水利工程施工培訓(xùn)講義

1、水利工程施工授課教師：吳雪英第三章 基礎(chǔ)工程本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)是巖基灌漿的方法和施工、防滲墻的施工。主要的知識點(diǎn)包括：基坑開挖；巖基灌漿的目的；帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和接觸灌漿的區(qū)別及施工方法；水泥灌漿的各材料的要求；單位吸水率；鉆孔灌漿的次序；灌漿的漿液稠度和壓力變化；防滲墻的作用；泥漿固壁原理；導(dǎo)管布置。 概述：一.各類型的水工建筑物對地基基礎(chǔ)的要求1具有足夠的強(qiáng)度，能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力；2具有足夠的整體性和均一性，能夠防止基礎(chǔ)的滑動和不均勻沉陷；3具有足夠的抗?jié)B性和耐久性，防止發(fā)生嚴(yán)重的滲漏和滲透破壞及地下水的侵蝕破壞。水利施工網(wǎng)二地基處理的方法1地基開挖：在地基范圍內(nèi)將不合設(shè)計要求的覆

2、蓋層、分化破碎有缺陷的巖層挖掉，是一種最通用可靠的處理方法2斷層、軟弱夾層、破碎帶處理方法砼塞、砼拱、截水槽、防滲墻常用巖溶處理可用堵、鋪、截、圍、導(dǎo)、灌3土、砂礫石地基處理防滲：截水槽、打板樁、防滲墻、修鋪蓋加固：預(yù)壓、換砂、砂井、振動密實(shí)、打樁、灌漿等第一節(jié) 基礎(chǔ)開挖一基礎(chǔ)開挖插圖一 壩基開挖平臺示意插圖二 壩基開挖形態(tài)插圖三 沿壩軸線開挖圖 1定義：在地基范圍內(nèi)將不合設(shè)計要求的覆蓋層、風(fēng)化破碎有缺陷的巖層挖掉，是一種通用可靠的地基處理方法。2應(yīng)解決的問題如下：及時排除基坑積水；合理安排開挖程序，掌握“自上而下，先岸坡后河槽”的原則，分層開挖，逐漸下降；合理選定基坑開挖范圍與形態(tài)；基坑開挖

3、范圍主要取決于水工建筑物的平面輪廓,同時考慮實(shí)際施工情況?；娱_挖要避免形成高邊坡、深槽壁，要求基巖面比較平整，高差不宜太大，并盡可能略向上游傾斜同時考慮不同壩型的要求。正確選擇開挖方法及開挖參數(shù)，保證質(zhì)量和安全為重點(diǎn)；做好開挖和利用石渣的綜合平衡。二開挖方法對巖石地基而言，主要的方法是爆破開挖，采取控制爆破，分層向下，預(yù)留保護(hù)層的方式壩基爆破開挖的基本要求是：保證質(zhì)量；注重安全；方便施工；綜合平衡。保證質(zhì)量具體在兩個方面：1要求在爆破開挖過程中既有效地按分層逐層下挖，又要有效防止由于震動破壞保留巖體和設(shè)計基巖線下的巖體;2要求在爆破開挖時防止對已建成的水工建筑物或已完工的灌漿地段造成損壞。

4、第二節(jié) 巖基灌漿 定義：就是把一定配合比的具有流動性和膠凝性的漿液，通過鉆孔壓入巖層裂隙中，經(jīng)過膠結(jié)硬化后以提高巖基的強(qiáng)度，改善巖基的整體性和抗?jié)B性。一.巖基灌漿的分類及部位插圖一 巖基灌漿示意圖巖基灌漿按目的可分為帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和接觸灌漿。1帷幕灌漿：請看三峽二期工程大壩廊道灌漿目的：減少壩基的滲流量、降低滲透壓力，保證地基的滲透穩(wěn)定。部位：布置在壩基迎水面下的基礎(chǔ)內(nèi)，形成一道連續(xù)而垂直或向上游傾斜的幕墻。特點(diǎn)：孔較深，通常要求孔深入到巖基單位吸水率0.050.01L/（min.m.m）的等值線以下35m；多采用單孔灌漿，使用的灌漿壓力較大；斜幕一般比直幕效果好，但施工較復(fù)雜；灌漿時間應(yīng)

5、在水庫蓄水前完成；通常都在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)進(jìn)行，廊道尺寸通常寬23m，高34m。 2固結(jié)灌漿：目的：提高和改善巖基的物理力學(xué)性能，減少開挖深度，增強(qiáng)防滲效果。部位：灌漿的范圍主要根據(jù)大壩地基的地質(zhì)條件、巖石破碎情況、壩型和基礎(chǔ)巖石應(yīng)力等條件而定特點(diǎn)：孔深一般為58m，也有深達(dá)1540m；孔在平面上呈網(wǎng)格交錯布置，通常采用群孔沖洗和群孔灌漿；灌漿時間多是在基礎(chǔ)開挖和壩基基礎(chǔ)部位混凝土澆筑等工序間穿插進(jìn)行。 3.接觸灌漿：目的：加強(qiáng)壩體混凝土與岸坡或地基之間的結(jié)合能力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，同時也能增加巖基的固結(jié)強(qiáng)度和防滲性能部位：在固結(jié)灌漿部位，可結(jié)合固結(jié)灌漿進(jìn)行；特點(diǎn)：可通過混凝土鉆孔壓漿或預(yù)先

6、在接觸面上埋設(shè)灌漿盒及相應(yīng)的管道系統(tǒng)；應(yīng)安排在壩體混凝土達(dá)到穩(wěn)定溫度后，防止混凝土冷縮拉裂；灌漿壓力通常不超過0.10.3Mpa。巖基灌漿按材料可分為水泥灌漿、水泥粘土灌漿、化學(xué)灌漿。三種材料比較：水泥漿液最為普遍，可靠、設(shè)備和工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)；水泥粘土漿雖成本低但結(jié)石強(qiáng)度不高；化學(xué)灌漿是為解決有特殊地質(zhì)條件或建筑物的裂縫等采用通常的顆粒材料難以灌進(jìn)，成本較高，施工復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)。 二水泥灌漿對材料的要求1水泥：顆粒細(xì)、穩(wěn)定性好、膠結(jié)性強(qiáng)、結(jié)石強(qiáng)度高和耐久性好，標(biāo)號不低于425號。水泥細(xì)度要求一般來講水泥顆粒粒徑應(yīng)不大于巖石裂隙寬度的1/31/5，水泥漿才易于灌入。普通硅酸鹽水泥顆粒

7、粒徑一般多在4060m，所以難以灌入寬0.2mm以下的裂隙。灌漿所用水泥細(xì)度一般認(rèn)為通過4900孔/cm2的標(biāo)準(zhǔn)篩的篩余量小于2%為好或比表面積3000cm2/g為好。2摻合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以節(jié)約水泥；活性材料如減水劑、速凝劑、緩凝劑等有助于加強(qiáng)漿液流動性和擴(kuò)散性提高灌漿效果。3水：與一般混凝土拌和用水一樣三灌漿施工工藝插圖二 巖基灌漿插圖三 單排灌漿孔 插圖四 灌漿孔1.鉆孔：請看各種鉆孔機(jī)械，巖心鉆機(jī)、履帶式鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)鉆孔機(jī)械：回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)、風(fēng)鉆或架鉆請看幾種鉆機(jī)1、2 要求：孔位、孔向、孔深應(yīng)符合設(shè)計要求?？孜黄畈怀^10cm，對垂直或傾角小于5度的帷幕孔

8、其孔斜偏差不得大于表中的規(guī)定；孔徑上下均一，孔壁平整；帷幕鉆孔方向原則上應(yīng)較多地穿過裂隙和巖層層面，鉆孔角度通常控制在0度10度之間。2.沖洗：在灌漿以前將殘存在孔底和粘滯在孔壁的巖粉鐵末沖洗出孔外，并將巖層裂隙和孔洞中的充填物沖洗干凈。沖洗方法有單孔沖洗和群孔沖洗。 單孔沖洗：高壓壓水沖洗：沖洗壓力可采用同段灌漿壓力的70%80%?；厮疂崈粞永m(xù)1020min就可結(jié)束。高壓脈動沖洗：采用高低壓力反復(fù)沖洗，先用高壓（為灌漿壓力的80%或100%）經(jīng)510min后，將壓力在幾秒時間內(nèi)突降到零，形成反向水流將裂隙中的碎屑帶出，此時回水多渾濁，當(dāng)回水變清后在升高到原來壓力，如此反復(fù)直到回水潔凈再延續(xù)1

9、020min。揚(yáng)水沖洗：對地下水位較高和地下水補(bǔ)給條件較好的鉆孔可采用此法。沖洗時先將沖洗管下到鉆孔底部，上端接風(fēng)管，通入壓縮空氣，在孔中水氣混合后，由于比重減輕，在地下水壓力作用下再加壓縮空氣的釋壓膨脹與返流作用，夾帶孔內(nèi)碎屑雜物噴出孔外。群孔沖洗：一般適用于巖層破碎、節(jié)理比較發(fā)育的巖層中3.壓水試驗(yàn)：壓水試驗(yàn)主要是測定巖層的滲透特性，為巖基灌漿或處理提供必要的依據(jù)。在一定壓力之下，通過鉆孔將水壓入孔壁四周的縫隙中，根據(jù)壓入的水量和壓水時間，計算出代表巖層滲透特性的技術(shù)參數(shù)。單位吸水率=Q/LH單位吸水率，L/(min.m.m)Q壓入流量，L/minH試驗(yàn)壓力，m，通常為同段灌漿壓力的70%

10、80%L試驗(yàn)孔段長度，m，與灌漿段長一致，一般為56m帷幕灌漿孔，每510min測讀一次壓入水量，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果符合下列標(biāo)準(zhǔn)之一時即可結(jié)束試驗(yàn)，以最終流量作為計算流量，標(biāo)準(zhǔn)如下： 流量之一大于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值10%。 流量均小于5L/min時，連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值與最小值之差小于最終值20%。 連續(xù)四次讀數(shù)，流量均小于0.5L/min。固結(jié)灌漿孔壓水試驗(yàn)吸水量的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可按帷幕灌漿孔適當(dāng)放寬。4.灌漿：請看灌漿設(shè)備 另看灌漿導(dǎo)管 、高壓噴射注漿 鉆孔灌漿次序：遵循分序加密的原則。a.分序加密，漿液逐漸擠壓密實(shí)，可促進(jìn)灌漿區(qū)域的連續(xù)性；b.逐序提高灌漿壓

11、力，有利于漿液的擴(kuò)散和提高漿液的密實(shí)性； c.通過后灌序孔和單位吸漿量的變化可推斷先灌序孔的灌漿質(zhì)量和效果；d.可減少相鄰孔串漿現(xiàn)象，有利于施工。地基灌漿一般按照先固結(jié)后帷幕順序。固結(jié)灌漿宜在混凝土覆蓋的情況下進(jìn)行，覆蓋的混凝土一般應(yīng)達(dá)50%設(shè)計強(qiáng)度后。 灌漿方法：按灌漿時漿液灌注和流動的特點(diǎn)，分純壓式和循環(huán)式。按鉆孔灌漿順序，分全孔一次灌漿和分段灌漿。 灌漿壓力：通常指作用在灌漿段中部的壓力，是灌漿施工中的重要控制參數(shù)一般而言在不致破壞巖基穩(wěn)定和壩體安全的前提下，盡可能采用比較高的壓力。灌漿壓力的確定：a.灌漿壓力的大小與孔深、灌漿要求、地質(zhì)條件和有無壓重等有關(guān)，可參考類似工程；b.可通過壓

12、水試驗(yàn)確定臨界壓力作為依據(jù)一般認(rèn)為帷幕灌漿表層孔段的灌漿壓力不宜小于11.5倍帷幕的工作水頭，底部則以23倍工作水頭為宜；固結(jié)灌漿的壓力，淺孔無壓重時，可采用0.20.5Mpa，有壓重時，可采用0.30.7Mpa，深孔固結(jié)灌漿可參照帷幕灌漿確定。通常將灌漿壓力大于34Mpa或能使巖體中的基本裂隙擴(kuò)大的灌漿稱高壓灌漿。烏江渡大壩防滲帷幕采用高壓（68MPa）灌漿取得成功的經(jīng)驗(yàn)。 灌漿壓力和吸漿率的控制及漿液稠度的變換：a以灌漿壓力為主的控制適用于透水性不大，裂隙不太發(fā)育，巖層比較堅硬完整、使用的灌漿壓力不高的地層。優(yōu)點(diǎn)：使細(xì)小的裂縫得到充分的灌注，有利于提高灌漿質(zhì)量。缺點(diǎn)：可能造成漿液擴(kuò)散太遠(yuǎn)，

13、在緩傾角地質(zhì)軟弱面時，易引起巖層抬動?？山Y(jié)合吸漿率和漿液稠度一起考慮。當(dāng)吸漿較小時應(yīng)灌稀漿，盡快升到規(guī)定的最大灌漿壓力；當(dāng)吸漿率較大時，應(yīng)灌濃漿，并逐漸升壓。b以吸漿率為主的控制適用巖層破碎，透水性較大或使用的灌漿壓力較高時。優(yōu)點(diǎn)：可以減少漿液的流失，不易引起巖層的抬動，不需使用大排漿量的灌漿泵。缺點(diǎn)：影響細(xì)小裂縫的灌注效果，增加鉆孔數(shù)量。 在灌漿過程中對吸漿率大小的控制，主要視地質(zhì)結(jié)構(gòu)而定。對具有緩傾角裂縫和軟弱面的巖層，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸漿率大于規(guī)定值，就降低壓力，以控制吸漿率不超過規(guī)定值。c漿液稠度變換巖基灌漿中的漿液稠即水灰比有81、51、31、21、1.51、

14、11、0.81、 0.61、0.51。灌漿過程中，必須根據(jù)灌漿壓力或吸漿率的變化，適時調(diào)整漿液稠度。漿液稠度的變換遵循由稀到濃的原則。當(dāng)灌漿壓力保持不變，吸漿率均勻減少時；或吸漿率不變，壓力均勻升高時，不得改變水灰比。采用限量法控制時一般當(dāng)某一級水灰比漿液的灌入量已超過限量，而灌漿壓力或吸漿率均無改變或改變不明顯時，應(yīng)加濃一級水灰比。 灌漿結(jié)束條件和封孔a結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：一般用兩個指標(biāo)控制，一個是殘余吸漿量即灌到最后的限定吸漿量；一個是閉漿時間即在殘余吸漿量的情況下保持設(shè)計規(guī)定壓力的延續(xù)時間。國內(nèi)帷幕灌漿工程中，大多規(guī)定在設(shè)計規(guī)定壓力之下，灌漿孔段的單位吸漿小于0.4L/min時，延續(xù)3060min

15、，就可結(jié)束；固結(jié)灌漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是單位吸漿量小于0.4L/min時，延續(xù)時間30min。B封孔：灌漿結(jié)束后，隨即將灌漿孔清理干凈用水泥砂漿填實(shí)。質(zhì)量檢查 第三節(jié) 防滲墻施工 水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范SL174-96一.防滲墻的定義及應(yīng)用請看錄像地下連續(xù)墻施工插圖一 槽型防滲套接1定義：修建在擋水建筑物和透水地層中防止?jié)B漏的地下連續(xù)墻。2應(yīng)用：控制閘壩基礎(chǔ)的滲流；壩體的防滲和加固；泄水建筑物下游基礎(chǔ)的防沖；水工建筑物基礎(chǔ)的承重等。3型式：槽孔型、圓型。請看圓型成墻圖槽孔的尺寸：有效厚度d：（與結(jié)構(gòu)、筑墻材料、筑墻方法有關(guān)）鋼板樁水泥砂漿水泥粘土砂漿灌注墻d僅1020cm；泥漿槽級配料填

16、筑墻d達(dá)300cm；一般混凝土、粘土混凝土防滲墻d一般6080cm左右。槽孔長度L的確定：一般為59米盡量采用較長槽孔，以減少槽孔之間接頭數(shù)目； 一個槽孔最好座落在地質(zhì)條件相差不懸殊的地段上；保證砼澆筑時砼面上升速度不小于2m/h；二.防滲墻的施工插圖二 導(dǎo)向槽 插圖三 防滲墻施工平臺 請看防滲墻施工圖 、三峽防滲帷幕施工 1 造孔前準(zhǔn)備工作 導(dǎo)向槽的作用：控制造孔的方向、支撐上部孔壁。 導(dǎo)向槽的材料：木料、條石、灰拌土、混凝土。 導(dǎo)向槽的尺寸：寬：一般等于或略大于防滲墻的設(shè)計厚度；高：1.52.0m，導(dǎo)向槽底部高程高出地下水位0.5m以上，頂部高程要高于兩側(cè)地面高程。 其他準(zhǔn)備工作 2 泥漿

17、固壁進(jìn)行造孔泥漿固壁原理：如圖泥漿固壁原理圖所示，孔壁任意一點(diǎn)土體P的極限平衡條件為：P1=P2泥漿作用：除固壁作用之外，在造孔中尚有懸浮巖屑和冷卻潤滑鉆頭作用，成墻后滲入孔壁的泥漿和膠結(jié)在孔壁的泥皮還有防滲作用。泥漿制漿土料要求：粘粒含量大于50%，塑性指數(shù)大于20，含砂量小于5%，二氧化硅與三氧化二鋁比值以34為宜。造孔：造孔方法：鉆劈法、鉆抓法、分層鉆進(jìn)造孔機(jī)械：鉆挖機(jī)械和土方機(jī)械 終孔驗(yàn)收：驗(yàn)收項(xiàng)目請看教材清孔換漿：目的：消除回落在孔底的沉渣，換上新鮮泥漿，以保證混凝土和不透水層連接質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)過1h后，孔底淤積厚度不大于10cm，孔內(nèi)泥漿比重不大于1.3g/cm2，粘度不大于30s

18、，含砂量不大于10%。 造孔中，孔內(nèi)泥漿面始終保持在導(dǎo)墻頂面以下3050cm。 3. 成墻：方法：導(dǎo)管提升法。導(dǎo)管布置：可見圖插圖四 導(dǎo)管布置圖導(dǎo)管由若干節(jié)2025cm的鋼管連接，沿槽孔軸線布置，相鄰導(dǎo)管的間距不宜大于3.5m，最大不超過4m，一期槽孔兩端的導(dǎo)管距孔端以1.01.5m為宜，一期槽孔兩端的導(dǎo)管距孔端以0.51.0m為宜，當(dāng)孔底高差大于25cm時，導(dǎo)管中心應(yīng)布置在該導(dǎo)管控制范圍的最低處。導(dǎo)管長等于安設(shè)部位的孔深加上槽孔上部的余高減去導(dǎo)管底與孔底的距離。澆筑混凝土：嚴(yán)格遵循先深后淺的順序（從最深的導(dǎo)管開始，由深到淺一個一個導(dǎo)管依次開澆）必須連續(xù)澆筑（泥漿下無法進(jìn)行冷縫處理），混凝土面上升速度2m/h，混凝土終澆頂面高于設(shè)計高程0.5m。防滲墻混凝土塌落度一般1820cm開澆：下入導(dǎo)注塞，并在導(dǎo)管中灌入適