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      巖溶漏水通道堵漏灌漿技術與實踐
      發布時間:2014-08-09
      1 概述
        建筑物基礎為薄層泥質、白云質灰巖,巖層層間泥化剪切帶較發育,部分剪切帶及斷裂構造溶蝕嚴重。在施工過程中,一期工程圍堰基坑內沿深孔導墻(兼縱向圍堰中段)導4~導5基礎層間溶蝕面形成了漏水通道,在基坑內底孔消力池護坦范圍發現兩處集中涌水點,兩處涌水點初期觀測到的涌水量分別為5L/s和25L/s,后期涌水量估算超過50L/s;二期圍堰基坑內緩傾角小斷層溶蝕面形成了更大的漏水通道,在基坑內表孔15#~16#壩段基礎范圍內出現多處帶狀分布的大漏量涌水點,總涌水量達80~100L/s。


        對這類高流速、管道型巖溶漏水通道的堵漏處理通常采用可控制凝固時間的化學漿材,但其價格昂貴、污染環境、影響施工人員健康。此外,地下水流特性不易掌握,化學漿材的膠凝時間難以控制,當地下水流速太大時,亦需采取措施控制流速,否則,化學漿材不能產生膠凝反應。
        一期工程施工過程中對導4~導5基礎漏水通道的堵漏處理進行了長達近一年的摸索處理,研究分析了采用各種灌漿材料及灌漿方法進行處理的可行性,以及相應的水流控制措施,最終采取引管、閘閥控制滲漏水流速,采用水泥灌漿方法處理好該漏水通道。
        二期工程表孔15#~16#壩段漏水通道出現后,直接采用一期工程導4~導5漏水通道的堵漏經驗和水流控制措施與水泥灌漿技術,一次處理成功,基本沒有耽誤原定工期。
      2 巖溶漏水狀況
        2.1 一期基坑溶蝕剪切帶漏水通道
        深孔導墻(兼縱向圍堰中段 )基礎為寒武系中統上峰尖組薄層及中厚層含泥質白云巖,巖層走向280~290°,傾向SW(上游偏右岸),傾角一般為30~35°。導4~導5附近基巖中分布有多條溶蝕剪切帶,并形成漏水通道,在導4~導5右側泄洪深孔消力池內形成W1和W1-1兩處大漏量集中涌水點。導4~導5和消力池開挖高程32m左右,外江水位枯水期為42m高程左右,汛期達55~56m。經分析,漏水通道主要順兩層產狀與巖層產狀一致的溶蝕剪切帶形成,兩層剪切帶垂直間距4~5m。
        兩處涌水點在清江枯水位初期觀測的涌水量分別為5L/s和25L/s,涌水量隨外江水位升高有明顯增大,經過1997年汛期高水位變化對漏水通道的脈沖沖淘,汛后其漏水量明顯變大,在清江枯水位時測算涌水量超過50L/s。根據連通試驗,漏水通道內水流流速為0.2~0.3m/s。
        2.2 二期基坑緩傾角小斷層溶蝕漏水通道
        二期基坑以編號300#剪切帶為界,右上側為黑石溝組第一段灰、淺灰色中厚層灰巖、白云質灰巖,左下側為上峰尖組薄層及中厚層含泥質白云巖。巖體中發育有300#、300-4#、300-3#、300-8#、300-9#、300-2#、300-1#七條剪切帶及F205、F213、F214、F215四條斷層,具溶蝕性,尤其是F213、F214、300-4#與F205交接部位溶蝕強烈,在15#~16#壩段基礎內形成了8個條帶形分布的涌水點及3個消水點?傆克窟_80~100L/s,單點涌水量最大達20~25L/s。F213、F214與 F205反傾,在15#~17#壩段形成一楔形體。
      3 導4~導5溶蝕剪切帶漏水通道堵漏方案與措施
        3.1 堵漏的必要性
        導4~導5漏水通道的存在,加大了基坑的抽水量,影響消力池護坦澆筑與施工,嚴重影響施工進度。另一方面地下涌水的長期沖蝕,惡化基巖結構,影響消力池護坦板抗浮穩定和導4~導5的抗滑、抗傾穩定,給消力池及導墻的安全運行留下隱患,必須對漏水通道進行先堵漏,后加固處理。
        3.2 導4~導5堵漏方案研究與摸索
        1997年5月,在縱向圍堰導4~導5左側深孔消力池范圍,發現兩處涌水點,為確?v向圍堰安全及消力池護坦砼澆筑質量,減小基坑抽水量,必須對導4~導5基礎進行防滲灌漿處理。灌漿孔布置在導4~導5右側,孔口高程46m,灌漿孔底高程穿過溶蝕帶以下2m,分三序施工,并從一序孔中選取一定的灌漿孔為先導孔,確定溶蝕剪切帶的分布范圍及溶蝕規模。
        施工單位于1997年6月8日開始灌漿施工,后因汛期來臨,移至高程57m的導墻頂部繼續施工。先期施工的18#、22#、26#孔與兩個涌水點串通,從孔內電視錄像揭示上述三孔分別于高程15.2m、20m和27m遇溶蝕剪切帶。由于涌水流速大,灌入的水泥及水泥砂漿不能凝固,漿液被高速水流稀釋并帶走。為封堵滲漏通道,灌漿過程中采取向孔內投粗砂、小石子,注細骨料混凝土以及在水泥漿中加入速凝劑等措施,均未湊效。本次處理灌注水泥97t、細砂45t、氯化鈣130kg。
        經分析論證,認為按原定堵漏灌漿方案,不能有效控制滲漏水的流速,堵漏灌漿難以取得成功,必須采取有效措施控制流速。進行了井點抽水和封閉涌水點控制滲漏水流速的研究,針對護坦混凝土澆筑和堵漏灌漿的程序,比較了 “先澆后灌”和“先灌后澆” 方案!跋裙嗪鬂病狈桨腹酀{封堵巖溶滲漏通道難度很大,需實施井點抽水。由于溶蝕剪切帶范圍較小,滲漏途徑短,難以在處理范圍以外實施井點抽排水措施,并且井點抽水控制滲漏流速難度較大。經綜合比較,選定“先澆后灌”方案。


        “先澆后灌”方案是在涌水點埋設可控制漏水量的引水管,對護坦建基面的滲水裂隙進行嵌縫堵漏,確保護坦板混凝土在無水條件下澆筑,然后進行護坦的錨樁施工。堵漏灌漿時逐漸關閉引水管,降低滲漏水流速。由于基坑內外的水頭差達十多米,需采取有效措施防止關閉引水管進行堵漏灌漿時護坦混凝土板產生抬動破壞,為此,考慮了護坦板增加壓重的后備措施。同時,還應防止因灌漿堵塞護坦建基面的排水系統。
        3.3 巖溶滲漏水控制措施和水泥堵漏灌漿實施
        (1)引管排水與嵌縫堵漏
        涌水點W1-1、W1分別用Φ150mm、Φ273mm鋼管嵌入建基面以下50cm,采用快凝水泥砂漿嵌管,確保埋管周邊無滲水,將集中涌水引至臨時集水坑。在引管出口安裝控制閥和預留進、回漿管。對建基面的滲水點,進行嵌縫處理,確保護坦混凝土在無水條件下澆筑。
        (2) 砼澆筑及錨樁施工
        護坦混凝土分兩層澆筑,堵漏灌漿前先澆底層混凝土,并預留護坦建基面縱橫排水溝;炷吝_到設計齡期后,進行錨樁施工。對不涌水錨樁孔直接進行錨樁施工,對與溶蝕剪切帶串通的涌水錨樁孔,待埋設抬動觀測裝置和進行引水管關閉試驗后,通過控制引水管閘閥進行堵漏灌漿,灌至不再涌水后再安裝錨筋。
        (3) 抬動觀測裝置
        為防止消力池護坦產生抬動破壞,根據溶蝕剪切帶的的產狀和分布范圍,在消力池護坦已澆混凝土上布置5個抬動觀測孔(點),并選取兩根錨樁安裝鋼筋計,監測錨樁的變形。抬動觀測孔深入到溶蝕剪切帶以下2m,鉆孔穿過溶蝕帶有涌水時,用水玻璃­-水泥漿液封堵,再繼續鉆進。護坦板抬動變形按不超過20 0μm控制。
       。4)關閉試驗及涌水錨樁注漿壓力
        為防止完全關閉引水管及涌水錨樁灌漿引起護坦抬動,進行了引水管關閉試驗,首先關閉W1-1,各抬動觀測點均未觀測到抬動變形值,再逐漸關閉W1,穩定20min,觀測引水管水壓力和抬動變形,當引水管水壓力達0.06Mpa時,各抬觀測點均觀測到了不同程度的抬動變形,其中一點最大抬動變形值達120μm,并且隨著壓力的升高,抬動變形值增加較快。
        通過引水管關閉試驗,認為控制錨樁孔灌漿壓力不超過0.06Mpa,可不需采取增加壓重的措施,對下一步導墻右側的堵漏灌漿,只要加強抬動觀測和錨樁受力監測,亦不需采取增加壓重措施。
       。5)堵漏灌漿
        堵漏灌漿分兩次進行,第一次結合導墻左側護坦涌水錨樁孔及增布的灌漿孔進行溶蝕剪切帶出露范圍的堵漏灌漿,第二次在導墻右側灌漿充填溶蝕剪切帶滲漏通道。


        涌水錨樁孔灌漿時,關閉W1-1并控制W1開度,漿液中摻加速凝劑,采取間歇、復灌處理至不再涌水,再安放錨筋。灌漿順序為先邊緣區,后主流區,將水擠向主通道方向。經多個錨樁孔灌漿,W1及W1-1被封堵。為防止下一步堵漏灌漿對護坦產生有害變形,更好地控制漿液,對連通性較好的一個涌水錨樁孔采取引管排水,另在護坦范圍以外自導墻左側向導墻基礎鉆了兩個排水孔,兩孔涌水量均較大,對一孔引管至臨時集水坑,另一孔向上引接管至高程42.4m,接近外江水位。
        在導墻右側第二次堵漏灌漿是在以上工作結束后開始的,在導墻右側利用兩個與左側引水管相通的鉆孔分兩次實施堵漏灌漿。第一個串通孔通過控制引水管的開度,灌至不進漿,但引水管繼續出水,未能完全封堵溶蝕剪切帶;第二個串通孔灌漿開始時,引水管處于開放狀態,灌漿漿液串通達到一定濃度后,逐漸關閉引水管,控制漿液的的流速,當灌漿孔回漿管回漿后,間歇性開啟引水管排出稀漿,當引水管排出漿液濃度接近進漿濃度時,引水管保持一定的開度,連續灌漿直到引水管出漿量逐漸變小、漿液變稀,最后流出小流量清水,繼續灌注至引水管不出水,在0.15Mpa的壓力下停止吸漿為止,連續灌漿歷時12h,灌注水泥37.4t,細砂13.4t。
       。6)溶蝕剪切帶封堵效果檢查
        在上述兩孔的堵漏灌漿結束后,在導墻右側繼續進行加密灌漿,加密后,灌漿孔最終孔距1.5m。加密孔灌漿吸漿量均較小。導墻右側灌漿工作結束后,在導墻左側護擔范圍內布置2個檢查孔,鉆孔芯樣中取出水泥結石,檢查孔均不涌水,壓水透水率小于5Lu,說明堵漏灌漿取得了預期效果。
      4 15#~16#壩段緩傾角斷層溶蝕漏水通道堵漏灌漿
        15#~16#壩段的滲漏通道將直接影響壩體砼的澆筑及壩基固結灌漿、帷幕灌漿的正常進行,危及大壩的安全,影響水庫蓄水,必須對其進行妥善處理。
        15#~16#壩段緩傾角小斷層溶蝕漏水通道揭露后,直接采用導4~導5堵漏灌漿的技術措施和實踐經驗,設法控制滲漏水流速,灌注水泥砂漿和水泥漿,主要措施如下:
        在15#~16#壩段基礎混凝土澆筑前,對溶蝕通道各涌水點進行嵌縫、引管、埋管,對漏水量大的兩個涌水點引管并安裝閘閥。同時,在漏水通道上游開挖截水井,安裝3臺水泵抽水,降低滲漏水頭及滲漏水流速,減小涌水量。灌漿前安裝抬動觀測裝置,確保灌漿對壩體混凝土不產生抬動變形。堵漏灌漿順序為自下游逐步向上游進行,灌漿壓力0.1~0.2Mpa,灌注漿液為0.5:1的水泥漿和水泥砂漿,并摻加適量速凝劑。堵漏灌漿時,根據各涌水點灌漿情況開啟或關閉引水管閥門。采用上述措施后,一次成功灌漿封堵了巖溶漏水通道。經后續錨桿、固結灌漿和帷幕灌漿的施工檢驗,該部位堵漏灌漿效果顯著。
      5 結語
        高壩洲工程導4~導5及15#~16#壩段巖溶漏水通道采用水泥灌漿進行堵漏,降低了工程投資,取得了良好的防滲堵漏效果,避免了化學灌漿的環境污染,滿足環境保護要求,為下一步建筑物基礎防滲加固處理創造了有利條件。
        通過高壩洲工程巖溶漏水通道的堵漏灌漿實踐,有以下兩點認識和體會:① 巖溶漏水通道對工程有危害需堵漏時,首先應查明其發育規模及分布范圍,不可盲目實施堵漏灌漿。② 高流速、管道型巖溶漏水通道,采取引管控制出口流量,結合在合適位置進行井點抽排水,根據實際情況制定灌漿程序,能有效降低水流流速,采用水泥灌漿可取得滿意的效果。


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