高压摆喷灌浆技术在围堰基础防渗处理中的应用

2012-10-24田树申

黑龙江水利科技 2012年1期

田树申

( 中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东118000)

1 概述

锦凌水库工程位于锦州市境内的小凌河干流上，坝址位于锦州市太和区后山河营子村，距锦州市9.5 km，水库总库容8.08 ×108m3。水库任务是以承担锦州市的防洪和供水为主，并兼顾改善地下水环境。工程等别为II 等，工程规模为大(2) 型，锦凌水库枢纽是以土坝为基本坝型的混合坝。

本工程一期围堰主要包括上、下游围堰及纵向围堰，总长度为1 504.2m，其基础防渗处理需沿围堰外部底脚进行灌浆施工，形成防渗墙，以满足基坑的开挖条件以及混凝土坝段的施工，根据前期的地勘资料以及后期的补充勘探表明，此段地质条件极其复杂，且其防渗施工计划工期仅20 d，要在较短的时间内，完成此围堰的基础防渗处理难度极大，结合本工程的具体条件，采用高压摆喷灌浆施工方法，并采用振孔高喷灌浆工艺与钻孔高喷灌浆结合的方法。

2 工程地质

锦凌坝址位于小凌河干流锦州市上游约9.5 km处，村屯距坝址较近，左岸上游600 m为沙河堡，右岸紧临后山河营子。坝址区河谷呈不对称“U”型，左岸较陡，右岸较缓，宽约800 m。河流走向近东西向。两岸为低山，河流左岸为漫滩及一级阶地，右岸为漫滩。

主河床位于坝址区右岸陡坎下。河流左岸漫滩宽约15～350 m，地面高程26.70 ～30.50 m，倾向河床，地形平坦，现为荒地。右岸坝轴线部位紧临陡坎，其上下游均分布漫滩，上游宽约50 ～225 m，地面高程28.75 ～32.99 m，下游宽15～275 m，地面高程26.80 ～28.50 m，均为荒地。

坡洪积物主要分布在坝址区左岸下游的山前阶地上，距坝址较远，以黄褐色黏性土为主。冲洪积物广布于小凌河河谷中，以圆砾层为主，局部层间夹黏土或淤泥透镜体。仅在左岸一级阶地的表层分布有粉土。

坝址区第四系松散地层分布于河谷两岸，左岸河漫滩为单层结构，主要为圆砾层; 一级阶地为双层结构，上覆粉土层，厚约1.7 ～5.0 m，下部主要为圆砾层，最大厚约13.5 m。右岸以圆砾层为主，分布于漫滩上，厚度约4.0 m。坝址区第四系覆盖层中粉土渗透系数5.03 ×10－5cm/s，为弱透水层;圆砾层渗透系数1.42 ×10－1cm/s，为强透水层。

3 施工方案

根据工程目的要求和具体地质条件，结合本工程的具体情况，围堰高喷灌浆施工拟采取高压摆喷灌浆工艺进行施工。结合现场施工条件，将围堰分为几个区段，施工区域内共布设9 台钻孔机械，其中钻灌一体设备为4 台套，钻灌分离设备为5 台套。施工平面布置见图1。

3.1 工艺原理与特点

振孔高喷工艺是利用大功率振动器将高喷管直接振至预定深度( 设计深度) ，使造孔和下管一次完成，结合小孔距，充分利用高压浆射流近喷嘴的高能区切割地层，从而实现快速提升的一种新工艺。其特点是施工不用分序实现重复切割地层，具有高效率、地层适应性强，成墙质量好，节省材料等特点。

钻孔高喷工艺是利用地质钻机先打出高喷孔，成孔后将钻机移向下一钻孔，将钻孔高喷机移到已成孔位置，下入高喷管，进行常规高喷。

图1 摆喷灌浆施工平面布置图

3.2 施工工艺流程

施工工艺包括3个方面:

3.2.1 振孔高喷施工程序

3.2.1.1 振孔摆喷施工程序

振孔摆喷施工程序为:施工准备→确定孔位→高喷机就位→调整喷管垂直度→供气、供浆地面试喷→振动成孔至设计深度→摆提升喷射至设计高程→摆喷结束提出喷管→进入下一流程。

3.2.1.2 振孔摆喷工艺分解图

振孔摆喷工艺分解图见图2。

图2 振孔摆喷工艺分解图

3.2.1.3 振孔摆喷工艺流程图

振孔摆喷工艺流程图见图3。

图3 振孔施(摆)喷工艺流程图

3.2.2 钻孔高喷施工程序

1) 钻孔高喷施工程序为:施工准备→确定孔位→钻机就位→钻孔完成后移出→钻孔高喷机就位→调整喷管垂直度→供气、供浆地面试喷→下至设计深度→提升喷射至设计高程→高喷结束提出喷管→进入下一流程。

2) 钻孔高喷工艺流程图见图4。

图4 钻孔高喷工艺流程图

3.2.3 摆喷连接方式示意图

摆喷连接方式见图5。

图5 摆喷灌浆连接方式示意图

3.3 施工技术参数

高喷防渗墙工程现场施工采用的施工参数为:

孔距:振孔高喷为0.8 m; 钻孔高喷为1.2 m; 孔斜率: ≤1%;孔位偏差: ±3 cm; 孔深: 入岩≥0.5 m; 提升速度: 振孔高喷为20 ～25 cm/min; 钻孔高喷为8 ～15 cm/min; 浆压:30～35 MPa; 浆量: 70 L/min; 风压: 0.4 MPa; 风量: 2 ～6 m3/min;浆液比重:1.35 ～1.45 g/cm3( 采用42.5 普通硅酸盐水泥) ;摆角:20° ～30°;摆动次数:20 ～25 次/min。

3.4 施工过程控制

3.4.1 振孔高喷施工质量控制

1) 孔的定位:由施工技术人员进行放样，做好标记和编号。施工中操作人员准确定位，定位误差≤3 cm。当班质检员检查合格确认后，方进入下道工序。

2) 振孔高喷机就位时，由操作人员用水平铅锤校准垂直度，并经质检人员检查满足要求后，稳定高喷机。

3) 调整喷管垂直度: 利用水平铅锤调整高喷管垂直度，确保铅锤在圆环内。经过两次检测以后，即满足振孔高喷灌浆施工的偏斜控制要求。

4) 成孔前，进行地面试喷，各项技术指标达到要求后，调低气、浆压力参数后将高喷管下振至孔底。

5) 高喷头下振至孔底后，将浆、气参数调到设计值，待浆液返出孔口后，按设计参数进行高喷灌浆。

6) 为确保防渗墙底线进入岩石并嵌接良好，在振孔过程中详细观察机械的振动状况，并记录入岩深度，达到入岩0.5 m以上后终孔。

7) 详细记录孔号、孔深、地层变化等特殊情况及其处理措施。

8) 提升喷射注浆:按照试验参数自下而上按规定速度提升到即定防渗墙顶高程后，调低高喷参数并快速提升到地面。

9) 振孔高喷灌浆原则上全孔连续作业，施工有间断的孔段，需进行复喷，搭接长度≥0.5 m，复喷工作在技术人员指导下进行。

3.4.2 钻孔高喷施工质量控制

1) 确定施工轴线、布孔: 按照设计图纸中提供的轴线位置，测量放样再用钢尺往返丈量排孔，保证孔位偏差＜3 cm，以保证施工轴线的精度。

2) 钻孔施工:①采用地质钻机钻孔，泥浆护壁，钻孔直径Ф108 mm，钻至超设计孔深0.3 ～0.5 m。②钻孔前由技术人员负责先核对孔位，调平钻机，校正钻机立轴垂直度，确保孔位偏差≤3 cm。③钻进过程中，还应随时校正立轴垂直度，避免钻机由于震动产生倾斜变形，以保证孔斜率＜1%。④为了保证孔深达到要求，每一个施工中的钻孔最后一根钻杆下到孔深后，必须由当班质检验员进行钻孔验收后方可终孔，并做好详细记录。⑤钻进暂停或终孔待喷时，孔口应加以保护。若时间过长，应采取措施防止塌孔。⑥钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情况及其处理措施。

3) 下喷射管:①检查机械运行情况，检查各种管路畅通情况，合格后下喷浆管，为防止下管过程中堵塞喷嘴，可将喷嘴包扎。②如遇塌孔喷射管下不到孔底时，应提出喷射管，用钻机钻到孔底后再重新下喷射管。

4) 摆喷提升:①当喷头下至设计深度，输入水泥浆液和压缩空气，按设计参数进行原位喷射，待浆压和风压达到设计值，且孔口返浆后，按设计提升速度、摆动进行喷浆作业，直至达到即定防渗墙顶高程后，调低高喷参数并快速提升到地面。喷灌结束提出喷管后，及时冲洗管路，使管内、机内不留水泥残液，以避免水泥浆硬化堵塞管路，影响下个孔的喷灌质量。②高喷灌浆过程中，需中途拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度≥0.2 m。

3.4.3 其他高喷施工质量控制

1) 当提升摆喷灌过程中出现压力骤升或突降、孔口回浆浓度或回浆量异常现象时，及时查明原因，妥善处理，并报告监理工程师。

2) 高喷灌浆过程中异常现象，采取以下措施处理: ①孔口不返浆时，立即停止提升，加大进浆量和风压;孔口少量返浆时，降低提升速度。②孔口返浆浓度过大时，降低浆液浓度或在孔口增加补偿稀释水管并控制流量，避免高喷塌孔、埋管事故发生。③供浆正常的情况下孔口回浆密度变小、回浆量增大，降低风压并加大浆液密度或进浆量。若孔口冒浆量过大，可通过下列措施解决: a. 高喷射压力; b. 适当缩小喷嘴孔径;c. 提升速度适当加快。

3) 高喷灌浆结束后，利用回浆或水泥浆及时回灌，直到孔口浆面不下降为止。

4) 施工过程中准确记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料利用量、异常现象及处理情况，检查各项施工参数是否符合即定技术参数。

5) 浆量、浆压、风压、风量等其它高喷参数，用专职记录员观测记录。

6) 高喷灌浆施工过程中经常观察回浆情况，采取措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成地层劈裂和地面抬动。

7) 经常检查、准确判断浆嘴、气嘴完好状态，出现异常现象立即处理。

3.5 特殊情况处理

1) 施工中及时观察，准确判断浆嘴、气嘴畅通情况:当浆嘴、气嘴堵塞后，停止喷射加大注浆压力、降低水泥浆浓度、上下反复快速移动喷头等手段，力争通开，而后进行搭接长度＞0.5 m的复灌施工。在每一孔振孔施工之前应进行喷嘴完好状态的检验，出现异常的喷嘴进行更换或处理。

2) 供浆正常的情况下孔口密度小且不能满足设计要求时，加大进浆密度或进浆量。

3) 孔口不返浆时，立即停止提升，加大进浆量和风压，并降低提升速度;孔口少量返浆时，降低提升速度。

4) 停机超过3 h时，对泵体输浆管路进行清洗后方继续施工。

5) 供浆正常的情况下孔口回浆密度变小、回浆量增大，降低风压并加大浆液密度或进浆量。若孔口返浆量过大，通常是有效喷射范围与注浆量不相适应有关，可通过下列措施解决:①提高喷射压力。②适当缩小喷嘴孔径。③提升速度适当加快。

6) 高喷灌浆因故中断恢复施工时，进行复喷，搭接长度≥0.5 m，如中断时间超过水泥终凝时间，需在中断部位上下各1 m范围内进行补孔补喷。

4 工程质量检查

4.1 开挖取样检查

工程施工结束中，2009－09－29 在现场由业主、监理指定的桩号即0 +156.40 ～0 +163.60、0 +413.60 ～0 +417.60、0 +989.20 ～0 +994.00、1 +115.40 ～1 +117.80 共4 处分别进行了1#探坑、2#探坑、3#探坑和4#探坑的开挖检查。从检查的情况来看: 墙体连续完整，水泥结石体坚实，墙面不规则，墙体厚度满足设计要求。

同时在2#检测坑和3#检测坑的墙体上各取一组试样进行抗压强度及渗透系数试验，其28 d抗压强度平均值分别为5.8 MPa，渗透系数平均值分别为4.5 ×10－8cm/s，满足设计要求。