高喷防渗墙施工技术在水库围堰工程中的应用

高喷防渗墙施工技术相对简单、进度快、防渗加固性好且造价较混凝土防渗墙低,但对地层敏感性强,一般在壤土层、中密状态的砂土层中成墙质量较好,而对粒径较大的砂卵石层,或者含漂石时,其喷射材料穿透性受阻,浆体扩散半径受限,成墙连续性不易保证。工程结合水工布置,地形地质条件,施工期水位及施工期内不间断输水洞供水的实际情况,设置一道临时围堰,将进水塔和溢洪闸一起围护起来,围堰形式为土石围堰,高压旋喷防渗墙。

崂山水库除险加固工程于二零零九年十月份开工。工程结合水工布置,地形地质条件,施工期水位及施工期内不间断输水洞供水的实际情况,设置一道临时围堰,将进水塔和溢洪闸一起围护起来,围堰形式为土石围堰,高压旋喷防渗墙。

1 工程概况

崂山水库1958年开工兴建,1959年基本建成,至今已运行50年,原设计总库容6044万立方米,是一座以城市生活和工业供水为主,兼有防洪和养殖等综合利用的中型水库。2004年2月山东省水利科学研究院、山东省水利工程质量检测中心站对崂山水库进行了大坝安全鉴定,确定水库为Ⅲ类工程,主要建筑物有大坝,泄洪洞,副坝均为三级建筑物。为使水库防洪标准达到2000年一遇校核洪水标准,消除病害隐患,确保工程安全,特实施了本次崂山水库除险加固工程。

高喷防渗墙主要应用于临时围堰防渗工程,基坑排水和安全度汛是本工程施工组织的难点和重点,目标是为引渠明挖、进水塔以及溢洪闸施工创造条件。

主要设计工程量为:围堰总长度330m,顶高程设计为46.2m,最大堰高14.2m,堰顶宽6m,两侧边坡比均为1:2.0。旋喷墙最小厚度不小于0.40m。围堰石渣填筑8.62万立方米,选喷灌将5196m,孔距1.0m, 分两序孔施工,深入基岩0.5m,顶部至围堰顶部以下0.5m。旋喷墙施工采用76型旋转震动钻机钻孔,灌浆泵灌浆。

2 主要技术参数的确定

为保证高压喷射灌浆施工顺利进行,确保施工质量,同时为检查旋喷灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性,在现场高压喷射注浆作业初期,在地质条件具有代表性的区段,按室内试验选定的配合比进行高压喷射注浆工艺试验。通过试验确定布孔方式、孔深以及喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数。发表论文。

3 施工技术参数及过程控制

3.1 施工技术要求及参数

(1)钻孔孔距1.0m,孔底深入岩层(弱,不透水层)0.5m,孔位偏差小于5cm,钻孔偏斜率小于1%.

(2)浆液采用普通硅酸盐水泥,等级不低于32.5,水灰比为0.5:1--0.8∶1(重量比)。

(3)高压喷射注浆采用三重管法,喷管选用双喷嘴,喷嘴直径1.8mm.高压水压力38~40MPa,流量70~80L/min;压缩气压力0.7~0.8MPa,流量7~8m3/min;浆液压力26~32 MPa,流量70~100L/min,密度大于1.65g/ m3;提升速度5~8cm/min。

(4)渗透系数满足n×10-4 ~n×10-5 cm/s数量级,喷灌成墙有效平均厚度50cm,围堰基底与河床接触部位复喷不少于1min。

(5)主要施工机械设备:高喷台车(CYP型液压式)、清水泵(3DZ-2)、灌浆泵(HB80)、注浆泵(BW-150)、搅拌机、空压机(WF3/6)、76型旋转震动钻机等。

3.2 施工过程方法

(1)布孔与造孔。根据施工方案,利用水准仪、钢尺丈量,放线定位,布置孔位,固定钻机位置,调整钻杆垂直度,校正钻头与孔位的偏差。使用普通76型旋转震动钻机造孔,在遇到大孤石或漂石部位现象时候,泥浆护壁成孔,为保证成孔质量和孔壁稳定,适当调整泥浆浆液,控制浓度和粘度,防止缩径和坍孔。在造孔过程中,作好造孔记录,特别是对孔内岩性描述,确保钻孔入岩深度满足要求。根据记录情况,如钻孔达到设计深度还未进入相对隔水层,需加深钻孔,深入相对隔水层1.0m.成孔后经过验收,立即下套管到孔底,并管口露出工作面20cm,以防坍孔,套管采用φ110mm PVC管。

(2)制浆。搅拌机采用WJG80-1型立式搅拌机,灌浆泵采用HB80型,BW-150型泥浆泵用于回收浆液。水泥采用普通硅酸盐水泥,制浆采用两级搅拌,一级搅拌12min后经过滤放入二级搅拌机,边搅拌边灌浆。发表论文。制浆时严格控制水灰比(0.5~0.8)∶1,浆液比重为1.6~1.7g/cm3 ,经常用比重计法检测浆液浓度,保证浆液浓度、无颗粒、均匀稳定、流动性好。

(3)高喷灌浆。

a高喷灌浆前,先在地面进行1min左右试喷试验,调整好喷射方向,检查水气嘴是否畅通,压力能否满足设计要求,然后,可将喷杆缓慢下到孔底。

b 灌浆准备工作完成后,进行正常喷射。先按规定参数送浆、水、气进行静喷,静喷3min待浆液返出孔口,情况稳定后,进行高喷灌浆。喷射时采用间歇提升法,每提升30cm,停5min.在供浆正常情况下,孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时,应加大进浆浓度或进浆量。

c如在高喷灌浆过程中出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时,查明原因,及时处理。

d高喷灌浆因故中断后恢复施工时,应将喷头下放30cm,采用重叠搭接喷射处理后,方可继续向上提升及喷射注浆,并应记录中断深度和时间。停机超过3h,应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。

e灌浆施工中如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。

(4)回填封孔及清洗管路。高喷灌浆至设计顶部高程后,喷头提出孔口,继续向孔内注入水泥浆,保证孔内浆面高度,保持孔内浆注压力,随沉随补,直到孔口浆液不再下沉为止。采用沿灌浆孔孔口两侧修一条深度100~150cm的沟槽,利用灌浆时的回浆补填周围已喷孔孔口,保证灌浆孔回填及时。

3.3 施工记录

(1)造孔记录内容:孔号、钻孔深度、地质地层情况、入岩深度、施工时间及钻孔过程中出现的特殊情况等,尤其是对岩石地质情况变化的部位、深度应记录清楚,以便灌浆时进行相应的处理。

(2)高喷灌浆记录内容:高喷时间、旋转速度、提升速度以及高喷孔口返浆情况、每孔水泥用量等,同时应将施工时各种设备参数认真记录,并根据现场情况进行具体适当调整。

4 高喷效果及质量检查

随即选取一段围堰开挖3~5m深度,检查成墙效果,墙体连续性较好,大部分成墙厚度达到50~80cm,水泥浆与砂卵石胶结良好,断面外观和混凝土结构一致,需用钻爆拆除。发表论文。在喷孔周围,厚度最小的部位也达到50cm.,在遇到较粗大卵砾石或块石时候,成墙效果略差。

崂山水库临时围堰防渗墙工程轴线较长,前期无详细地质资料,经设计探测,库区水下淤泥深度三米左右,工程采用高压旋喷技术完成了围堰防渗墙施工,保证了引渠顺利开挖和放水洞前端进水塔施工,且为闸门以及泄洪渠道安全施工创造了条件。

在卵石层或含有大块漂石砂卵石层部位施工难度大,成墙效果略差。而遇细沙或小粒径碎石子,钻孔阶段则容易造成塌孔现象,可采用粘土护壁或套管跟进技术。工程实施时通过试验确定适当参数,控制好孔距和施工工艺,严格要求不返浆不提升,提升速度也调整到适当值,基本上能保证施工质量、达到防渗效果。

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