專利名稱：：壩體防滲帷幕灌漿的施工方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種壩體防滲帷幕灌漿的施工方法。主要適用于混凝土大壩防滲、排水補強加固處理，此外對于其它當?shù)夭牧蠅畏罎B處理也有借鑒作用。
背景技術：
：已建大壩防滲、排水處理難度很大，以往常常采用大壩上游面防滲、壩體內部防滲兩種方法。其中，大壩上游面防滲通常采用混凝土、土工膜、特種防滲化學材料等，大都需要水下施工，難度大，工期長，效果不理想。如放空或降低庫水位，則對周邊環(huán)境、上下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活產(chǎn)生較大影響；壩體內部防滲通常采用壩體帷幕灌漿(水泥或化灌)、置換混凝土防滲墻、壩頂切槽等方法。在蓄水情況下，置換混凝土防滲墻、壩頂切槽方式，對壩體內部損傷較大，存在施工期安全隱患。而壩體帷幕灌漿法是在壩頂、壩體基礎檢查廊道內施工，不存在施工導流及水位控制問題，施工相對簡單，施工條件較好，同時施工對壩體和電站運行影響較小。防滲帷幕灌漿是一種常規(guī)、成熟的施工技術，具備一套完整的理論，施工相對簡單，并被廣泛運用于大壩壩基及壩體防滲及補強加固工程中，但現(xiàn)有壩體防滲帷幕灌漿存在以下缺點1、工藝落后，通常套用壩基帷幕灌漿工法，采用"疏孔、低壓、普通水泥、稀漿"工藝，此法難以形成具有一定厚度的有效幕體，抗?jié)B性、抗腐蝕性、耐久性較差；2、排水系統(tǒng)不完善，現(xiàn)有壩體排水一般采用垂直向下排水法，直接在壩頂鉆設垂直排水孔孔與壩內基礎廊道相接，對帷幕體產(chǎn)生較大的水力剃度；3、對幕體抗腐蝕性措施不重視，以致幕體耐久性差，短期重復灌漿的現(xiàn)象比較普遍。具體如下a、疏孔，一般套用壩基帷幕灌漿工藝，帷幕孔排距采用1.5-3m。由于壩體混凝土缺陷之間貫通性較差，灌漿的擴散范圍往往有限。根據(jù)水東大壩灌漿補強和2006年豐滿大壩14#壩段灌漿試驗及2008年降滲工程的成果分析，部分區(qū)域的I序孔(間距2m)、II序孔(lm)單耗分序遞減規(guī)律并不明顯，最終孔距達到0.5m才能有效。過疏的帷幕孔距，在低壓、普通水泥、稀漿的工藝下，由于擴散半徑較小，難以形成有效連續(xù)的防滲幕體。b、低壓，一般套用壩基帷幕灌漿工藝，根據(jù)工程和地質情況進行分析計算并結合工程類比擬定，并通過灌槳試驗論證，而后在施工過程中調整確定。目前基本在1.5MPa以下，有些工程甚至更小，在l.OMPa以下。灌漿壓力是帷幕灌漿的重要參數(shù)，直接影響帷幕的防滲性能和耐久性，確定灌漿壓力時要與壩體帷幕承受的水頭相匹配。研究表明，在不會抬動壩體和混凝土不產(chǎn)生劈裂的情況下，盡量采用較大的灌漿壓力。按規(guī)定加大灌漿壓力，才能促使水泥漿由"填滿"階段向"飽和泌水"階段過渡，同時，因提高了灌漿壓力，縫隙擴張，便于漿液向更大范圍擴散。"泌水""擴散"過程要達到預期效果，需要一定的時間延續(xù)，在這個延續(xù)的時間內，水泥顆粒從漿液中陸續(xù)沉積下來，填充空隙，形成致密的結石，其中灌漿壓力和灌注時間是影響漿液結石強度的重要因素。c、普通水泥，一般套用壩基帷幕灌漿采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的純水泥漿液，由于其顆粒粒徑較大，在相同灌漿壓力下，其滲透基體的能力小于細水泥漿液。d、灌漿漿液目前大都沿用壩基帷幕灌漿由稀變濃、逐級變換的方法漿液水灰比一般采用5、3、2、1、0.8、0.6(或0.5)等六個比級，灌注細水泥漿液時，水灰比一般采用2、1、0.6或1、0.8、0.6三個比級。一般以稀漿開灌，如5:l(甚至8:1)。水泥漿由固體顆粒材料(水泥)和水按一定比例配制而成。灌漿的目的是要求水泥漿在被灌體的空隙中凝結和硬化，形成的結石具有足夠的強度和抗?jié)B性。水泥水化需水量少，而配制的水泥漿卻是較稀的，灌入空隙的稀漿若不采取措施排除多余水分，漿液凝固后就會留有孔隙，使結石強度變低。
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是根據(jù)壩體混凝土灌漿特點，提供一種壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，采用"密孔、高壓、濕磨細水泥、濃漿"新型灌漿技術，以達到提高壩體帷幕防滲能力、抗腐蝕性和耐久性的目的；本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于采用前堵后排的方式進行大壩防滲，進一步降低壩體下游滲流出逸點高程，降低壩內揚壓力，尤其在寒冷地區(qū)，可有效解決壩體滲漏弓I起的混凝土凍融、凍脹問題。本發(fā)明所采用的技術方案是壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于包括以下步驟a、在壩頂垂直向下鉆設一組帷幕灌槳孔，孔底距離基礎廊道頂部3-5m，孔距為0.5-1.2m、排距為0.3-0.7m，并呈梅花形布置;b、在基礎廊道內，向上游面鉆設扇形輻射狀灌漿孔，并與垂直的帷幕灌漿孔交叉、相連；c、在基礎廊道內，垂直向下鉆設深入壩基2-5m的帷幕連接灌漿孔，使壩體、壩基防滲帷幕相連，形成完整的防滲體系；d、采用自上而下分段、孔口封閉、孔內循環(huán)重復式、三序灌漿方式分別對帷幕灌漿孔、輻射狀灌漿孔和帷幕連接灌漿孔進行灌漿及孔口封堵，灌漿漿液采用濕磨后水泥顆粒平均粒徑小于10iim的濕磨細水泥，始終按照0.6:1或0.8:1的單一水灰比進行灌漿；壩體帷幕表層孔段的灌漿壓力為1-1.5倍帷幕的工作水頭，帷幕底部灌漿壓力為2-3倍帷幕的工作水頭；e、在壩體內鉆設與基礎廊道連通的排水結構。為了增加灌入水泥材料的耐蝕性，所述濕磨細水泥內添加重量百分比為20%25%的1級粉煤灰。由于濃漿可灌性相對較差，灌漿過程中添加減水劑。所述減水劑為濃度為2%的萘磺酸鹽。所述帷幕灌槳孔的孔徑為56mm、76mm或110mm。所述排水結構包括在壩頂、帷幕下游側鉆設至基礎廊道頂拱的垂直壩體排水孔，基礎廊道內向下鉆設壩基排水孔，該壩基排水孔深入壩基以下的深度為0.4-0.6倍壩基帷幕深度，基礎廊道內向下游側鉆設一組呈扇形分布的輻射排水孔。所述輻射排水孔有l(wèi)-3排，仰角為30-60度，每排相鄰各輻射排水孔之間的距離為2-3m，輻射排水孔的直徑為110mm-150mm。所述壩體內部靠近下游側開設排水廊道，并在該排水廊道內向上游側鉆設一組呈扇形分布并與輻射排水孔交叉連通的排水槽。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中采用"密孔、高壓、濕磨細水泥、濃漿"新型灌漿技術進行灌漿，相比以往壩體混凝土灌漿套用壩基帷幕灌漿技術的做法，減小帷幕灌漿孔的孔距和排距，增加了帷幕厚度，提高了幕體耐久性，同時采用濕磨細水泥、高壓、濃漿進行灌注，灌漿過程中添加減水劑，使?jié)衲ゼ毸酀{液對微細裂隙的可灌性達到最優(yōu)，提高了灌漿的結石強度，從整體上提高了壩體的帷幕防滲能力；在帷幕下游側鉆設垂直壩體排水孔、壩基排水孔和輻射排水孔，采用前堵后排的方式，進一步降低了壩體下游滲流出逸點高程，降低了壩內揚壓力，尤其在寒冷地區(qū)，有效解決了壩體滲漏引起的混凝土凍融、凍脹問題；在灌漿水泥中摻入活性的混合材(粉煤灰)，減少了軟水的溶蝕程度，從而提高了壩體防滲帷幕的耐久性；綜合來看，本發(fā)明可實施性、可靠性均較好，解決了傳統(tǒng)壩體帷幕灌漿方法存在的抗?jié)B性、抗腐蝕性、耐久性較差的缺陷，相比上游面防滲和置換混凝土防滲墻、壩頂切槽等方法，工期大為縮短、綜合投資省、降低了工程處理施工難度和施工風險，各方面效益顯著。圖l是本發(fā)明的截面圖。具體實施例方式如圖1所示，本實施例具體施工方法如下a、在壩頂垂直向下鉆設一組帷幕灌漿孔l，孔底距離基礎廊道2頂部4m，孔徑為56mm，孔距為lm、排距為0.5m，并呈梅花形布置；b、在基礎廊道2內，向上游面鉆設扇形輻射狀灌漿孔3，并與垂直的帷幕灌漿孔1交叉、相連；c、在基礎廊道2內，垂直向下鉆設深入壩基5m(該深度為壩體防滲帷幕的深度，須與壩基防滲帷幕連接)的帷幕連接灌漿孔4，其孔徑為56mm、孔距為lm，使壩體、壩基防滲帷幕相連，形成完整的防滲體系；d、采用"高壓、濕磨細水泥、濃漿"新型灌漿技術，自上而下分段、孔口封閉、孔內循環(huán)重復式、三序灌漿方式分別對帷幕灌漿孔1、輻射狀灌漿孔3和帷幕連接灌漿孔4進行灌漿及孔口封堵。本例中，灌漿漿液采用濕磨后水泥顆粒平均粒徑小于lOym的濕磨細水泥，始終按照0.6:1(也可選擇水灰比為0.8:1的漿液)的單一水灰比進行灌漿，灌注帷幕灌漿孔1時，壩體帷幕表層孔段的灌漿壓力為1-1.5倍帷幕的工作水頭，帷幕底部的灌漿壓力為2-3倍帷幕的工作水頭，在實際施工過程中各段灌漿壓力見下表5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>帷幕灌漿孔1的孔距和排距的確定根據(jù)研究和工程實踐，高壓灌漿有效擴散半徑一般不小于1.5m。帷幕厚度與排距、漿液擴散半經(jīng)的關系帷幕厚度T=(1.5N-L)R式中N-帷幕鉆孔的排數(shù)取2;L-排距(m)取0.5m;R-漿液擴散半經(jīng)(m)取1.5m。上述公式估算，當壩體帷幕灌漿排距為0.5m的二排灌漿幕體有效厚度將達到3.75m以上。根據(jù)《碾壓混凝土壩設計規(guī)范》SL314-2004的規(guī)定，采用常態(tài)混凝土作為碾壓混凝土壩的防滲層時，其厚度和抗?jié)B等級應滿足壩體防滲要求，碾壓混凝土防滲層的有效厚度，宜為壩面水頭的1/301/15。由于防滲帷幕幕體前的壩體混凝土本身也有部分防滲功能，防滲帷幕的有效厚度取壩面水頭的1/30。如大壩水頭H按lOOm計，則帷幕灌漿防滲幕體允許厚度為3.33m。因此，本例中壩體帷幕灌漿采用二排、孔排距分別為1.Om、0.5m，則壩體帷幕灌漿幕體有效厚度可達3.75m，能滿足50100m級水頭作用下壩體防滲幕體允許厚度3.33m的要求。若幕體工作水頭更高，則需采用更加密集的灌漿孔。[OO34]灌漿壓力的確定灌漿壓力是帷幕灌漿的重要參數(shù)，直接影響帷幕的防滲性能和耐久性。確定灌漿壓力時要與壩體帷幕承受的水頭相匹配，壩體帷幕表層孔段的灌漿壓力不宜小于11.5倍帷幕的工作水頭；帷幕底部的灌漿壓力以23倍的工作水頭為宜。在不會抬動壩體和混凝土不產(chǎn)生劈裂的情況下，盡量采用較大的灌漿壓力。在大規(guī)模灌漿施工前先進行生產(chǎn)性灌漿試驗，灌漿前試驗時應密切關注灌漿情況，適時調整灌漿壓力。壓力控制應采用電腦控制的灌漿記錄儀，灌漿時應進行施工安全監(jiān)6測，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應立即停止加壓，經(jīng)試驗驗證參考灌漿壓力不會對壩體造成破壞后，確定試驗正式采用的灌漿壓力。灌漿材料的確定與普通水泥漿材相比，濕磨細水泥漿材具有顆粒粒徑小、穩(wěn)定性好、漿液結石抗壓強度高和抗?jié)B性能好的特點。在微細裂隙發(fā)育、破碎帶地基及壩體混凝土中，使用磨細水泥漿材的灌漿效果明顯優(yōu)于普通水泥漿材，該漿材可以在裂隙寬度為0.050.2mm的巖體/混凝土中取得良好的灌漿效果，雖其成本僅增加了高效水泥濕磨機，略高于普通水泥灌漿，卻比化學灌漿低得多。濕磨采用三臺濕磨機串連進行，濕磨后水泥顆粒平均粒徑不大于10iim，水泥漿液經(jīng)二次濕磨后，水泥的比表面積由原來的3680cm7g增加到8200cm7g以上，具有更好的可灌性。且與普通水泥漿相比，濕磨細水泥漿具有較好的析水穩(wěn)定性。水灰比越小，濕磨后的漿液穩(wěn)定性越好。另外，濕磨細水泥漿在實際施工中因施加較大的灌漿壓力，結石形成前有一個壓力析水過程，密實度增大，結石強度和抗?jié)B性能會大幅度提高。漿液濃度的確定為提高灌漿結石的強度，本實施例采用單一水灰比-o.6:i(也可選用o.s:i的水灰比)，濃漿貫穿始終，改變了以往"由稀變濃、逐級變換"的方法(以往如采用5:i、3:i、2:i、i:i、o.8:i、o.6:i等6個比級，開灌水灰比為5:1，若漏水量q〉5L/min，則采用3:l開灌)。灌注濃漿，可縮短"飽和泌水"進程，增大混凝土密實度，提高結石強度，提高帷幕質量和耐久性。灌漿過程中加入水泥重量0.5%的非引氣型緩凝高效減水劑，本例中減水劑選用2%的萘磺酸鹽(據(jù)有關資料，濃度為2%的萘磺酸鹽可使水灰比在o.e:l至o.75:i范圍內的細水泥漿獲得粘度的最優(yōu)減少量)。在漿液配置過程中使用減水劑或高效減水劑是非常必要的，這可以使磨細水泥漿液對微細裂隙的可灌性達到最優(yōu)。萘磺酸鹽以e-萘磺酸鈉甲醛高縮聚物為主，具有不引氣、保水、緩凝等性能，能極大地改善混凝土或水泥漿液的和易性，提高流動度且無泌水離析，充分滿足漿液在混凝土體細微縫隙中的擴散要求。此外，為了提高幕體的抗腐蝕性，在濕磨細水泥內添加重量百分比為20%25%的I級粉煤灰。其原理是軟水溶蝕主要是因為水泥水化以后產(chǎn)生氫氧化鈣的結果，粉煤灰的活性部分能和氫氧化鈣作用，生成一些不溶于水且侵蝕溶解不了它的低堿性硅酸鈣和鋁酸鈣，它具有一定的強度，減少了氫氧化鈣量，減少了軟水的溶蝕程度，從而提高壩體防滲帷幕的耐久性。e、在壩頂，壩體帷幕下游側鉆設垂直壩體排水孔5至基礎廊道2頂拱，本例中垂直壩體排水孔5的直徑為110mm，相鄰各孔之間的距離為2.25m;在基礎廊道2內，向下游側鉆設壩基排水孔6至壩基以下一定深度(滿足規(guī)范壩基排水孔深度要求，壩基排水孔深入壩基以下的深度為0.4-0.6倍壩基帷幕深度，本例中壩基排水孔深入壩基以下15m)，使壩體、壩基排水形成完整的排水體系，本例中壩基排水孔6與豎直方向的夾角為30度，孔徑為110mm，相鄰各孔之間的距離為3m，在實際使用中，需要在基礎廊道2內布置抽水泵，將滲入壩基排水孔6內的水抽入基礎廊道2內，集中排放。同時，在基礎廊道2內，向下游側鉆設若干排呈扇形分布的輻射排水孔7，進一步完善壩體排水系統(tǒng)，降低壩內揚壓力，本例中，輻射排水孔7共有兩排，其中一排仰角為30度，另一排仰角為60度，各排相鄰的兩個輻射排水孔7之間的距離為2.25m，排水孔4的直徑為110mm，長度為25_30m。7為了進一步提高排水性能，在壩體內部靠近下游側開設排水廊道8，并在該排水廊道內向上游側鉆設一組呈扇形分布并與輻射排水孔7交叉連通的排水槽9。本例中，排水槽9有一排，其仰角為30度，各排相鄰的兩個排水槽9之間的距離為2.25m，排水槽9的直徑為130mm，且該組排水槽9與另一排仰角也為30度且與基礎廊道2連通的輻射排水孔7交叉相連。排水時，大部分滲漏水分別通過垂直壩體排水孔5、壩基排水孔6和輻射排水孔7匯集至基礎廊道2，集中排放，小部分滲漏水則通過排水槽9匯集至排水廊道8，集中排放。全部灌漿結束后，在壩頂布置檢查孔，檢查灌漿質量和效果。壩體灌漿質量及效果檢測包括各灌漿孔灌前壓水試驗、灌后檢查孔壓水試驗、灌前聲波測試、灌后聲波測試、檢查孔取芯強度及彈模測試、壩面變形觀測、灌漿前后滲壓觀測、孔內電視成像檢測等。權利要求一種壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于包括以下步驟a、在壩頂垂直向下鉆設一組帷幕灌漿孔(1)，孔底距離基礎廊道(2)頂部3-5m，孔距為0.5-1.2m、排距為0.3-0.7m，并呈梅花形布置；b、在基礎廊道(2)內，向上游面鉆設扇形輻射狀灌漿孔(3)，并與垂直的帷幕灌漿孔(1)交叉、相連；c、在基礎廊道(2)內，垂直向下鉆設深入壩基2-5m的帷幕連接灌漿孔(4)，使壩體、壩基防滲帷幕相連，形成完整的防滲體系；d、采用自上而下分段、孔口封閉、孔內循環(huán)重復式、三序灌漿方式分別對帷幕灌漿孔(1)、輻射狀灌漿孔(3)和帷幕連接灌漿孔(4)進行灌漿及孔口封堵，灌漿漿液采用濕磨后水泥顆粒平均粒徑小于10μm的濕磨細水泥，始終按照0.6∶1或0.8∶1的單一水灰比進行灌漿；壩體帷幕表層孔段的灌漿壓力為1-1.5倍帷幕的工作水頭，帷幕底部灌漿壓力為2-3倍帷幕的工作水頭；e、在壩體內鉆設與基礎廊道(2)連通的排水結構。2.根據(jù)權利要求1所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述濕磨細水泥內添加重量百分比為20%25%的I級粉煤灰。3.根據(jù)權利要求1或2所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于灌漿過程中添加減水劑。4.根據(jù)權利要求3所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述減水劑為濃度為2%的萘磺酸鹽。5.根據(jù)權利要求1或2所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述帷幕灌漿孔(1)的孔徑為56mm、76mm或110mm。6.根據(jù)權利要求1所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述排水結構包括在壩頂、帷幕下游側鉆設至基礎廊道(2)頂拱的垂直壩體排水孔(5)，基礎廊道(2)內向下鉆設壩基排水孔(6)，該壩基排水孔深入壩基以下的深度為0.4-0.6倍壩基帷幕深度，基礎廊道(2)內向下游側鉆設一組呈扇形分布的輻射排水孔(7)。7.根據(jù)權利要求6所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述輻射排水孔(7)有l(wèi)-3排，仰角為30-60度，每排相鄰各輻射排水孔(7)之間的距離為2-3m，輻射排水孔(7)的直徑為110mm-150mm。8.根據(jù)權利要求6或7所述的壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，其特征在于所述壩體內部靠近下游側開設排水廊道(8)，并在該排水廊道內向上游側鉆設一組呈扇形分布并與輻射排水孔(7)交叉連通的排水槽(9)。全文摘要本發(fā)明涉及壩體防滲帷幕灌漿的施工方法。本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，采用“密孔、高壓、濕磨細水泥、濃漿”技術灌漿，提高壩體帷幕防滲能力、抗腐蝕性和耐久性；采用前堵后排的方式防滲，降低壩體下游滲流出逸點高程和壩內揚壓力，解決混凝土凍融、凍脹問題。解決該問題的技術方案是壩體防滲帷幕灌漿的施工方法，包括以下步驟a、在壩頂向下鉆設一組帷幕灌漿孔；b、在基礎廊道內，向上游面鉆設輻射狀灌漿孔；c、在基礎廊道內，向下鉆設深入壩基的帷幕連接灌漿孔；d、采用高壓、濕磨細水泥、濃漿進行灌漿；e、壩體內鉆設與基礎廊道連通的排水結構。本發(fā)明主要用于混凝土大壩防滲、排水補強加固處理。文檔編號E02B3/16GK101736719SQ20101010184公開日2010年6月16日申請日期2010年1月22日優(yōu)先權日2010年1月22日發(fā)明者徐德芳,王淡善,鄭子祥,鄭鵬翔申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院