浙江桐城市朱山?jīng)_水庫大壩地質(zhì)特征與成因分析

浙江桐城市朱山?jīng)_水庫大壩地質(zhì)特征與成因分析

1大壩砂殼填土室內(nèi)滲透試驗結(jié)果朱山?jīng)_水庫位于桐城市大觀市卓村，距桐城市18公里，距桐城瀘州河（江）2km。水庫壩址以上控制集雨面積3.2km2,總庫容110萬m3,屬于小(一)型水庫。水庫的死水位88.0m(吳淞、下同),相應(yīng)死庫容9.0萬m3;水庫正常蓄水位97.0m,相應(yīng)庫容101.0萬m3;校核洪水標準為500年一遇,校核洪水位98.68m,相應(yīng)庫容為110.0萬m3。大壩區(qū)地層為壩身填土和基巖,壩身填土包括砂殼、斜墻等。砂殼:壩身砂殼主要以黃、灰色中粗砂為主,局部夾有礫石;壩身砂殼野外標準入擊數(shù)一般3.4～8.0擊,平均5.7擊,砂殼填土為松散狀態(tài);壩身砂殼填土水平滲透系數(shù)一般為1.99E-04～4.79E-03cm/s,平均1.99E-03cm/s;垂直滲透系數(shù)一般為6.84E-05～1.16E-03cm/s,平均4.41E-04cm/s。大壩砂殼填土一般具有中等透水性。斜墻:粘土斜墻填土主要成份為黃、灰色中等粗砂和粘土,一般呈層狀分布,粘土一般呈軟可塑至可塑狀態(tài),中粗砂呈稍密至松散結(jié)構(gòu)狀態(tài);粒徑﹥2mm一般為9.5%,砂粒含量一般為29.0%～70.6%,粉粒含量一般為12.5%～39.0%,粘粒含量一般為16.7%～31.0%;斜墻填土室內(nèi)滲透試驗水平滲透系數(shù)一般為5.90E-05～2.36E-04cm/s,平均1.27E-04cm/s;垂直滲透系數(shù)一般為1.40E-05～1.00E-04cm/s,平均5.03E-05cm/s。以上數(shù)據(jù)表明,大壩斜墻填土具有中等～弱透水性?；鶐r:壩基基巖為石英正長斑巖,裂隙發(fā)育、巖體風(fēng)化較深。根據(jù)野外鉆孔揭示,全風(fēng)化石英正長斑巖主要分布于大壩左、右壩端部位,呈黃色中粗砂狀;強風(fēng)化石英正長斑巖頂部分布高程79.20～20.59m,底部分布高程64.31～67.39m,厚度15.70～23.20m;弱～微風(fēng)化石英正長斑巖頂部分布高程64.31～67.39m。根據(jù)野外鉆孔壓水試驗成果,大壩壩基全～強風(fēng)化石英正長斑巖透水率4.9～9.7Lu,平均7.3Lu,具有弱透水性。壩基處理:壩基河床沖積物分布于壩下主河槽部位,為建壩時未清基所致,ZK1、ZK3、ZK5～ZK7孔有所揭露,主要以黃、灰色中粗砂夾礫卵石為主,一般呈稍密至松散狀態(tài),頂部分布高程83.70～85.55m,底部分布高程79.20～83.15m,厚度2.40～4.50m,滲透系數(shù)1.09-02cm/s,心墻直接建在其上。2設(shè)計高壓噴射防止?jié)B透的墻設(shè)計2.1高壓擺噴灌漿技術(shù)設(shè)計加固的防滲墻軸線位于壩軸線附近,距壩迎水面邊線1m。防滲墻采用高壓擺噴灌漿技術(shù)(三管法),分兩序,擺噴折接施工,起止樁號從0+032至0+298。鉆孔穿過壩身砂殼、粘土斜墻至基巖,實際施工時通過鉆孔取芯確定各灌漿孔孔深。2.2高壓擺噴防滲墻灌漿孔距的確定高壓擺噴防滲墻為朱山?jīng)_水庫除險加固工程的重點部位。為了確保這次高壓擺噴防滲墻起到防滲、加固的效果,根據(jù)設(shè)計文件及高壓擺噴防滲墻技術(shù)規(guī)范要求,承包人依據(jù)施工經(jīng)驗,初步確定孔距試驗參數(shù),再參照現(xiàn)場孔距試驗開挖情況,確定這次高壓擺噴防滲墻的灌漿孔距及其它工藝參數(shù)如下。2.2.1孔距2010年3月20日參建各方針對現(xiàn)場高噴孔距試驗,確定孔距1.2m。2.2.2技術(shù)生產(chǎn)參數(shù)高壓擺噴防滲墻施工中其它工藝參數(shù)確定見表1。2.3高噴漿液配置灌漿的主要材料為水泥,本工程采用42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥。按照設(shè)計要求,高噴漿液采用純水泥漿。同時。要求漿液嚴格按水灰比與配制程序配置,配置好的漿液應(yīng)具有良好的流動性與穩(wěn)定性,水泥漿的攪拌時間,使用高速攪拌機應(yīng)不小于30s;使用普通攪拌機應(yīng)不少于90s。水泥漿液自制備至用完的時間應(yīng)小于4h,否則應(yīng)按廢漿處理。3高壓噴射防滲透墻施工3.1施工中選擇的流程3.2鉆機的安裝鉆孔所選用的設(shè)備為CXU-300液壓鉆機,回轉(zhuǎn)鉆進泥漿固壁。首先在開鉆前檢查孔位、孔序是否正確、鉆機基座是否水平、立軸是否垂直、同時在鉆進中也要經(jīng)常檢校鉆機立軸的垂直度,并且每5m測一次孔斜,發(fā)現(xiàn)問題時要及時糾正,確保孔斜率在0.5%以內(nèi)。3.3調(diào)整孔口擺動裝置擺噴灌漿采用全孔連續(xù)作業(yè)。灌漿所采用的設(shè)備為YGP-5型高噴臺車。鉆孔經(jīng)檢驗合格后,將高噴臺車移至孔口處,先進行地面試噴并調(diào)準噴射方向。噴射管要求下到設(shè)計深度,且誤差不大于10cm,同時將孔口擺動裝置調(diào)整好方向,并與其它工序相互配合,作好灌漿前的準備工作。噴射管下至設(shè)計深度后,同時啟動高壓水泵、空壓機、攪拌機、泥漿泵等配套設(shè)備,將各工藝參數(shù)調(diào)整到設(shè)計要求后開始送入水、氣、漿,噴射13min待孔口冒漿后,即按設(shè)計的提升、擺動速度,自下而上開始邊噴射邊擺動邊提升,直至設(shè)計的終噴高度后停噴并提出噴射管,然后利用孔口回漿或水泥漿液及時補灌,直至漿液面不下降為止。4工到30日朱山?jīng)_水庫高壓擺噴防滲墻從2010年3月20日開始正式施工,到2010年4月30日結(jié)束,歷時40天。共完成造孔222個,鉆孔總進尺3966m,完成灌漿長度3565m,共用水泥1436t,平均每米水泥用量達0.4t。5施工過程控制合同條件高壓擺噴防滲墻的施工是一種多機械,多工序、多工種互相配合的流水作業(yè)。施工過程中,任何一環(huán)節(jié)達不到設(shè)計要求都會直接影響成墻質(zhì)量。通過這次高壓擺噴防滲墻施工,我們總結(jié)出,要使高壓擺噴防滲墻質(zhì)量得到保證,在施工過程中必須抓好以下幾個方面的控制。5.1孤石灌漿時壓漿效果在鉆孔時應(yīng)詳細鉆孔臺班記錄,記錄孔位、孔深和地質(zhì)變化等情況,便于在高噴時針對不同的地質(zhì)條件,采取相應(yīng)的技術(shù)措施。如在這次鉆孔進程中,時常碰到大的孤石,我們都做好詳細記錄,灌漿時在孤石上下各0.5m段范圍內(nèi)擺角可加大100°～150°,提升速度可降到80%左右。在灌漿過程中,應(yīng)對漿量、氣量、水壓、進漿比重、回漿比重和回漿量等數(shù)據(jù)做到半小時測一次,遇到情況異常時當(dāng)及時處理。如當(dāng)進漿濃度誤差超過0.1g/cm3時,應(yīng)立即調(diào)整作業(yè),改變漿液水灰比,繼續(xù)噴漿作業(yè)。5.2鉆進控制要點高壓擺噴防滲墻施工中孔斜控制極為重要。尤其是本次施工中鉆孔深度最深達30m,地層結(jié)構(gòu)與組成成份復(fù)雜?？仔笨刂频貌缓?極易使墻體根部搭接不上。本次施工中對孔斜控制主要是“鉆前控制+鉆進控制”以及施工工藝控制。1)鉆前控制:主要指開鉆前檢孔位、孔序是否正確;要使鉆機基座水平,立軸垂直。2)鉆進控制:第一,開鉆時要輕壓慢鉆;第二,鉆進中質(zhì)檢員經(jīng)常用水平尺檢校鉆機立軸垂直度,并且每鉆進5m要測一次孔斜,發(fā)現(xiàn)孔斜超過0.5%時應(yīng)及時糾正。第三,鉆進控制的重點應(yīng)是鉆機立軸、鉆桿的垂直度的控制和鉆進參數(shù)(鉆壓、轉(zhuǎn)速、泥漿)的控制。3)施工工藝控制:第一,在鉆桿中間加5m長的導(dǎo)向巖芯管。這樣在開孔時可以縮小巖心管與孔壁的間隙,鉆進時又能起導(dǎo)向作用。第二,施工時采用硬質(zhì)合金鉆頭,泥漿固壁回轉(zhuǎn)鉆進,要控制鉆速、鉆壓,鉆進堅固地層時不要加壓過大,要輕壓垂直鉆進。在施工過程中要始終保持鉆架牢固,平穩(wěn),主鉆桿、導(dǎo)桿箱堅固垂直。第三,施工過程中盡量使軸心壓力由粗徑鉆具自垂來代替,這樣使鉆桿保持微承拉狀態(tài),能始終堅持導(dǎo)向。從這次施工中我們得出經(jīng)驗:鉆孔深度至15m時孔斜率若能控制為零,則采用上述鉆進工藝和控制措施能保持最終孔斜率≤0.5%,從而保證成孔質(zhì)量。5.3孔口與壩地下水位差過大造成的流孔在造孔和灌漿過程中,曾發(fā)生不少塌孔現(xiàn)象,我們經(jīng)現(xiàn)場觀察、研究,發(fā)現(xiàn)其發(fā)生的主要原因是:1)泥漿固壁施工方法不當(dāng);2)造孔與灌漿間隔時間過長;3)孔口與大壩地下水位差過大;4)吊、提鉆具、噴射管時碰撞孔壁等。針對上述發(fā)生的原因,我們主要采取:1)鉆進和掃孔時應(yīng)用大比重、穩(wěn)定性好的優(yōu)質(zhì)低固相泥漿固壁;2)盡可能縮短灌漿與鉆孔的時間間隔;3)孔內(nèi)漿液面應(yīng)與孔口齊平;4)吊、提鉆具、高噴管等操作時要穩(wěn),做到自由下落,不得擺動和斜放,導(dǎo)向管應(yīng)垂直,不得彎曲變形。5.4高壓旋流器灌漿及對螺釘嘴唇的保護作用下噴射管時最易堵賽噴嘴。所以本次施工中我們摸索到在下噴射管時應(yīng)同時采取低壓送漿(低壓送漿同時置換了孔內(nèi)泥漿)及對噴頭的水、氣、嘴采用臨時性保護措施(如用黑色絕緣帶堵嘴、外纏寬塑料膠帶等,高噴時這些保護物被高壓水沖走),這些都能很好地解決這一問題。另外,在每孔噴射完成后,應(yīng)及時將各管路沖洗干凈,不得留有殘渣,以防堵塞。特別是噴漿系統(tǒng)更要特別注意,要將漿液換成水進行連續(xù)沖洗,直到管中出現(xiàn)清水為止。5.5注漿中斷的預(yù)防在高噴作業(yè)過程中,應(yīng)保證供氣、供水、供漿管路系統(tǒng)暢通、密封。噴射過程中應(yīng)隨時檢查設(shè)備運行狀況,做好各環(huán)節(jié)配合,避免中斷。當(dāng)遇有突然停電、高壓水泵壓力不夠、漿泵的供漿量不足,孔口回漿異常等因素都會造成注漿中斷現(xiàn)象。在恢復(fù)噴漿時,必須復(fù)噴0.5m長度,以保證防滲墻體的連續(xù)性和可靠性。另外,由于本工程孔深較大,在灌漿過程中需卸管,卸管后需將噴射管下放復(fù)噴,且搭接長度要大于0.3m,這樣才能確保防滲墻成墻質(zhì)量。6壩體防滲設(shè)計結(jié)果2010年5月15日,建設(shè)單位委托安徽省水利水電科學(xué)研究院利用圍井注水試驗對朱山?jīng)_水庫大壩高噴防滲墻進行綜合檢測。檢測結(jié)論如下:通過對帷幕灌漿部位現(xiàn)場壓水試驗及圍井現(xiàn)場注水試驗得出:帷幕灌漿部位透水率為:0.67～1.68Lu,滿足帷幕灌漿透水率<10Lu的設(shè)計要求;圍井現(xiàn)場注水試驗得滲透系數(shù)為1.03×10-7,滿足滲透系數(shù)K≤i×10-6cm/s(i=1～9)的設(shè)計要求?，F(xiàn)場開挖探坑檢查結(jié)果表明:檢查范圍內(nèi)防滲墻攪拌均勻,連續(xù)性較好,