基础灌浆施工技术在水利工程中的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:puppy_tang
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  【摘要】在水利工程中,灌浆施工技术是一个非常复杂的过程,也是一种比较常见的对建筑地基进行处理的技术。一般水利工程对基础的要求非常严格,它必须要有防渗水以及防震的效果,因此采用合适的灌浆施工技术来对水利工程的基础进行处理是非常必要的事情。
  【关键词】基础灌浆施工技术,水利工程,地基处理
  中图分类号:TU74文献标识码: A
  近年来,随着我国经济建设脚步的逐渐加快,水利工程建设发展的速度也有了很大的提高。但是,在水利工程建设不断发展的同时,也给施工单位带来了很多棘手的问题,例如:目前国内满足水利工程专用的地基还不是很多。基础灌浆技术的出现在很大程度上解决了水利工程地基的问题,凭借着基础灌浆技术能与地质条件很好的适应的优点,基础灌浆技术有了很大得发展空间。尤其在水利工程方面,由于水利工程对防渗水功能要求的严格,所以在水利工程建设初期必须对地基进行防渗水等方面的处理,因此基础灌浆技术在整个水利工程的施工中占据着重要的位置。
  二、水工建筑基础分类及其施工方法
  水工建筑物的基础有两类:岩基和软基,其中软基包括土基与砂砾石地基。由于受地质构造变化及水文地质的影响,天然地基存在不同程度的缺陷,需要經过人工处理,才能作为水工建筑物的可靠地基。水工建筑物的基础处理,就是采用特定的技术手段来减少或消除地基的某些天然缺陷,改善和提高地基的物理力学性能,使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性,以保证工程的安全可靠和正常运行。随着水利水电建设事业的发展,对基础处理的方法与技术提出了越来越高的要求。同时,地基处理属隐蔽工程,要根据水工建筑物对地基的要求,分析水文、地质条件,进行技术经济比较,选择技术可行、效果可靠、工期较短、经济合理的施工方案。
  1 岩石基础灌浆
  岩石基础灌浆(简称基岩灌浆),就是将某种具有流动性和胶凝性的浆液,按一定的配比要求,通过钻孔用灌浆设备压入岩层的(裂)隙中,经过硬化胶结后,形成结石,以提高基岩的强度与整体性,改善基岩的抗渗性。基岩灌浆处理要在分析研究基岩地质条件、建筑物类型和级别、承受水头、地基应力和变位等因素后选择确定。
  灌浆技术除运用于大坝的基岩处理,还广泛应用于水下隧洞围岩固结、衬砌回填、超前支护、混凝土坝体接缝以及建(构)筑物补强、堵漏等方面。
  2 基岩灌浆的分类
  水工建筑物的岩石基础,一般需要分别进行帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆处理。
  2.1 帷幕灌浆
  布置在靠近上游迎水面的坝基内,形成一道连续的防渗幕墙。其目的是减少坝基的渗流量,降低坝底渗透压力,保证基础的渗透稳定。帷幕灌浆的深度主要由作用水头及地质条件等确定,较之固结灌浆要深得多,有些工程的帷幕深度超过百米。在施工中,通常采用单孔灌浆,所使用的灌浆压力比较大。
  由于帷幕灌浆的工程量较大,与坝体施工在时间安排上有矛盾,所以通常安排在坝体基础灌浆廊道内进行。这样既可实现坝体上升与基岩灌浆同步进行.也为灌浆施工具备了一定厚度的混凝土压重,有利于提高灌浆压力、保证灌浆质量。对于高坝的灌浆帷幕.常常要深入两岸坝肩较大范围的岩体中,一般需要在两岸分层开挖灌浆平洞。许多工程在坝基与两岸山体中所形成的地下灌浆帷幕.其面积较之可见的坝体挡水面要大得多。
  2.2 固结灌浆
  其目的是提高基岩的整体性与强度,并降低基础的透水性。当基岩地质条件较好时。一般可在坝基上、下游应力较大的部位布置固结灌浆孔;在地质条件较差而坝体较高的情况下,则需要对坝基进行全面的固结灌浆,甚至在坝基以外上、下游一定范围内也要进行固结灌浆。灌浆孔的深度一般为5~8m,也有深达15~40m的.各孔在平面上呈网格交错布置。通常采用群孔冲洗和群孔灌浆。
  固结灌浆宜在一定厚度的坝体基层混凝土上进行,这样可以防止基岩表面冒浆,并采用较大的灌浆压力,提高灌浆效果,同时也兼顾坝体与基岩的接触灌浆。如果基岩比较坚硬、完整,为了加快施工速度.也可直接在基岩表面进行无混凝土压重的固结灌浆。在基层混凝土上进行钻孔灌浆,必须在相应部位混凝土的强度达到50%设计强度后,方可开始。或者先在岩基上钻孔,预埋灌浆管,待混凝土浇筑到一定厚度后再灌浆。
  三、灌浆材料
  1.水泥灌浆
  利用灌浆泵或浆液自重,通过钻孔、埋管、或混凝土与钢板之间的空隙和孔洞,以增强围岩或结构的密实性的灌浆,这种空隙和孔洞是由于混凝土浇筑施工的缺陷或技术能力的限制所造成的。水泥灌浆具有胶凝性好、结石强度高、施工方便、成本低等特点,因此在水利灌浆工程施工中得到了广泛的应用。为了保证工程的质量,要求用颗粒细、稳定性好、胶结性强、耐久性好的水泥作为灌浆水泥。主要用硅酸盐大坝水泥或普通硅酸盐水泥,当然如果情况特殊,也可采用特种水泥如抗酸水泥等。水泥的细度是决定灌浆效果的重要因素。灌浆的生效,要求水泥颗粒的粒径要小于裂隙宽度的1/3~1/5。因为细粒水泥的浆液较为稳定,不易沉淀分离,水化反应充分,强度高,胶结牢固,而且更易于灌入细小的裂缝。而如果裂隙较大,则可以掺入一些砂、粘土及拌煤灰等惰性材料。
  2.粘土灌浆
  遇水能迅速分解,吸水膨胀并有一定的稳定性和粘结力的粘土,才符合灌浆粘性土的要求。灌浆用的粘土浆,一般将土料浸泡、搅拌、筛滤净化之后拌制而成。为改善浆液的胶结性能,提高结石强度,加速固结,且在水下也能继续凝固,帷幕灌浆,一般多采用水泥粘土浆,而较少用纯粘土浆。浆液的配比是根据帷幕的设计要求而定的。
  3.化学灌浆
  化学灌浆以高分子为主要材料配制而成的溶液作为浆液,是一种新型的灌浆。化学浆液具有较好的防渗、堵漏和补强加固功能,常用的化学灌浆材料有环氧树脂、水玻璃、铬木素、甲凝、丙凝和聚氨院浆液等。但是,由于化学灌浆材料大多带有毒性,会污染环境,而且施工工艺复杂,价格也较贵,所以在使用上受到一定的限制。
  四、基础灌浆施工技术在水利工程中的应用
  1基础灌浆施工技术在水利工程基础为凸质平原地区的应用
  对凸质平原地区的基础施工主要分为两种,一种是平原地区无填充物的基础施工,另一种是平原地区有填充物的基础施工,在两种基础施工中,对有填充物的基础施工的技术要求的更加严格。基础施工技术方法主要根据平原地区的不同地质来决定的。
  (一)通过高压灌浆技术对凸质平原地区的基础灌浆
  这种基础施工技术的方法是针对有填充物的基础施工的,它能使填充物更紧密、牢固。就平原地区特别是凸质而言,原本地质就不好,而使用高压灌浆技术能让基础更加稳定,防渗水性也更强。采用高压灌浆的方式,能使水泥向土壤里条形状地渗透,并逐渐凝成网状,这样能紧紧吸住土壤,避免基础劈裂,从而使基础更加稳定。
  (二)使用高压旋喷灌浆技术对凸质平原地区实施基础灌浆
  高压旋喷灌浆技术是依靠机械钻机能深入地下的特点,在钻机的头部安装特殊的喷嘴,利用高压泵将水泥浆从钻机头部的特殊喷嘴喷射出去,在喷射水泥浆的过程中对原有的土层进行了破坏,与此同时,高压钻机的头部一边向上提出,一边高速旋转,使得喷射出的水泥浆能与被破坏的土层形成混合搅拌物,待水泥搅拌物凝固了之后就会在平原地区形成一个比较结实的柱体,从而加固了工程的地基。
  (三)使用基础灌浆技术對浅层凸质平原地区实施基础灌浆。
  浅层含平原地区,需要将浅层中的沙土挖掘出来,然后在使用水泥砂浆对原有较浅的平原地区进行回灌。
  (四)使用基础灌浆技术对深层凸质平原地区实施基础灌浆
  在对深层凸质平原地区的基础进行施工时,使用高压旋喷技术对基础灌浆是有一定的困难的,因此我们需要采取其他的灌浆办法,我们可以用普通的灌浆方法对平原地区的周围进行灌浆处理,水泥浆进入深层凸质的过程中会对深层凸质中的其他填充物进行排挤。
  2.针对吸浆加大的水利工程的灌注方法
  一般来说,对水利工程中出现的灌浆会在1—3 小时内结束,在对平原凸质灌浆的过程中,使用水泥的数量也是有限的,一般情况,单位面积的凸质在灌浆的过程中使用水泥的数量应该小于120—220kg/m。因此,对于一般吸浆的凸质我们可以按照正常的施工工序。但是在对凸质灌浆的过程中,有很多凸质会出现大量吸浆的情况,因为水泥浆始终不能保持满足,所以需要采取一定的措施来解决这种情况。出现大量吸浆的有很多原因,但是究其根本是因为地质条件的特殊,灌注的水泥浆有可能从特殊的地理通道流到别的位置,也有可能是从灌浆区附近的地表溢出。对于以上情况,我们应该使用一定的方法对其处理:
  (一)采取限流措施。
  限制单位时间内对凸质关注砂浆的体积,一般情况下,应该将灌注的速度降为10—15L/min,采取限流的目的是减小砂浆在凸质中的流动速度,从而使灌入的砂浆快速沉淀并凝结。
  (二)采用降压处理法。
  采用降压处理法的原理是降低灌浆的压力,从而减小砂浆流动的速度,依靠较小的压力来维持砂浆的自流状态,自流的过程中砂浆不断凝结,当砂浆在凸质中不在流动时适量增加压力,然后可按照一般的工序进行灌浆。
  (三)采用多次灌浆法。多次灌浆法就是在对凸质进行灌浆的时候是有间歇的,每灌浆一段时间就要等待一会,像这样保持有间隔的对凸质进行灌浆,灌浆的间隔时间可以根据工程的具体需要来定,但是灌浆时间一般也不要大于8 小时。
  3施工过程中漏水主要的因素在水利施工的时候会有很多的原因造成漏水,其中主要的因素是建设的地址选在凸质平原地段,在这样的条件下施工,就会造成消耗的成本非常大,其收益会很小,因此,利用模袋灌浆的处理方法和填充级配料进行处置,因为常用的模袋材质有很多的为尼龙、聚丙烯等,因此,模袋的变形能力很强,他可以适应很多的凸质形状的变化,方便对凸质进行堵塞,另外还具有很强的耐磨性能,正是因为里面装的水泥浆在相互的进行排挤的时候,将里面的水分都挤压出去,最后里面剩下的只有水泥、沙土,这样就提高了砂浆的凝固速度,填充级配料的时候如果使用砾石的情况没有好的效果,也能利用粘稠度较高的水泥冲灌级配料,水泥冲灌在级配料的材料和数量应该灵活掌握,既可以是200kg,也可以1000kg。
  五、灌浆施工技术在严重漏水的情况下使用
  在做水利工程的工程中,很容易见到基础严重漏水的现象,根据以往工程经验判断,产生漏水的原因主要是水利工程建设选点失误,水利工程建设在可溶性岩石地区是水利工程建设点失误的主要体现。在遇到这种工程使用常规的灌浆技术不仅消耗成本大,而且收益也小,所以我们必须采取其他的办法对基础进行灌浆。
  1、采用模袋灌浆的处理方法。模袋灌浆法中使用的模袋具有很强的耐磨性,常用的模袋材质多为尼龙、聚丙烯等。在使用模袋灌浆的时候,模袋中装有水泥砂浆,在模袋互相挤压的过程中水分流失,袋中只剩下水泥及沙土,因此降低了水泥砂浆的含浆量,提高了砂浆的凝结速度。因为受到了模袋的束缚,模袋中的沙土不易流失,起到了很好的溶度阻塞作用。
  2、采用填充级配料进行处理。一般情况下采用的填充级配料多为水泥、粗砂及砾石,在使用历史作为填充级配料的时候一定要注意砾石的大小。假设在单纯使用砾石的情况下仍然没有很好的成效,则可以利用粘稠度较高的水泥冲灌级配料,水泥冲灌及配料的主要组成材料一般为砾石、砾石与沙土混合物,使用这两种材料的目的是可以形成自然的反过滤层。在级配料的过程中,配料的材料和数量应该灵活掌握。使用粒料的主要是使用加大的粒料在狭窄处形成“桥架”,使用巧匠将缝隙在中途完全阻塞,形成反过滤层,以达到将整个通道堵死的目的。
  六、在施工结束后对施工技术质量要求
  1.工程全部施工完成后,质量控制工程师必须按照根据设计图纸对照记录进一步复核审查施工程序是否有遗漏。
  2.审查检测单位的资质等级和技术装备,协助建设单位确定检测单位。同时为及时掌握处理部位或结构物的动态变化,应从工程开工起每天或每一施工部位开始及完成时均应对施工部位进行沉降的观测。
  3.对一些重要的施工部位基础处理时,要严格按照各项要求进行观测,以便及时调整处理方案
  结语
  灌浆施工技术有它的优点,但其本身也有一定的缺点。灌浆施工质量的好坏对水利工程的质量有着直接的影响,所以,在水利工程的施工建设过程中一定要重视水利工程基础灌浆施工的质量,只有这样才能保证整个工程的建设质量。
  参考文献:
   [1]吕冬梅 水利工程的灌浆施工技术[J] 河南科技 2010(18)
  [2]王丽 基础灌浆技术在坝基处理中的应用[J]科技传播用用科学 2010
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