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岩溶坝基常见渗漏问题与灌浆处理技术

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2015-11-23 共2956字
摘要

  0 引言

  岩溶又被称为喀斯特地形,在我国分布广泛,主要集中在云贵高原。在岩溶地区建设水利工程,坝基渗漏是一个难以避免的问题。从上世纪七八十年代开始,就已经开始了岩溶坝基的渗漏问题研究,但是,至今尚无有效的手段避免渗漏问题出现。因此,只有深入研究岩溶坝基补漏技术,及时排除渗漏问题。灌浆技术就是一种十分有效的补漏技术,尤其是在岩溶坝基中,其解决渗漏问题的效用十分明显。

  1 岩溶坝基常见渗漏问题

  1.1 坝基渗漏 坝基渗漏是岩溶坝基最常见最普遍的渗漏问题,其不仅会给水利工程的经济效益带来很大影响,还会造成水资源流失,对坝底或岩土中的颗粒的冲刷作用加强,引起坝基底部部分岩体发生化学溶解,致使坝基受到侵蚀。在长时间作用下,坝基就会出现失稳的情况。比如,高岩水库、崔家沟水库等水利工程均存在坝基渗漏的问题,并且长期存在这一问题,对水库的正常运行以及经济效益都带来很大影响。

  1.2 绕坝渗漏 绕坝渗漏从根本性质而言属于地质问题,其会降低坝肩岩体的稳定性,在某些不因素作用下,整个大坝的安全都会受到威胁。因此,需要对绕坝渗漏的诱发原因进行深入剖析,精确计算渗漏导致的水资源渗漏量,从而制定合理的防治措施。比如闹德海水库,从建成之后就一直受到绕坝渗漏这一问题的困扰,虽然进行过帷幕灌浆补漏处理,也在短时间内取得了不错的效果。但是,在较长时间之后,绕坝渗漏的问题又重新出现,给相关工作造成了不小的影响。此外,我国还有不少岩溶坝基受到绕坝渗漏问题的影响,只是简单地对帷幕进行处理,是难以根治渗漏问题的,必须根据实际情况,综合采取多种措施进行渗漏部位修复,才能切实排除这一问题。

  2 岩溶坝基灌浆处理常见技术

  2.1 高压灌浆 岩溶坝基而言,由于其地层中黏土含量较大,部分还存在砂砾、砂石等,在长期高压作用下,难以保持稳定。因此,需要采取高压灌浆技术解决这一问题。通过灌浆实验,在压力超过 40kg/cm2之后,部分溶蚀夹泥逐渐被推挤到帷幕的有效区域之外,少去的溶蚀夹泥的空间被水泥浆全部填充。而没有被推挤出帷幕有效区域的溶蚀夹泥,在高压作用下被密实挤压,并且和少量水泥浆形成混合,力学性质得到一定提升,同时强化了溶蚀夹泥的防渗性能。此外,高压作用下的水泥浆还具有劈裂作用,能够使地层中的黏土形成结石骨架,该结石骨架可以和地层中存在的黏土进行结合,形成具有良好防渗性能的结合体。比如,在乌江渡水电站中,通过 60kg/cm2的压力对坝基进行灌浆处理,使灌浆效果实现了质的提升,大大减少了坝基发生的渗漏问题。

  2.2 小口径无塞灌浆 在对岩溶坝基进行灌浆处理的过程中,减小灌浆孔尺寸,可以有效提高灌浆防渗的效果。

  基于这一实际要求,小口径无塞灌浆技术应运而生。减小灌浆孔径的作用十分明显,根据实践运用表明,灌浆孔的孔径从 91mm 减小到 53mm 时,钻孔的效率可以实现 3 到5 倍增长,相应的施工材料也可是实现减半。不仅如此,减小灌浆钻孔孔径之后,还能减少钻孔设备的钻孔负荷,提升钻孔效率和质量。对该技术而言,其在第一段灌浆孔之外的其他部分都省去了灌浆塞,把灌浆管伸入钻孔中,就可以直接进行灌浆。在灌浆时,浆液充满钻孔之后,会从孔壁和灌浆管之间的空隙溢出。

  在实际运用中,小口径无塞灌浆表现出了五个方面的显着特点。首先,该灌浆技术不需要灌浆塞,省去了置放、起卸两个环节,施工操作比较简单。其次,由于减小了口径,可以保证灌浆压力实现大幅提升,加之没有灌浆塞,其灌浆压力可以超过 100kg/cm2.再次,小口径无塞灌浆时通过钻杆直接注入浆液,在注入浆液的同时还能对浆液进行搅动,确保浆液诸如均匀,避免钻孔出现灌浆事故。再次,由于没有灌浆塞,钻孔在灌浆过程中可以全部受压,不会出现漏浆的情况。不仅如此,在出现已灌而未灌好的情况时,可以进行二次灌浆,以此消除一次灌浆出现的各种问题,有效增强灌浆质量。最后,小口径无塞灌浆的灌浆过程中是通过钻孔设备的钻孔进行灌浆,施工流程比较简单,容易实现自动化。

  2.3 浆液制备及运输 灌浆处理的一个重要元素就是浆液,根据实际情况而言,浆液主要分为制备和输送两个环节。浆液制备环节就是通过一系列制浆设备拌制灌注浆液,比如搅拌机、水泥灌、水泥车等。简单而言,制备浆液的过程中可以分为三个环节。首先,通过水泥车把水泥运输到浆液制备现场,利用空气压缩机将其吹进水泥罐中。其次,利用计量喂料机把水泥按照浆液设计配比精准地送入搅拌桶中,完成搅拌之后再将其转入储浆桶。最后,根据实际施工需求,通过输浆泵将制备好的水泥浆液输送到施工工作面,并根据实际施工需求对水泥浆液的稠度进行再次调配。

  输送浆液一般是通过输浆站进行的,其规模大小是由水泥浆液的使用量决定的。浆液制备和输送可以有机结合起来,形成一个完整的系统,该系统可以大幅减少人力,提高制浆和输浆这两个环节的工作效率。

  3 灌浆处理在岩溶坝基渗漏问题中的实际应用

  3.1 工程实例 已知有一水电站,位于贵州青岗岭,其地址构造复杂,主要以岩溶地质为主。当地河流走向与岩层基本形成正交,倾角在 60°左右。电站大坝位于 230m 厚的灰岩上,其帷幕能够承受 145m 水头。在防渗设计方面,坝肩和河床均有 3 排帷幕孔,在绕坝区域设置了 2 排帷幕孔,部分区域只有一排。帷幕孔的孔距为 2m,排距为1.4m.在灌浆廊道内部对帷幕进行分层,左岸有廊道 4 条,右岸有廊道 5 条,河床只有 1 条。不同层的廊道通过帷幕进行搭接,其长度为 5m.

  3.2 灌浆处理 该水电站进行灌浆处理利用了一体化的浆液制输系统,通过 200/40 的输浆泵 2 台和一平方米的储浆桶 1 台组成,其能够以 200 到 400L/min 的速度输浆,输浆管中的浆液保持在 1 到 1.5m/s 的流动速度。而制备浆液的环节主要是通过 8t 的罐车运送水泥,按照 0.5:1的水灰比拌制浆液。而在灌浆过程中,主要是通过小口径灌浆技术进行,灌浆钻孔的孔径为 48mm.在灌浆时,绕坝部分区域一次灌浆存在漏浆的问题,通过二次灌浆,有效消除了这一问题,确保了灌浆质量和效果。部分区域采用了高压灌浆的手段,使喷水强度值下降到 0.005L/min·m2的水平。

  3.3 成效评价 就技术效果而言,通过上述措施,该水电站帷幕的渗漏情况明显缓解,渗漏量基本维持在 10m3/d的范围内。坝基扬压力明显下降,远远低于设计值。岩溶泥和水泥浆在高压灌注作用下形成密实挤压,结石骨架数量较多,对防渗性具有十分显着的提升。

  就经济效益而言,施工效率大幅提升,平均施工效率质达到了每月每台 200m.此外,有效降低了施工成本。根据统计,工程成本平均值为 74.8 元/m,相较同类工程而言很低。总而言之,高压灌浆和小口径无塞灌浆在岩溶坝基渗漏问题处理中,可以在技术和经济效益两个方面取得可观的成效。

  4 结束语

  渗漏问题对岩溶坝基而言是一个长期性问题,在设计施工阶段难以有效进行遏制,只能通过一系列有效的灌浆技术对其进行处理。通过高压灌浆和小口径无塞灌浆,能够结合岩溶地质的特点,通过水泥浆液混合溶蚀夹泥,使其形成可靠的防渗结构,提升岩溶坝基的防渗性能。

  参考文献:

  [1]谢政。岩溶地区水库渗漏分析及帷幕灌浆防渗处理探讨[J].黑龙江水利科技,2014,05:102-104.

  [2]赵瑞,许模 . 水库岩溶渗漏及防渗研究综述 [J]. 地下水,2011,02:20-22.

  [3]林兴超,汪小刚,陈文强,任爱武。高泉水库三维渗流数值模拟及坝基渗漏原因分析 [J]. 中国水利水电科学研究院学报,2013,04:260-265.

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