高喷技术在围堰中的应用

高喷灌浆技术在围堰防渗工程中的应用在甘肃张掖黑河宝瓶河水电站工程围堰防渗墙施工时，对含大漂石、砂砾卵石层、富含小溶洞等复杂地层，采用高压旋喷技术，在较短的时间内完成了近3100m的高喷防渗墙，通过对施工质量的严格控制，提高了成墙效果，达到了基坑防渗要求，保证了坝体基础开挖和坝体施工顺利进行。关键词：浓浆静注 高喷防渗墙 施工难点及对策1 工程简况及气象条件张掖黑河宝瓶河水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河（界河）上的潘家河沟至夹道沟河段内，坝址距上游黄藏寺水电站8.6km。工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，电站总装机容量为112MW，属中型三等工程，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。黑河径流主要由祁连山区降水和融冰化雪补给，年内分配很不均匀，与降水的年内分配特性相应，绝大部分径流集中在汛期69月。一年内的水情变化大致如下：45月为春汛期，69月为河流汛期，1011月为河流退水期，12月次年3月为冬季枯水期。高喷防渗墙主要应用于基坑围堰防渗工程，基坑排水和安全度汛是本工程施工组织的难点和重点，目标是及时给坝体施工提供工作面。主要设计工程量为：上游围堰3000延米，防渗面积为3000m2 ;下游围堰2100延米，防渗面积为2100 m2 .共计5100延米，防渗面积为5100 m2 .上游围堰防渗墙顶高程为2458.0m，底部高程为2434.5m，下游围堰防渗墙顶高程为2460.0m，底部高程为2437.5m。3地质条件及其围堰形式上游围堰附近河段平面展布呈弧形，水流偏向右岸，枯水期河水面宽22.5m，水深23m。左岸2508m高程以下坡度60-70，基岩裸露，岩性为蛇纹岩，在局部坡缓处坡积物零星覆盖，2508m以上为第四系堆积物覆盖，地面坡度20-30。右岸第四系堆积物分布广泛，发育有级阶地，在临河处呈直立土坎状，土坎上部地面坡度40-50，基岩零星出露，岩性主要为蛇纹岩，部分为石英岩。下游围堰位于附近河段顺直，水流湍急，枯水期河水面宽24.5m，水深2.53.5m。左岸高程24512490m为第四系堆积物覆盖，坡度40-55， 其余基岩裸露，岩性为蛇纹岩，坡度60-70。右岸高程2461m以下为崩坡积物，坡度20-25，2461m以上基岩裸露，岩性为蛇纹岩，坡度70-80。4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，同时为检查旋喷喷灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性，在现场采用二重管和三重管法高压旋喷桩施工开始前，在地质条件具有代表性的区段，用选定的配合比进行高压喷射注浆工艺试验。通过试验确定桩距和孔深以及确定浆液性能、喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数，具体试验区布置上游围堰处，试验围井呈三角形布置，孔距1.0m，围井深8m.围井施工完成7d后，对围井进行压水试验，测出围井的渗透系数，并对围井周边及井内的土层进行开挖，观察围井成墙情况。根据对试验成果的分析，防渗效果和成墙厚度均满足设计要求。高压旋喷按围井试验所确定的参数施工。主要施工参数见表：高喷施工参数表名 称技术参数备 注气压力（MPa）0.7流量（m3/min）1.1气嘴个数2浆压力（MPa）35 流量（L/min）70进浆密度（g/cm3）1.5 回浆密度（g/cm3）1.2浆嘴直径(mm)及个数1.9（2）提升速度（cm/min）5旋转速度（r/min）5注：钻孔孔距1.0m，孔底深入岩层0.5m，孔位偏差小于5cm，钻孔偏斜率小于1%.5.高喷施工5.1施工特点宝瓶河水电站围堰高喷防渗墙主要施工特点：覆盖层深厚，高喷钻孔最深达35.0m，施工设备要求高，施工参数不易掌控，钻孔垂直度要求高；河水过流断面小，水流湍急冲力大，围堰填筑体中下部的细小颗粒被冲走，覆盖层中夹含大量超大径孤石、漂石，钻孔困难，钻杆、套管等钻材不易拆卸，喷灌时易发生漏浆现象；覆盖层中孤石、漂石较为密集，灌浆时易于抱管。5.2施工设备根据该工程的施工特点，采用德国KR805-1钻机，通过经济核算未采购原厂的配套钻具，对冲洗头轴接头进行了改装，使原先的左旋螺纹接头变为右旋螺纹接头，与现有钻具配套。由于覆盖层深厚且夹含大量孤石，不适合液动锤钻进，将德国KLEMM钻机改为潜孔锤钻进，重新配制了75钻杆、146套管、DHD340潜孔锤(风动冲击器)、146三偏心钻头，同时由于KR805-1两台钻机的扭矩很大，钻进冲击功大，钻杆和套管接头丝扣极难拆卸，经过试验降低了液压系统压力，并加工了铅丝环，套在两钻杆连接处基本解决了“卸扣”难的问题。由于地层中孤石含量多，钻头磨损快，对钻头进行了改进，在钻头唇部边缘增加了合金块，有效提高了钻头寿命，且在钻孔时不易发生缩径现象。为适应深厚覆盖层高喷灌浆，将高喷台车由单导流器配制成双导流器，并加长了喷杆，改进了喷杆接头工艺，增强了喷杆的强度和刚度，同时为解决抱管的问题在台车提升装置上安装了振动装置。另外为满足施工需要，使用了XL-50旋喷机、ZJB/BP90变频高压注浆泵等深孔高喷灌浆设备。XL-50旋喷机因扭矩大，下入喷杆时可在松软地层中钻进数十米深。ZJB/BP90变频高压注浆泵采用变频电动机作为动力，通过调整电机转速可方便地调控灌浆泵的流量。主要施工设备见表： 主要机械设备表 序号名称规格型号主 要 技 术 指 标单位数量用 途1KLEMM全液压履带式钻机KR805-1（德国）146mm孔径套管跟进台1钻孔2旋喷钻机XL-50提速028m/min转速0250r/min台1喷灌3电动空压机英格索兰650E风压1.20MPa风量18.5m3/min台1钻孔灌浆用风4液压拔管机BQ-40起拔400t台1起拔套管5变频高压注浆泵ZJB/BP90最大压力50Mpa,流量114L/min,功率90kw台1两管法高喷灌浆高压送浆6高速制浆机ZJ400400L搅拌30s转速1300r/min台2制浆7储浆桶自制500L台1储浆8潜水泵2台2制浆站供水9载重汽车5T东风三平柴辆1运输10交流弧焊机BX2-300-1台1焊 接5.3 结构形式与工程布置的特点根据该工程的地质条件（覆盖层中孤石、漂石比较密集），采用高喷灌浆双排孔梅花布置旋喷套接结构形式。双排高喷梅花布置旋喷套接结构形式6.施工难点及对策6.1孔斜率要求高为保证高喷防渗墙的有效搭接，深孔高喷对钻孔精度要求很高，深度小于20m的孔，孔斜率不应大于0.5；孔深大于20m的孔，孔斜率不应大于1。为达到此要求，施工中必须对孔斜进行严格控制，采取的主要措施有：采用重底盘钻机，钻机底架在施工中采用液压调平油缸支撑，使钻机在正常运转过程中始终处于平稳状态；先用水准尺定向后再利用自装的钻机滑架垂直自动测试系统判定垂直度，达到精确定向；采用合理的钻进方法和工艺技术参数，包括采用高强度钻材、加长钻具、控制钻速、不使用弯曲、变形的钻杆等；对于30m以上的钻孔，每510m进行一次孔斜测量，及时了解钻孔轨迹，一旦发现钻孔超偏，尽快采取措施进行处理，对于不易纠偏的钻孔予以报废重新开孔，施工中因孔斜过大报废钻孔5个，钻孔偏斜率一般控制在00.89%。6.2灌浆设备要求高深孔高喷对灌浆机具能力要求高，高喷台车的提升能力和扭矩以及喷杆的刚度必须能够满足施工要求。为增加设备对地层的适应性，采用XL-50旋喷机喷灌，该设备的额定提升能力为35KN，最大扭矩为2000N.m。高喷灌浆使用的喷杆全部采用高强度管材加工，制作成型后采用专用校验平台校验喷杆的垂直度和刚度。6.3施工中质量问题及处理 上下游围堰在围堰中部（截流龙口段）施工中发现的质量问题：钻孔施工过程中有20个孔钻孔时均发现孤石、漂石比较密集，灌浆时有漏浆现象，经分析，漏浆处为围堰填筑体与河床砂卵石层之间的接触面，随着围堰的进占，河面变窄，水流流速增大，细填筑料被水流带走，下部只留下块石，致使接触面有较多渗漏通道。孔内出现严重漏浆，处理措施如下：a降低喷射管提升速度或停止提升；b降低喷浆压力、流量进行原地灌浆；c加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；d向孔内冲填砂、土等堵漏材料。遇到块石架空造成孔内渗漏段时采取了以下措施：a 停止提升，浆液正常送入，旋喷正常进行；b 35min仍不返浆，从孔口回填细砂；c 回填细砂仍无效采取了提升1020cm即停止，在该处喷射5min，继续提升1020cm，直至孔口返浆；d经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后将喷射管下放至原不返浆的最下位置，再次进行正常喷射（复喷）。7质量检查为检查高喷板墙的最终效果，通过2个钻孔高喷防渗墙体取样及钻孔注水试验，得出各地层高喷防渗墙的渗透系数k=i(10-510-7)cm/s，其渗透系数满足了设计要求，从芯样表面看，比较光滑，水泥含量大，且分布均匀，芯样长度多在1025cm之间，砂砾层段，最长芯样为50cm，最短为6cm.水泥桩自上而下比较完整，无断桩现象。证明高喷防渗墙的防渗性能是可靠的，通过上下游水位观测和水质分析，高喷防渗墙起到防渗的作用，为基坑的开挖及坝体的施工提供了保障。8结语宝瓶河水电站围堰防渗墙工程地层复杂、前期无详细地质资料，施工时针对地质情况及时调整施工参数，采用高压旋喷技术顺利完成了围堰防渗墙施工，保证了基坑开挖和坝体施工干地作业，且为以后施工提供了可靠的参数，积累了经验。在卵石层、含有大块漂石砂卵石层施工难度大，且不易成孔。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。对在复杂地质条件下进行高喷防渗墙施工提出以下几点建议：(1)在设备选型方面，必须采用大功率空压机。因压缩空气除起到升扬置换作用外，还起着一个很关键的作用，保证高压水流压力、方向。(2)加大进浆流量，提高浆液浓度，采用二次制浆法，确保浆液浓度的均匀性。(3)在地层较复杂，特别是砂卵石层(含漂石、孤石较多的地层)灌浆宜采用间歇提升法，即每提升1020cm，停5min.同时，加强孔口回转灌浆，确保防渗墙上部质量。(4)对于特殊地层，特别是砂卵石、孤石、溶洞地层，提升速度、进浆量及比重等主要技术参数应根据现场试验而确定。参考文献：1 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范(S)DL/T5200-20042 全国水利水电施工技术信息网 水利水电工程施工手册(第1卷).地基与基础工程(M) 2004年8月第1版 中国电力出版社3 中国水利学会地基与基础工程专业委员会 2006水利水电地基与基础工程技术(C)2006年4月第1版 中国水利水电出版社