江邊水電站高壓旋噴防滲墻施工技術

董文超 王金鳳 楊建春

在水電建設中,高壓旋噴灌漿主要應用于壩基防滲、圍堰和松散底層的防滲封堵、截替流及地下工程缺陷的修補等。實踐表明,本法對第四紀沖(淤)積層、殘積層以及人工填土等軟弱土層的地基處理效果良好。高壓旋噴灌漿方法有:單管、兩管、三管和多管法。本工程采用兩管法,即漿液和壓縮空氣通過具有兩個通道的噴射管,在噴射底部側面的同軸雙重噴射嘴中同時噴射出高壓漿液和空氣兩種射流沖擊破壞土體,同時完成置換和填充。

1 工程概況及地質條件

江邊水電站一期導流明渠左導墻及主河床上下游側圍堰采用高壓旋噴防滲墻,高壓旋噴鉆孔 285個,共7 489延米,高壓旋噴灌漿5 415延米,計劃工期為6個月。高壓旋噴灌漿頂部高程為1 773 m～1 776 m,因高噴時段處于初汛和主汛期,高噴平臺最終定為 1 780 m,起噴高程為1 754 m,終噴高程為1 773 m～1 776 m,最大高度為22 m。根據前期地質勘探資料及鉆孔過程中對地層的分析,出露地層主要為第四系沖洪積、沖湖積、崩坡積地層和二疊系下統甲黃溝群。高噴軸線附近范圍覆蓋層自上而下大體可分為三層:①1 780 m～1 772 m層為砂質粉土,結構中密～密實,以密實為主,粉砂的含量較高,局部由于粉砂集中形成透鏡體(③-2粉砂透鏡體),并夾有厚度變化較大的③-1粉質黏土;②1 772 m～1 756 m 層為漂(塊)卵(碎)石層,該層屬強透水層;③1 756 m以下為卵(碎)砂礫層,以砂礫為主,含少量卵(碎)石,局部砂礫成分不均勻,結構密實,但未膠結。

2 高壓旋噴試驗確定技術參數

2.1 試驗目的

通過鉆孔試驗進一步確定鉆機鉆進速度,了解該部位地層巖性分布、地下水位線等地質條件。通過灌漿試驗初步確定適合本工程地質特性的合理的單孔有效噴射范圍,灌漿壓力,漿氣流量,漿液比重,噴射管提升、旋轉速度以及各巖層段吸漿量等參數。在確保高壓旋噴墻施工質量的前提下,降低漿液的流失浪費。

2.2 試驗方案

根據一期導流工程混凝土施工進度及澆筑順序安排,在左導墻8號塊高噴軸線位置,選取149號～153號孔作為試驗段,段長3.2 m,鉆孔灌漿采取分三序施工:Ⅰ序孔為149號、153號,Ⅱ序孔為151號,Ⅲ序孔為150號、152號。

試驗孔選擇在兩孔接觸部位,鉆孔采用YGL-100多功能全液壓動力頭履帶工程鉆機,鉆孔直徑為130,鉆桿直徑為 91,套管內徑為100,采取分段鉆孔注水,按單點法壓水試驗[2]計算每段透水率,設計允許透水率 q≤5 Lu。

其中,q為試段透水率;Lu;Q為壓入流量,L/min;P為作用在試段內的全壓力,MPa;L為試驗段長度,m;r為試驗段套管內徑,m;h為試驗段內液面每分鐘下降高度,m(現場測定)。

2.3 試驗成果

在149號～153號試驗段孔施工完15 d后,采用地質鉆機鉆檢查孔進行壓水試驗,檢查孔布置在相鄰兩孔相鄰部位,每個檢查孔按5 m一段進行分段壓水試驗檢查,以確定高噴灌漿形成墻體的防滲性能,檢查結果見表1。

表1 注水試驗檢查結果 Lu

2.4 施工參數確定

本工程高壓旋噴灌漿試驗經現場監理工程師和專業設計人員確認后,當鉆孔間距為80 cm時,采用雙管法灌漿,相應施工參數見表2。

表2 高壓旋噴灌漿施工參數

3 高壓旋噴防滲墻施工

3.1 施工準備

施工場地的平整:施工前對高噴軸線范圍內的施工場地進行平整,清除外露的孤石,對低洼部位進行回填壓實,以利于設備的就位、擺放平穩,也為后期控制鉆孔孔斜提供了先決條件。

測量放樣定孔位:根據設計藍圖用全站儀確定高噴軸線各特征點(圓弧段每間隔10 m增設一加密點)的樁號、高程,并用木樁固定保護好,再在兩特征點中間采用鋼尺按時間布孔間距定點。

風水電的供應:鉆孔供風采用容積流量為12 m3/min,排氣壓力為1.3 MPa的LGY-12/13G型移動式風冷螺桿空壓機;灌漿供風采用容積流量為6 m3/min,排氣壓力為0.7 MPa的電動空壓機;施工用水采用IS65-50-160型抽水機直接從九龍河抽取;施工用電考慮鉆孔、高噴灌漿兩套設備同時運行用電負荷約700 kW,電源從右岸營區10/0.4 kV變壓器引接,施工現場配備專用配電柜。

供漿系統:在高噴軸線靠河床側較寬敞部位用腳手鋼管搭建臨時倉庫(面積約160 m2)作為灌漿工作站,四周及頂部用彩條布圍護。制漿站內設水泥倉庫(可存放水泥40 t)和灰臺以及灌漿泵、空壓機、儲氣罐等灌漿設備。

排水、排污系統:為提倡安全文明施工,對高噴灌漿產生的廢水、廢漿采取集中引排處理,在高噴平臺靠河床側設置沉淀池,體積約10 m3。待漿液沉淀后將表層清水引排至九龍河,沉淀泥渣挖運至指定地點。

設備調試檢測:1)調整、檢查漿閥、水閥、氣閥是否漏漿、漏氣、漏水,如有異常現象,立即排除處理。2)檢查水、氣、漿液管路是否暢通、老化,及時更換,保障各條管路暢通無阻。

3.2 鉆孔

根據本工程設計提供的地質特性,鉆孔采取分三序施工,以利于基礎的穩定,并減少因周邊孔鉆進時對相鄰孔位產生振動,造成塌孔現象。鉆機就位時,保證鉆機平穩、牢固,并由操作人員用水平尺校準鉆機垂直度。鉆孔時應根據不同地層地質條件,給予適當的給進壓力,不能盲目追求進尺,且隨時注意孔口上返巖屑情況,防止因巖屑產生過多上返不及時,造成套管及鉆桿卡死現象,造成廢孔,影響鉆孔效率。

3.3 成孔護壁

按照圖紙設計要求鉆孔至超出設計孔深以下0.5 m,鉆桿提起分節拆除,鉆機移位,下入φ 90 PVC護壁套管,前期因就近市場未有配套PVC,致使購買的PVC管管徑偏大下放不到位,后來采取將已購買的PVC管用刀片抽槽,再用塑膠布整體包裹的方法縮小管徑,每節連接采用塑膠布纏緊固定。PVC套管下放到位后,采用50 t油壓拔管機起拔套管,拔管時應緩慢進行,并對PVC施加向下壓力,以免起拔過程將PVC管提起造成底部塌孔,PVC套管難以就位造成后期掃孔處理。

3.4 高壓旋噴灌漿

本工程高壓旋噴灌漿采取兩管法(漿+氣),起噴前在地面類似地層做試噴試驗,試噴結束后,將噴嘴周圍用塑膠布包裹纏繞,以防止下放過程中細砂粒堵塞噴嘴,影響噴射效果,嚴重時引起爆管。本工程中采用的高平臺車桅桿最大高度為18 m,設計最大孔深為26 m(含覆蓋層),噴射管分兩節絲扣連接下放至設計孔底。在噴灌過程中,當噴射管提升到最大高度后,將下一節噴射管卸掉,在上一節底端安裝噴頭,下放至已噴頂端以下0.5 m起噴。

4 特殊情況處理

4.1 PVC套管下放不到位處理

PVC管下放過程中受地下水浮力及孔內巖屑、孔底返砂的阻礙致使PVC管下放困難,此時可采取將水管下放孔內進行循環沖洗,起到將孔內巖屑上返、稀釋流砂的作用,同時將PVC管向下施壓下放。若還下放不到位,做掃孔處理。

4.2 噴射管下放不到位、卡管處理

若出現噴射管下放不到位時,要反復提升、下放噴射管,并旋轉噴管,加大供風流量,使得孔內石屑上返,從而使噴射管下放至設計孔底高程;對于松散砂質地層噴射過程中,在高速射流切割作業下極易使靠近噴頭上部砂質攪動坍塌,使得漿液阻塞無法上返,將噴射管卡死。

4.3 不返漿處理

1)向孔內填入砂、土等堵漏材料;2)加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿等;3)在漿液中摻入速凝劑;4)降低噴射壓力,進行原位灌漿。本工程中對孔口不返漿采取復噴處理,最大復噴高度為15.4 m,最多復噴次數為3次。

5 施工過程質量控制

1)孔深、孔斜控制。鉆機就位前應將場地進行平整,鉆機就位后調整機身平整,用自帶測斜系統、水平尺或鉛錘吊線等措施對鉆桿進行校準,鉆桿每鉆進5 m測量機體、立軸垂直一次,保證鉆桿垂直鉆進、減小偏斜率,孔深的測量可根據每節鉆桿的長度進行跟蹤記錄。2)漿、氣控制。施工過程中,對每池漿液濃度用比重計進行測量,使其滿足規范及本工程項目所確定的工藝參數要求,并根據漿池容量確定水灰比(量化),以利于漿液濃度的控制。對于吸漿量大的區段在規范允許范圍內可適當增加漿液的比重,在供漿泵的出口端安設漿液流量表、壓力表,以便于對漿液流量及壓力的控制、調整。3)提升、旋轉速度控制。應根據各地層段的地質情況及漿液返漿情況,及時按照工藝參數對噴射管提升、旋轉速度進行調整,在鉆孔過程中需要詳細記錄各段地層變化情況,以便有效控制高壓旋噴防滲墻的施工質量。

6 結語

高壓旋噴防滲墻的鉆孔、灌漿應根據工程本身所處的地層地質條件,通過試驗確定合理的施工技術參數,對于特殊情況的處理,按照規范規定處理的同時,靈活多變,各種方法相結合,綜合工期、成本分析,選擇適合工程自身切實可行的施工技術,為類似工程高壓旋噴灌漿施工提供參考依據。

[1] 水利水電工程施工手冊·地基與基礎工程[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2] DL/T 5200-2004,水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范[S].

[3] 陳嘉福.高壓旋噴樁技術及其質量控制指標探討[DB/OL].http://www.studa.net/Constructs/090719/15411027./html.

[4] 李相然,趙春富,高明久.高噴灌漿技術在卵礫石層地下水庫構筑中的應用[J].水利學報,2003(3):80-85.