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岩溶地区帷幕灌浆研究

刘三虎  
【摘要】:[摘要] 随着水利水电建设事业的发展,国内修建的大坝愈来愈多,地质条件良好的坝址,也越来越少,目前,许多大坝修建在岩溶发育的地区,在岩溶发育的岩石上筑坝,其基础处理、水库周边和库区渗漏通道的防渗处理都是极为重要的,同时处理的施工技术也是比较复杂的。 岩溶地区帷幕灌浆作为灌浆技术中最复杂的一个分支,具有较深的研究价值。一方面国内及国外对在岩溶地区帷幕灌浆尚缺乏一定的研究,由于岩溶地区地质条件极其复杂,常规的灌浆往往不能奏效,采取合适的灌浆方法和措施是岩溶地区帷幕灌浆成功的关键,成功的解决岩溶地区的帷幕灌浆问题,将会对灌浆技术的发展起到极大的推动作用。另一方面,水力资源丰富的地区,大多处于石灰岩溶发育地区,要想保证成功地利用开发水力资源,首要的条件是必须解决好防渗帷幕灌浆工作。 岩溶区帷幕灌浆的实质就是利用浆液充填各种节理裂隙、孔隙、孔洞和岩溶洞穴,形成连续的阻水帷幕,从而起到固结、粘合、防渗,提高承载强度和抗变形能力以及传递应力等的作用。 灌浆理论是灌浆技术实践的指导与前提,反过来,成功的灌浆技术实施,又推动与发展了灌浆理论,两者相辅相成,缺一不可。只有不断地创新,灌浆理论与技术才会持续与时俱进。 根据流变学观点,任何灌浆浆液基质均可用牛顿(Newton)体和宾汉姆(Bingham)体来描述,灌浆的实施就是这两者变化的组合与调节。岩溶区帷幕灌浆的机制主要包括渗透灌浆、压密灌浆及劈裂灌浆,即表现在浆液在裂缝内扩散、流动、填充、压密和加固补强的过程。所有这些,其关键在于该技术的适时因地控制。岩溶区帷幕灌浆是一个复杂的过程,它可能是上述三种灌浆机理共同作用,也可能还有我们目前尚不清楚的作用机理。隆巴迪(G.Lombadi)公式给出了稳定浆液(宾汉姆体)的最大扩散半径、浆液的可灌入量、最大总上抬力的求解,对于在灌浆施工中对各参数的控制具有较大的参考价值。 岩溶地区由于地质情况的复杂多变,对于不同岩层应采用不同工艺施工,因此钻灌设备要具有广泛的适用性、及操作灵活方便、外形尺寸小、重量轻等特点,根据工程实际,提出了几种适合于灌浆施工的机具设备,由于灌浆技术的发展,对自动化监控要求越来越高,因此本文详尽地介绍了广泛使用 WP=67 的三参数自动记录仪的性能及使用情况。岩溶地区帷幕灌浆的施工工艺多采用小口径金钢石钻头钻进、孔口封闭、孔内循环、不冲洗、不待凝的高压水泥灌浆法,该工艺可满足各种防渗要求,能进行较高压力灌浆。解决了岩溶地层内孔分段下塞的困难,也简化了工艺,提高了灌浆质量。上段灌浆结束后,一般不待凝即开始下一段的钻灌,这不仅大大提高了钻灌效率并为实现钻灌连续作业创造了条件。 本文较为全面地介绍了岩溶地区两个灌浆工程的实例,结合灌浆理论与工程实例,有针对性地研究了在地质条件复杂的石灰岩溶地区,灌浆压力、浆液水灰比选定、灌浆孔排距布置、灌浆结束及防渗标准等对灌浆施工的影响。 本文认为采取灌浆压力越大,浆液在一定裂缝或孔隙系统里运行距离(即充填范围)就会越大。因此可以期望达到减少钻孔工程量,降低造价的目的。但使用的压力过大,就会使浆流串到不需要的地方,造成浪费,另外,高压力易使岩体遭受破坏,影响其上的建筑物。归根结底,是要为灌浆选定一个最适宜的压力。此压力,既要大到保证使地层空隙得到更充分的灌注、又要不致给地层带来不利影响。 正确选定浆液水灰比比级,是保证岩溶地区灌浆质量重要的一环。也直接影响着灌浆施工工效,根据不同的岩性与地质构造情况,正确选择浆液水灰比的比级。在强溶蚀地层,不宜灌注过多稀浆,反之,在细小裂隙较多的地层,应选取稀浆较多的比级灌注,否则将影响帷幕质量。 在岩溶地区及其它可能存在大型通道的地区,灌浆帷幕的深度、范围、排距及孔距必须根据现场的情况进行确定。上述几点设计得是否恰当,将在较大程度上影响帷幕造价。通过在现场做灌浆试验,经过分析从中找出合理的灌浆帷幕的深度、范围、排距及孔距是十分有必要的。 对于岩溶地区灌浆的结束标准和防渗标准与国际上相比,我国的一直较为严格。这些过高的要求往往会造成很多不必要的浪费。 本文对岩溶地区帷幕灌浆过程中易出现的特殊情况,如对中断、串孔、冒浆问题的处理、特大吃浆量的灌浆方法、特大漏水通道的灌注方法、有承压水条件下的灌浆提出了自己的方法和见解。并指出了岩溶地区帷幕灌浆需要注意和有待研究的问题。 希望借此文能探索出一条适合于岩溶地区帷幕灌浆的方法,并能对今后岩溶地区帷幕灌浆的设计与施工提供一点帮助。


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