【doc】土坝劈裂灌浆技术在甘肃省靖远电厂灰场坝的应用

【doc】土坝劈裂灌浆技术在甘肃省靖远电厂灰场坝的应用 土坝劈裂灌浆技术在甘肃省靖远电厂灰场 坝的应用 0轭坝劈裂踞,上坝 一 f 1992年3月人民黄河第3期 土坝劈裂灌浆技术在甘肃省靖远 电j--灰场坝的应用 墨垦耿灵生 (山东省水科所济南250013) 杜希明 (山东省长清真孺浆队 [提要]贮灰坝的坝悼土料为湿陷性黄土,7o,80均为粉土.由于麓工质量较差.干容重的合格车仅为41.?. 为此需用劈裂灌浆加固.灌浆孔呈梅花形布置,坝顶布儿排孔,捧孔臣5X3m.用粘粒含量15,25的土料制浆.其 容重13,1.5t/m.灌浆孔口压力一般为0.4Mpa.阃耿复灌不少于6趺.相邻孔或几捧孔同时灌注.单孔最大吃浆量 为62m.灌后的坝悼稳定安全系数为1.8,藩遘系数较灌前降低_r10倍,礴足了设计要求.目前水库已蓄灰10,15m (坝商20m)t甥后无藩水洇程现象. 一 ,工程概况 甘肃省靖远电厂位于甘肃省白银市平川区,第一 期工程有四台机组,装机窖量80万kW.是我国西北大 型火力发电厂之一.电厂贮灰场四周有四座副坝和一 座主坝.主坝于1988年9月正式开工,分三期进行施 工.第一期施工坝悻高20m,坝顶宽40~60ra,迎水面 为块石护坡,边坡为1:2.75.背水边坡1:2.主坝分 期施工示意图见图1. 埂悻由湿略性黄土或黄土状土填筑,其颗粒组成 是:粘粒含量6.4,8.8,移粒含量l3,26,其 余为粉粒显然,粘粒含量偏少,而粉粒含量偏多,用 这种土筑坝时,必须使填土具有适宜含水量和压实度, 才能改善土料的原状结构,防止填土浸水后的湿陷性 和软化现象.经标准击实试验.土的最优台水量为 15.1%,最大干容量为1.76t/m..压实度按95计算, 土坝碾压控制干窖重应为1.67t/ma.而实际坝体设计 容重为1.60t/m..尽管如此.坝悻填土的碾压也未达到 设计要求.对主坝已填筑部分进行,干窖重合格率 仅为41.4.含水量合格率为17.3,压实系数合格 率为54.5.影响了主坝投产后的安全运行.对此,山 东省水利科学研究所采用土坝坝悻劈裂蔼浆加圃技术 对主埂已填筑的部分坝悻进行了多捧孔藩浆加圃处 理.取得了良好的效果. 二,灌浆设计 1.钻孔布置 根据对主坝已填筑部分的质量检测结果,决定从 桩号0+30q,0+540坝段进行处理,因为该埂段填土 较厚.碾压质量差.由于目前坝高只筑到设计埂高的 1/2.坝顶较宽.约40~60m,而且当整个主坝投入运 行后,此区域将在浸润线以下,势必形成严重尊患.放 对其劈裂蔼浆设计采取平行坝轴线方向布多排孔,最 大坝顶宽处布1】捧孔,排距5m,孔距3?I.相邻排孔 呈梅花形布置,孔深钻至坝基. 2.蕈液选择 田1主坝分期施工示意田 ? 37? 叩 ?,=拈 灌浆士科采用重粉质土或重壤土,土的粘粒含量 控制在15,25,砂粒控制在25内,其它为粉 牡.泥浆容重控制在1.3,1.5t/m,水与干土比拄制在 0.8,1,lcl经试验这种浆体的渗透系数小于1× l0一m/s 3.灌菜压力 (1)钻孔起裂压力 钻孔起裂压力^按下式计算 R一?1一+I(1) _式中.为三向应力状态下的大主应力,,一似I为 三向应力状态下的第二主应力,一(+-)口,为 三向应力状态下的小主应力}为土的单辅抗拉强度 a为酉孔应力集中系敦,在坝体阿蔓化在2.5,3.0'y 为坝体土天然密度(t/'m')^为钻孔耀度(如)J为泊 按比.计算时取一0.4. (2)裂缝扩展压力 圈孔起裂后成为带有裂纹的圆孔(见图2).掇据 一 般断裂力学理论,裂麓的扩展压力满足下面关景式t P一+.(2) 吨 式中,L为裂麓长度,I为裂缝扩展时临界强崖嗣子. (3)棠液的劈裂压力 浆禳的劈裂压力P-由下式计算 P一;+一砷,(3) 置2钻孔纵向开?? 式中,为孔口压力,为浆液密度(暑/咖').为注 浆管髁度(m),为浆辛茛与注浆管的牵阻系数'在钻孔 劈裂前可不考虑). 由公式(1),(2),(3)可知.当P一>P.时钻孔 起裂.当^>Pd时裂麓向前发展然而在实际灌浆施 工中,往往利用孔口压力来控,利甩上述三式同样可 导出钻孔起裂时的孔口压力,此不导演了. 4.灌菜期的报体粗定验算 主坝坝体在劈裂灌浆期坝前无水或蓄水很浅.坝 体内形不成明显的渗漉.故灌浆期的坝体穗定验算采l 用总应力法验算时假定,劈裂缝中的浆液处于超饱和 状态,有效应力为零.浆液的抗搏动力忽麝不计,浆i直 对精动面所产生的滑动力按土条压力进行计算.计算 图形如图3. 0 1.坝体2.漫澜线3.南囊面4,浆体帷幕5-条块6.浆拄压力 t?毫算计算暖, '.)(m),为土条条块高度(如)}4是过土条块中心线的 式中K为稳定安全系数是滑弧半径(m),为土 条条块重量是土条条块密度.浸润线以上用湿密 度,浸澜线以下用饱和密度(t/ms)为土条条块宽度 - 38? 重力线与过此条块底面中点的半径夹角厶为土条宽 度所对应的弧长,厶6.sec',为坝体土抗剪强 度指标是滑孤圆心到泥浆柱压力图合力线的垂距 (m)j为滑弧面以上泥浆柱压力图形面积,届一 ?'为浆液密度(t/m)'为滑弧面以上 浆柱高度(m)据此,对前坝肩第一排孔灌浆时最大 坝高处的坝进行了稳定验算.埙体最小稳定安全系数 为1.8,满足坝体稳定要求. 三,灌浆施工 1.灌菜工艺流程及施工程序 土坝坝体劈裂灌浆拄术,平行坝轴线布孔,利用灌 注泥浆的压力,同时通过灌浆压力的劈裂挤压作用,补 充土坝坝体某些局部土区的小主应力不足,充填裂缝 或洞穴,恢复坝体的应力平街,从而起到加固坝体,解 决坝体渗透稳定问题.灌浆工艺流程如图4 田4灌装工艺漉甚田 灌浆施工程序首先灌坝上游排孔,由上游至下游 逐捧灌浆,这样有利于目前坝体的防渗,也有利于泥浆 在坝体中的析水固结. 2.帖孔及下注菜管 造孔机械采用X2100--A型钻机,钻孔深至坝基. 下注浆管时,在其下部下阻浆器,以利于孔壁封堵密 实.注浆管底部应高出孔底0.5m,注浆管下至设计深 度后,在孔壁周围填土,并不断播晃,使其充分密实, 填至上部后,将填土夯宴,避免孔口冒浆. 3.制菜与灌菜 由于当地土科所限,实际用料质量达不到设计要 求,故采用泥浆在储浆池分级沉淀的,以排除粗囊 粒,增加细颗粒,提高浆藏的浓度和稳定性,保证灌浆 质量.技术人员每15分钟测泥浆密度一次,并随时调 整浓度.在灌浆过程中,一般是始灌时要求浆藏较稀, 比重在1.30qm'左右,这拌进浆顺利.待钻孔起裂后, 浆藏逐渐加浓,控制比重在1.50t/m~左右. 注浆管采用050mm钢管,管上部用三通管接孔 口压力和输浆管灌浆采用孔底注浆垒孔灌注的方 法,不分序,相邻两孔或几孔间同时灌注,以便于劈裂 埂体.各孔前几次灌浆,尽量避免劈裂缝冒浆,适当延 长灌浆间隔时间,以利于泥浆充分析承厨结,并注入尽 量多的浆藏.每孔灌浆次数不步于6孜. 施工中,由于坝体各部位碾压质量等情况的不同, 其吃浆量,孔口压力,裂齄等情况也不尽相同.如在桩 号0+300至0+510坝段内的前三排孔施工时,钻孔 时许多孔出现漏水,掉钻现象I灌浆时,串浆现象也严 重.特别在埂体底部吃浆量非常多,单孔最大吃浆量为 62m.同时由于碾压不均和填筑层界面处理l不严格,致 使坝顶劈裂缝纵横交错,极不规则.直到灌浆后期坝体 内部应力得到调整后,裂缝才趋于纵向规则化. 四,质量控翩 1.灌菜压力 灌浆压力由安装在注浆管孔口的压力表读数来控 制,始灌时最大值为0.8加,形成劈裂后,孔口压力 逐渐下降,在灌浆过程中孔口压力一般为0.4蛐左 右.孔口压力时大时小的脉动,是劈裂缝向前向上发展 的表现}压力逐渐减小,说明劈裂缝已升至上部坝体, 直至坝顶. 2.皇灌次数和问隔时问 为保证灌浆防渗帷幕有足够的厚度或尽量多麓浆 液,施工过程中,各孔复灌次数均控制在6扶以上,每 次间隔时间为3天以上,以使浆液充分析水固结.前两 次灌浆后,提拔注浆管1.5m,随后逐次将注浆管提起. 每次提管后都将孔口封堵密实,以防孔口冒浆. (下转第5l页) ? 39? &謦 控制埙悻位咎 人民黄河第3期 拉西瓦坝址钻孔静弹 模测试研究 陈静曦吴亚平王武林 (中国科学院武汉岩土力学研究所武昌4~0071) (一)工程及地质概况 拉西瓦坝址位于青海省海南藏族自治州贵德县与 贵南县的空界的黄河龙羊峡谷出口处.拟建蜊高 250m,库容10亿m.装机容量372万kW,地下厂腑 为15.6【n×20m×68.6m(高). 坝址岩恺属印支期侵入的花崩岩.岩石均匀,强度 高.断裂以高倾角为主,多近于垂直河流展布,顺河椅 造不发育.产状较为有利于建坝.断层规模较小,多属 I级和I级结构面,破碎带宽一般0.1,0.5m,大于 lm的破碎带甚少 根据坝段地质勘探,该地区属高地应力区,最 大主压应力达?OMP,t,方向近于垂直河岸.岩样获取比 鞍困难,且艰难真实地反映出现场岩体的物理力学特 性为此,我们利用正在进行的地下厂房变形观测孔进 行孔内静弹模测试 (二)测试原理 日前国内还没有任何利埔钻孔的仪器可以对岩 石加载超过20MPa,对许多岩石类型及基岩工程,缓压 力已经满足要求.但对另外一些基岩工程和岩石类 型,这个压了』范胃是报不够的.在较大体积岩石中要达 到其有效的应力水平,就必须增大千斤顶的刚性承压 板对钻孔壁的压力.要达此目的,单向加压比径向加压 更好. 中国科学院武汉岩上力学研究所研制的钻孔于斤 顶能直接对岩壁单向由载.其加载方向通过轴承连扦 的旋转进行调节,加载角2F一6. 该千斤顶对钻孔壁加压只在2角的区域,不能采 用钻孔四周均布压力的厚壁管公式进行计算.2角区 域压力如图所示将其转化成二个更简单的问题A 和B.即一部分为在2角范围内径向压力l另一部分 ? 40? 为在2芦角范围内径向压力与周边剪力共同作用.将 A,B两问题分别解之,井将其结果叠加 x: 圈1钻孔受力分解围 (1)沿钻孔径向作用在孔壁2角范围内的跞力, 其径向位移满足下式: 2—2D' 一 .霉.?[斋+]……? (2)对于2角范围内的径向压力和剪切力共同作 用的情况.其径向位移一上满足r式 2‰…2(34v)peos2 一 D,~-Ec.s+? 十j.os2(,n,l卟in2Y~2) 将式(1),(2)之结果进行叠加.并简记之为 F一(.)(3) 式中,(,)为与泊松比及半接触角相关的值,d 为钻孔直径,为钻孔壁在2范围内的压力.为钻 孔直径变形. (三)现场测试结果 在现场进行丁四个钻孔的静弹模测试,这四个钻 孔的编号分别为K,耳./4../4s.在进行测试前,对各 钻孔进行了初探,然后据各钻孔勘探取出的岩芯资料, 选取均匀,完整性较一致的区段为测试段,由孔『_『向孔 底逐点襁0量.每点测两个相互垂直的xY方向=/4, s号孔位于14号硐内,为垂直孔.选取沿硐z走向为 x向{,号钻孔为水平孔,位于2#硐由,选取水 平方向为X向. 据前述原理进行分析计算.绘制各钻孔每个测点 的液压与径向变形间的关系曲线.其典型的, 曲线示于图2. *工作中,得劐李光煜尉研的帮助.参加此项工作的还有于 南燕,姚琦等同志.一井致谢 至 攥 l闾 氍 田2钻转受压变形关系曲线 从图2中可看出,压力变形曲线基车上可 分为三段.初始段为岩体与钻孔千斤顶间互相作用的 压密过程,它相应于可能压碎钻孔壁凹凸不平部分,斜 率很低,然后才进入第二段此时孔壁受压呈变形状 态,但由于岩体的初始裂隙,张开裂辕的存在,受压后t 产生压密,尚不是线性关系,而要到更高的压力才是第 三段,即线性段.此时张开裂隙已全部闭合.目此t我 们在进行弹模分析计算时.考虑的只是岩石被压密后 孔壁受压与变形之间的关系.从实测曲线看,本电站为 花岗岩基岩,质地较为致密.大部分岩体节理裂隙不l太 发育,因此第二阶段曲线较短.二,三段的分不太明 显. (四)分析与结论 (])综合利用地质钻孔.在一个钻孔中做多种{赠 量,包括钻孔弹模,围岩变彤,动力弹模等.是一种简 单,迅速,节省的试验方法在一个钻孔中.能得到不 同孔深处和不同方向七的弹模值,其代表性明确.工程 上易于分析,应用 (2)现场实测结果与地质钻孔资料一致.钻孔柱状 图标明的破碎带,软弱岩石(包括呈内红色的花岗岩). 所测得的弹模值也较低.大约在l1000~23000MPa,其 平均值为17437MPa.而在完整岩石带.弹模值相应也 较高.约在25000~49000MPa.其平均值为31284MPa 可见,现场钻孔弹模测量隧较真实地匣映岩体变形特 性 (3)从各测x,Y二个方向上的弹模值结果看, 该岩石大部分X,Y方向上的弹模值比较接近,有的相 等,少数点有差别.但x,Y方向上孰大孰小,亦看不 出有规律的分布,而是随机的.沿着钻孔深度各点数据 比较.也没有规律性的变化;因此可以把基岩看作是各 向同性均匀的.这与地质调查资料的结论是相符的. ({)本试验所得弹模值是该花岗岩体在钻孔后2 — 60王内试验完成的从应力分析来看.钻孔周围岩 体在试验之前,存在着初始地应力场.钻孔使该地应力 场在钻孔周围产生应力集中.其弹性变形部分.瞬时 变形完毕,其流变回弹部分随时问逐渐释放.据现场观 察约四个月后可释放到孔壁成层状剥离的程度我们 的试验实际上是在这样一个空间应力场中施行的.虽 然根据叠加原理其须采用所加的力和由此产生的变形 的关系求取弹模t但不能不看到这是存在着地应力场 时的力学特性. (5)在进行分析计算时.必须假定承压板与钻孔壁 间的接触角B.在粘土和软岩中.对较高的压力,千斤 顶承压板与孔壁可以达到全接触(声=30.).对于硬 岩,如果压板与钻孔(076ram)匹配,则卢一30.的 假定是合适的,否则所提供的弹模值将会是一个偏低 的范围值.由于现场情况复杂,且孔径在76mm左右, 故取一30角的假定仍然是合适的. 参考文献 [1]Suzuki,K.,"FundamentMStudyofRockStress MeasurementbyBoreholeI)eforrrm~onMethod, Proceedings,1stCongressofInternationalSociety ofRcckMechanicsVo1.2.P35—39 [2]Heuze,RE?,Salem,A,RockDe2orinabilityMea- suredIns"u—ProblemsandSolutions.Internafi~一 alSympe~imonFieldMeaswremen~inRockMe- chanics,Proceedings,K,Kc~ari(FA.).V.I,375 — 387(1977) ? 41?