨孔地震波值4500m/s,聲波值提高3%~45%不等。灌前聲波值在5100~5500m/s,灌后提高3%;灌前聲波值在4500~5000m/s,灌后可提高5%~12%;灌前聲波值小于4500m/s.灌后均能提高10%以上;灌前聲波值越低提高幅度越大。灌后巖體的彈性模量,除個別幾段外,可達20GPa以上,一般提高3~10Gpa.

  3)無混凝土蓋重固結灌漿過程中有時發生串、冒、漏漿現象,但經過濃漿封堵、降壓、間歇、待凝等措施后,均達到了結束標準,符合技術要求。

  4)在灌漿過程中不同程度地產生水力壓裂、抬動。但抬動 值不大于200UM,在設計允許值范圍之內。少數裂隙即使在壓水、灌漿過程中產生水力壓裂,但最后能得到較好的灌注。

  5)第一組、第二組無混凝土蓋重固結灌漿試驗,基巖面未達到大壩建基面要求,淺層巖石較破碎,清基不徹底,找平混凝土沒經過嚴格振搗,混凝土與基巖面膠結較差,這些都是第一段單位透水率、注入量偏大及蓋板裂縫抬動的主要原因。

  綜上所述,經過無混凝土蓋重固結灌漿后,巖石得到了較大的改善,單位透水率、縱波速度、彈性模量都能達到設計要求值。因此,我們認為無混凝土蓋重固結灌漿,除有特殊要求的部位外,在技術上是可行的。

  3.2 無混凝土蓋重固結灌漿的優缺點

  本次試驗無混凝土蓋重是在找平混凝土上進行的,有蓋重是在3m厚的混凝土上進行的。從試驗資料分析,基巖的灌漿效果及是否抬裂主要與巖石本身的工程地質條件和灌漿壓力有關,而與有無混凝土蓋重關系不明顯。3m左右的混凝土蓋重板真正起的作用不大,阻止水力壓裂和控制抬動是有限的,并且發生抬動后處理是很困難的。3m厚混凝土與找平混凝土所起的主要作用都是嵌縫堵漏,約束巖面表面裂隙張開。與有混凝土蓋重固結灌漿比較,無混凝土蓋重固結灌漿有如下優缺點。

  主要優點:

  1)解決了澆筑與固結灌漿相互干擾的矛盾,加快施工進度。

  2)避免了有混凝土蓋重固結灌漿蓋板的抬動與處理困難。

  3)避免了有混凝土蓋重固結灌漿蓋板混凝土層面長時間暴露而產生溫度裂縫及繼續澆筑時新老混凝土變形不一致的問題。

  4)易于觀察巖石表面的串、冒漿等問題,便于及時處理。

  5)避免鉆壞混凝土內埋設的冷卻水管、受力鋼筋、測試儀器等構件。

  6)節省直接鉆混凝土或預埋導管的費用。

  主要缺點:

  1)由于巖石表面無蓋重,不能采用大的灌漿壓力,致使一部分需要較大壓力才能灌漿的細小閉合裂隙,沒有得到很好的灌注。

  2)在裂隙發育地段,易產生冒漿、串漿尤其是周邊孔段,需采取一些封堵措施才能完成灌漿工作。

  3)找平混凝土不易震搗、質量難以保證。因此找平混凝土的質量和與基巖的膠結緊密程度是進行無混凝土蓋重固結灌漿首先要解決的問題。

  3.3 無混凝土蓋重固結灌漿的實施

  無混凝土蓋重固結灌漿的優越性是顯而易見的,其不足是可以通過一些措施克服的,下面就怎樣實施提出建議。

  3.3.1 無混凝土蓋重固結灌漿部位的選定

  按設計要求兼輔助帷幕防滲的固結灌漿部位,地質缺陷部位,陡直立邊坡部位要求采用有蓋重固結灌漿,但混凝土澆筑是按塊劃分,兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔與一般固結灌漿孔位于同一壩塊,地質缺陷部位是局部的,所以在兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔,地質缺陷部位采用有蓋重,其他部位采用無蓋重是難以操作的。為解決這一矛盾,在今后施工中可以兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔移到帷幕灌漿廊道內施工,對地質缺陷進行妥善處理后,再進行無混凝土蓋重固結灌漿。

  壩址基巖優良巖體占98%以上,斷層碎裂巖體不足2%,所以大面積地進行無混凝土蓋重固結灌漿是有條件的。

  3.3.2 關于無混凝土蓋重固結灌漿的壓力

  灌漿壓力的使用至關重要。壓力偏小,巖體得不到很好的灌注;壓力偏大,會引起水力壓裂和抬動。因此應在不引起水力壓裂和抬動的原則下,盡量使用較大的灌漿壓力,即最佳灌漿壓力,這個最佳灌漿壓力往往是由巖體本身工程地質特性確定,不是由巖體的上覆壓力確定。

  根據巖體裂隙的大小,張開程度、滲透性、可灌性,三峽壩基巖體大致可以分為Ⅳ類。

  I類是寬大裂隙。裂面張開,伸延一般大于10m,透水性強、大于101u可灌性好、注入量大于20~15kg/m,在低壓力下(0.1Mpa)吸漿量很大,此類裂隙不發育,起著導水作用,是首要灌注對象,不需用多大壓力(0.1~0.3Mpa)就能取得良好的灌注效果。

  Ⅱ類是較大的無充填閉合裂隙,因卸貨、爆破影響后張開的閉合裂隙,短小的張性裂隙。透水性中等,透水率3~101u,注入量5~20kg/m,一般在小區域內自行封閉,開始吸漿中等,吸漿量逐漸減少,較快地達到結束標準。此類裂隙,在淺部較發育,一般在0.3~0.5Mpa壓力下就能得到較好的灌注,超過此壓力值,可能發生初步的水力壓裂和抬動。

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