1观文水库灌浆工程超灌原因分析报告报告最终3.docx
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1观文水库灌浆工程超灌原因分析报告报告最终3
1、概述
1.1工程概况
1.1.1工程位置:
观文水库位于四川省泸州市古蔺县观文镇。
1.1.2任务:
观文水库工程任务是以农业灌溉为主,兼顾乡村供水等综合利用。
1.1.3等级:
该工程为Ⅲ等工程,水库枢纽主要建筑物为3级,次要建筑物为4级;渠道为5级建筑物。
1.1.4技术经济指标:
大坝为沥青混凝土心墙石渣坝,坝顶宽度7.0m,坝顶长163.29m,总库容1348万m³,多年平均供水量1129万m³,设计灌溉面积5.43万亩。
1.1.5该工程由水库枢纽和灌区渠系两部分组成。
水库枢纽主要包括大坝、溢洪道、取水(放空)隧洞,罐区渠系包括干渠、椒园分干渠、白泥分干渠及相应渠系建筑物。
大坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝,坝顶高程1094.00m,坝顶宽度7.0m,坝顶长163.29m,最大坝高46.00m。
固结灌浆自右坝肩(坝横0+000.00~0+040.00)、经河床(坝横0+040.00~0+118.86)、至左坝肩(坝横0+118.86~0+145.15);采用水泥浆液灌入岩体的裂隙及破碎带,以提高岩体整体性和抗变形能力,加大坝基基础承载能力。
帷幕灌浆自右岸延伸段及右坝肩(坝横0-043.00~0+040.15)、经河床(坝横0+040.15~0+130.00)至右坝肩及右岸延伸段(坝横0+130.00~0+240.15);采用水泥浆液灌入岩体的裂隙和孔隙,形成一道283.15米长的连续垂直防渗帷幕,以减小坝基及绕坝渗流。
1.2招标坝址基本地质条件
1.2.1地层岩性
设计勘察报告描述,坝址区主要地层以奥陶系下统湄潭组O1m⑤粉砂质灰岩为主,夹薄层粉砂质泥岩,粉砂质灰岩以中厚层至薄层状为主,粉砂质泥岩为薄层状。
1.2.2地质构造
设计勘察报告描述:
坝址区位于古蔺山字型构造带之麻城背斜南翼近核部,坝址区岩层产状大致为N70~90°E/SE∠30~45°,总体倾向下游,岩层走向与河流呈大角度相交。
坝址区未见断层发育,主要结构面为岩石层面及构造裂隙。
1.2.3岩溶发育特征
设计勘察报告描述:
坝址区出露的地层以粉砂质灰岩为主,多呈薄至中厚层状,坝址区通过3个钻孔揭示及平面调查一个地面溶洞发育情况表明:
岩溶发育层位以奥陶系下统湄潭组O1m⑤为主,揭示溶洞高度0.2~1.65米,溶洞埋深20.8m~29.3m,分布高程1076.05~1101.58m,基本特征为钻进中有掉钻现象,无充填;通过这些工作得出的结论为:
地表溶洞特征为顺层发育,洞内充填少量粘土及岩屑,延伸长度2m。
岩溶形态以小型溶洞为主,一般顺层发育,延伸长度1~3米,洞径一般1~2米,洞内充填少量泥质物及碎屑。
1.2.4水文地质
设计单位地勘报告中将坝址区内地下水根据地下水的赋存条件,将地下水分为松散覆盖层中空隙潜水、基岩裂隙水和岩溶水三种类型。
根据坝址区钻孔观ZK2孔内连通试验,未见有出水点或示踪物出现,说明地下水未形成集中渗漏通道。
1.2.5基岩透水性
招标设计报告中对岩体透水特性描述为:
q>10Lu的中等透水层一般分布在基岩面以下11.6~38.5m范围内,左岸水平宽度44~102m,右岸水平宽度39~53m,由于没有提供详细透水率的数据,也无法得知具体透水线位置。
1.3灌浆技术标准及主要技术要求
1.3.1灌浆主要施工依据
1.3.1.1《古蔺县观文水库工程枢纽项目施工合同(施工I标段)》(合同编号:
GWSK-SG-01);
1.3.1.2《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》sl62-2014;
1.3.1.3《帷幕灌浆施工技术要求》、《固结灌浆施工技术要求》;
1.3.1.4《观文水库帷幕灌浆工程灌浆试验报告》;
1.3.1.5《蜀观库(2016)纪要15号》;
1.3.1.6《蜀观库(2017)纪要03号》;
1.3.1.7观文水库施工图设计要求及其它相关规范、规程。
1.3.1.8业主、监理和设计等单位的要求或指示。
1.3.2主要技术要求(帷幕灌浆施工技术要求)
1.3.2.1灌浆方式:
采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法。
1.3.2.2灌浆材料:
采用普通硅酸盐水泥,其强度等级不低于P.O32.5,细度要求为通过80um方孔筛的筛余量不大于5%。
1.3.2.3钻孔:
抬动孔、先导孔和检查孔采用金刚石回转钻进取芯,其余孔采用冲击回转钻进。
1.3.2.4钻孔冲洗、裂隙冲洗及灌前实验:
灌浆孔在灌浆前进行孔壁冲洗和裂隙冲洗,冲洗后孔内残留物沉积厚度不得超过20cm。
裂隙冲洗采用压力水冲洗,直至回水清净,延续10min即可结束,冲洗水压为灌浆压力的80%,并不大于1.0Mpa。
裂隙冲洗完成后进行压水试验,压力为灌浆压力的80%,并不大于1.0MPa,压水时间为20min,每5min测读一次压水流量,取最后的流量值作为计算流量。
1.3.2.5灌浆分段和灌浆压力:
孔口以下灌浆断长度可采用5m~6m,特殊情况可适当缩短或加长,但不宜大于10m,分段和各孔序灌浆压力如下表:
孔深(m)
0-2
2-7
7-12
12m以下
......
I序孔
0.3Mpa
0.5Mpa
0.8Mpa
0.8Mpa
......
II序孔
0.4Mpa
0.6Mpa
1.0Mpa
1.0Mpa
III序孔
0.5Mpa
0.8Mpa
1.2Mpa
1.2Mpa
1.3.2.6开灌水灰比:
灌浆浆液的浓度应由稀到浓,逐级变换。
帷幕灌浆浆液水灰比可采用5:
1、3:
1、2:
1、1:
1、0.8:
1、0.6的浆液开灌;开灌水灰比根据压水值确定,当地层透水率≤5lu时采用水灰比为5:
1或3:
1的浆液开灌;当地层透水率为5lu≤透水率≤10lu时采用水灰比为2:
1的浆液开灌;当地层透水率≥10lu时采用水灰比为1:
1的浆液开灌。
1.3.2.7帷幕灌浆浆液变换:
1.3.2.7.1当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时;或当注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。
1.3.2.7.2当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应该浓一级。
1.3.2.7.3当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。
1.3.2.7.4灌浆过程中,灌浆压力或注入率突然改变或改变较大时,应立即查明原因,采取相应的措施处理。
1.3.2.8灌浆结束标准:
在设计灌浆压力下,注入率不大于1L/min时,延续灌注时间不少于30min即可结束本段次灌浆。
1.3.2.9封孔:
灌浆结束后采用全孔灌浆法封孔。
具体施工方法:
全孔灌浆结束后,用水灰比为0.5:
1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管,再用水灰比为0.5:
1的纯水泥浆液压不小于30min,压力为最大灌浆压力。
待水泥浆液凝固后,及时采用人工砂浆封堵灌浆孔上部少许空余部分。
1.3.2.10特殊情况处理:
1.3.2.10.1灌浆过程发生冒浆、漏浆时,应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。
1.3.2.10.2灌浆过程发生窜浆时,如窜浆孔具备灌浆条件,可同时进行灌浆,采用一泵一孔灌注,但并联孔数不宜多于3孔。
或者在一窜浆孔内窜浆部位以上用灌浆塞塞住,在另一灌浆孔继续灌浆,待灌浆结束后,窜浆孔再继续钻进和灌浆。
1.3.2.10.3灌浆应故中断,按以下原则处理:
尽可能缩短中断时间,及早恢复灌浆;中断时间超过30min,应立即冲洗钻孔,而后恢复灌浆;如无法冲洗或冲洗无效,则应进行扫孔,而后恢复灌浆。
恢复灌浆时,应使用开灌比级的水泥浆液进行灌注,如注入率与中断前相接近,即可用中断前比级的水泥浆进行灌注,如注入率较中断减少较多,则浆液应逐级加浓继续灌注。
恢复灌注后,如注入率较中断减少较多,且在极短时间内停止吸浆,则认为该灌浆段不合格,应设法补救。
1.3.2.11涌水灌浆段处理:
在灌浆前应测记涌水压力和涌水量,根据涌水情况采取如下措施:
自上而下分段灌浆;采用短的灌浆段;提高灌浆压力;浓浆结束;灌浆结束应有并浆措施,并浆时间不少于1h;闭浆;待凝时间不少于48h;必要时在浆液中掺加适量速凝剂。
1.3.2.12大耗浆孔段的处理:
遇有大量耗浆孔段时,首先应降低灌浆压力,采用浓浆,减少并限制其注入率,并视耗浆量情况,采用浆液中掺速凝剂,若该段耗灰量超过2t/m,仍不见压力回升,地面又无漏浆的迹象,则应停止灌注,待凝24小时后复灌。
复灌时注入率逐渐减少,则应灌至正常结束。
复灌时注入率仍然很大,灌浆难于结束时,则采用掺中、细砂、水玻璃、水泥浆液和水玻璃双液法等方法,待耗灰量超过0.5~1t/m后,在待凝后复灌至正常结束。
复灌时注入率较待凝前相差悬殊,且耗灰量很小,则应对该段扫孔后再灌浆,如扫孔后注入率仍很小,此孔即告结束。
1.3.2.13回浆变浓处理:
应该稀释后继续灌注,若无效再改稀灌注,若回浆仍变浓,延续灌注30min,即可结束灌浆。
1.4灌浆施工涉及主要工程变更
1.4.1地质(水文地质)情况变化
1.4.1.1地层岩性变化:
通过灌浆钻孔,坝址区地层岩性和勘察报告地层岩性有明显的差异。
勘察报告反映的场地区地层岩性完整性、岩层结构均要好于灌浆钻孔揭示的地层岩性。
2016年4月20日七方会议确定了大坝齿槽帷幕灌浆岩石类别,其中,粉砂岩为Ⅴ~Ⅵ类岩石,灰岩为Ⅸ类,与地勘及招标文件中场地岩石划的Ⅵ~Ⅸ类,在类别上降低了一级(见:
蜀观库【2016】纪要15号)。
1.4.1.2地质构造变化:
施工方在坝基及齿槽两岸边坡开挖揭示地质构造与设计勘察报告描述存在差异,坝址区位于古蔺山字型构造带之麻城背斜南翼近核部,坝址区岩层产状大致为N70~90°E/SE∠30~45°,总体倾向下游,岩层走向与河流呈大角度相交。
坝址区未见断层发育,主要结构面为岩石层面及构造裂隙。
但施工方在坝基及齿槽两岸边坡开挖表明,坝址区由于位于背斜核部,岩层完整性差,在强风化带内,岩层极为破碎,灰岩泥岩、泥灰岩结构面之间多发育有空隙被泥质充填物充填。
构造裂隙以层间裂隙的方式发育于岩层内,将岩层切割成碎块状。
部分平行于岩层走向发育的卸荷裂隙,形成明显的裂缝。
如在2015年11月9日就对右岸齿槽边坡开挖中出现的裂缝召开专题会议讨论裂缝处理方案(见:
蜀观库【2015】纪要33号)。
同时由于这种背斜核部构造部位地层,构造卸荷裂隙的存在,在开挖边坡时会加剧地层裂隙的变化,导致边坡不稳(见古蔺县观文水库工程专题会议:
蜀观库【2014】纪要30号)。
1.4.1.3岩溶发育特征变化:
场地区施工过程中查明的岩溶发育规模、范围均超过了地勘资料查明的规模、范围。
1.4.2灌浆孔深变化
由于渗透线下移,导致灌浆孔深度增加,设计帷幕灌浆282个孔,其中104个灌浆孔进行了加深,占比较高,特别是左岸20~28单元灌浆孔基本都进行了加深,最大加深达到35.08m,共增加了帷幕灌浆1045.2m。
1.4.3渗透剖面变化
帷幕灌浆下游排从1#孔开始,间隔16m布置1个先导孔,共布置了17个孔。
根据先导孔压水试验成果绘制先导孔渗透剖面图,与初设渗透剖面相比较可以看出,先导孔5lu、10lu线较初设总体发生了下移,特别是左岸有较大下移;100lu线主要在23单元有较大下移(实际23单元灌浆量也是最大的)。
从3条渗透线可以看出,实际渗透性比设计勘测揭示的渗透性好。
详见:
先导孔渗透剖面图。
1.4.4灌浆工艺改变
根据灌浆方案及灌浆试验,先期施工的河床段(9~17单元)河床段采用的是自上而下孔口封闭法。
由于河床段岩层相比较好,为了加快施工进度,我部提出采用设计图纸技术要求采用自下而上的施工方法并上报了施工方案,在监理、设计、业主没有反对后,8单元开始采用自下而上的灌浆方法,按此方法只完成了5个孔,在2016年4月20日一标段存在的问题及处理会议上,经会议讨论决定,由于大坝齿槽帷幕灌浆区域裂隙较发育,部分地质条件较差,故大坝齿槽帷幕灌浆采用“自上而下分段灌浆法”进行灌浆(见:
蜀观库【2016】纪要20号)。
按照2016年4月20日会议要求,完成了4、5、6、7、18、19共6个单元帷幕灌浆施工工作。
2017年3月28日,监理、业主、设计、审计、施工单位在业主项目部会议室,就观文水库帷幕灌浆试验(右岸)结果专家评审及左岸帷幕灌浆试验过程中存在问题的处理召开会议,经与会专家充分分析、讨论,对后序灌浆试验工作提出了明确要求,主要内容有:
第一,对灌浆长度进行调整,第一段2m,第二段3m,其他各段按小于等于5米进行分段;第二,灌浆原则上不再采取水泥耗量超过2t/m就待凝的方式进行控制;第三,灌浆“采用“自上而下、孔口封闭、孔内循环”方法;第四,灌浆开灌水灰比易为3:
1(见:
蜀观库【2017】纪要03号)。
1.4.5增加补强灌浆孔
1.4.5.1施工单位在灌浆过程中发现地下水位高,存在地下径流,其中,上游34#孔、下游41#孔施工过程中向外涌水,虽然7、8单元灌浆质量已合格,但因灌浆期间正值雨季,地下水位较高,有的地方可能存在薄弱环节,为了提高灌浆可靠性,决定对7、8单元上下游各增加一排帷幕灌浆,共计增加14个灌浆孔(见:
蜀观库【2016】纪要0001号和古观(设)字I标段(2016)004号)。
1.4.5.2左岸23、22单元、右岸4单元按设计、规范要求灌浆后,质量检查不合格,共增加了13个补强灌浆孔(见:
《联合签证单(宁工局古观库(2018)001号》)。
1.4.6增加先导孔
为加强帷幕灌浆施工质量控制,将帷幕灌浆下游排125#和137#生产孔调整为先导孔(见:
古观(设)字I标段(2017))004号)。
这也进一步说明了,地质条件的复杂性。
1.5灌浆超灌情况及主要原因
1.5.1地质方面
工程建设不同阶段着重点不同,自然就有不可预见的地质情况发生。
因地形地质存在的复杂性、多样性,前期勘察做为施工的参考依据不可能面面俱到;前期地质钻孔只具有该段区域的一般规律,但不能具体到整个坝基及两岸全断面的细微地质情况。
由于地层岩性、地质构造、岩溶发育、水文地质和基岩透水性等都与招标条件存在差异,这是造成超灌的主要原因之一。
1.5.2工程变更方面
1.5.2.1由于前期设计时未进行帷幕灌浆实验,由于设计深度与实际施工存在差异,由于地形地质条件的不同,为推荐合理的施工工艺、提高不同地质情况下施工参数的调整能力,进行了帷幕灌浆生产性试验,应以实际灌浆试验成果作为指导依据,实际耗量水平应以实验成果作为标准,这也是造成超灌的主要原因之一。
1.5.2.2灌浆工程需要在实际工程中根据实际情况进行动态的调整。
由于现场实际地质条件与原设计的出入,原终孔孔深的透水率和帷幕孔数目无法达到设计要求。
经参建各方研究决定,对一定区域内的帷幕灌浆孔深根据其实际需要进行加深处理,对质量检查不合格的单元(或薄弱部位)增设了补强灌浆孔,以确保防渗效果满足质量需要。
也正是因为地质条件的实际变化导致了不可避免的超灌现象发生。
1.5.2.3灌浆采用了不同的灌浆方法,也说明地质条件的复杂性,后期灌浆改用了孔口封闭法,虽然采用孔口封闭法能够较好的保证灌浆质量,但下段灌浆可能对上段造成劈裂,也将增加灌浆量。
2、灌浆试验
2.1灌浆试验布置及代表性
帷幕灌浆共布置有3个生产性试验段,分别位于河床段(13、14单元)、右岸(4单元)、左岸(23单元),试验成果分别作为9、10、11、12、15、16、17单元,1、2、3、5、6、7、8单元,18,19,20,21,22,24、25、26、27、28单元施工指导依据。
2.2灌浆方法及灌浆施工工艺
2.2.1灌浆方式:
采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法。
2.2.2灌浆材料:
采用普通硅酸盐水泥,其强度等级P.O42.5,细度要求为通过80um方孔筛的筛余量不大于5%。
2.2.3钻孔:
抬动孔、先导孔和检查孔采用金刚石回转钻进取芯,其余孔采用冲击回转钻进。
2.2.4钻孔冲洗、裂隙冲洗及灌前实验:
灌浆孔在灌浆前进行孔壁冲洗和裂隙冲洗,冲洗后孔内残留物沉积厚度不得超过20cm。
裂隙冲洗采用压力水冲洗,直至回水清净,延续10min即可结束,冲洗水压为灌浆压力的80%,并不大于1.0Mpa。
裂隙冲洗完成后进行压水试验,压力为灌浆压力的80%,并不大于1.0MPa,压水时间为20min,每5min测读一次压水流量,取最后的流量值作为计算流量。
2.2.5灌浆分段和灌浆压力:
孔口以下灌浆断长度可采用5m~6m,特殊情况可适当缩短或加长,但不宜大于10m,分段和各孔序灌浆压力如下表:
孔深(m)
0-2
2-7
7-12
12m以下
......
I序孔
0.3Mpa
0.5Mpa
0.8Mpa
0.8Mpa
......
II序孔
0.4Mpa
0.6Mpa
1.0Mpa
1.0Mpa
III序孔
0.5Mpa
0.8Mpa
1.2Mpa
1.2Mpa
2.2.6开灌水灰比:
灌浆浆液的浓度应由稀到浓,逐级变换。
帷幕灌浆浆液水灰比可采用5:
1、3:
1、2:
1、1:
1、0.8:
1、0.6的浆液开灌;当岩层透水率≥10lu时采用水灰比为1:
1的浆液开灌。
2.2.7帷幕灌浆浆液变换:
2.2.7.1当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时;或当注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。
2.2.7.2当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应该浓一级。
2.2.7.3当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。
2.2.7.4灌浆过程中,灌浆压力或注入率突然改变或改变较大时,应立即查明原因,采取相应的措施处理。
2.2.8灌浆结束标准:
在设计灌浆压力下,注入率不大于1L/min时,延续灌注时间不少于30min即可结束本段次灌浆。
2.2.9封孔:
灌浆结束后采用全孔灌浆法封孔。
具体施工方法:
全孔灌浆结束后,用水灰比为0.5:
1的水泥浆置换孔内浆液并取出所有灌浆管,再用水灰比为0.5:
1的纯水泥浆液压不小于30min,压力为最大灌浆压力。
待水泥浆液凝固后,及时采用人工砂浆封堵灌浆孔上部少许空余部分。
2.3灌浆试验成果及分析
2.3.1河床试验段
2.3.1.1灌浆注入量
河床段布置了13、14两个试验单元,共20个灌浆孔,灌注水泥共为75267.87kg,各孔水泥注入量情况见下表:
河床灌浆试验段(13、14单元)水泥注入量表
部位
单元
孔号
灌浆深度(m)
总灌注水泥量(kg)
单位注入量(kg/m)
河床区
13
Wx-Ⅲ-62
17.25
2080.59
120.61
Ws-Ⅲ-62
17.50
1701.20
97.21
Wx-Ⅱ-63
17.35
6020.16
346.98
Ws-Ⅱ-63
17.6
6842.18
388.76
Wx-Ⅲ-64
17.5
1400.30
80.02
Ws-Ⅲ-64
17.4
636.36
36.57
Wx-Ⅱ-65
27.6
15892.45
575.81
Ws-Ⅰ-65
17.3
1886.82
109.06
Wx-Ⅲ-66
17.2
2460.59
143.06
Ws-Ⅲ-66
17.05
413.70
24.26
合计
183.75
39334.35
214.06
14
Wx-Ⅱ-67
27.3
7844.90
287.36
Ws-Ⅱ-67
22.4
9141.26
408.09
Wx-Ⅲ-68
17.3
2871.28
165.97
Ws-Ⅲ-68
17.7
1498.35
84.65
Wx-Ⅰ-69
18.4
4014.9
218.20
Ws-Ⅰ-69
17.4
2195.33
126.17
Wx-Ⅲ-70
22.1
4689.49
212.19
Ws-Ⅲ-70
17.4
716.30
41.17
Wx-Ⅱ-71
16.55
2296.71
138.77
Ws-Ⅱ-71
17.0
665.0
39.12
合计
193.55
35933.52
168.95
总计
377.3
75267.87
199.49
从表中得出,试验段最小单位注入量为24.26kg/m,最大单位注入量为575.81kg/m,平均单位注入量为199.49kg/m。
2.3.1.2透水率
试验单元各段、各孔及单元平均透水率见下表:
13单元透水率统计表
单元
孔号
段
次
灌浆孔段(m)
透水率
(Lu)
单孔平均透水率(lu)
备注
自
至
段长
13
Ws-Ⅲ-62
1
2.00
4.00
2.00
10.592
7.32
2
4.00
9.00
5.00
8.913
3
9.00
14.00
5.00
7.866
4
14.00
19.50
5.50
4.183
13
Ws-Ⅱ-63
1
2.00
4.00
2.00
21.572
8.72
2
4.00
9.00
5.00
6.689
3
9.00
14.00
5.00
11.638
4
14.00
19.60
5.60
3.342
13
Ws-Ⅲ-64
1
2.10
4.00
1.90
12.046
6.23
2
4.00
9.00
5.00
7.191
3
9.00
14.00
5.00
4.767
4
14.00
19.50
5.50
4.662
13
Ws-Ⅰ-65
1
2.00
4.00
2.00
37.210
13.32
2
4.00
9.00
5.00
19.273
3
9.00
14.00
5.00
8.623
4
14.00
19.30
5.30
3.108
13
Ws-Ⅲ-66
1
2.00
4.00
2.00
12.106
5.86
2
4.00
9.00
5.00
7.600
3
9.00
14.00
5.00
3.102
4
14.00
19.05
5.05
4.384
13
Wx-Ⅲ-62
1
2.10
4.00
1.90
10.608
8.41
2
4.00
10.00
6.00
9.392
3
10.00
16.00
6.00
8.686
4
16.00
19.35
3.35
4.89
13
Wx-Ⅱ-63
1
2.00
4.00
2.00
33.420
17.63
2
4.00
10.00
6.00
23.061
3
10.00
16.00
6.00
14.047
4
16.00
19.35
3.35
4.916
13
Wx-Ⅲ-64
1
2.00
4.00
2.00
8.017
6.09
2
4.00
10.00