乌金峡水电站围堰高喷施工综述.doc

乌金峡水电站围堰高喷防渗墙施工综述摘 要黄河乌金峡水电站二期围堰高喷防渗墙是国内已知运用高喷工艺深度最大、作用水头最高、运行时间最长的高风险防渗项目。该工程采用潜孔钻进、下设PVC管成孔，“两管法”与“三管法”相结合的喷浆工艺。由于施工中采用了适当的施工方法和先进的机具，灵活运用了各种技术手段；因而成功地解决了巨厚粉细砂层成孔及深孔喷浆等难题，满足了深厚覆盖层高喷注浆成墙的要求。关键词 乌金峡水电站 二期围堰 高喷防渗墙 施工 概况1.1 工程概况乌金峡电站位于黄河上游，围堰枯水期河水位高程1423.6m。围堰左岸为泄洪闸右导墙，透水性极微；右岸为I级阶地，砂砾石层，基岩地形起伏较大；河床部位为人工杂填砂砾石、冲积砂卵砾石层及淤砂层所覆盖，最大厚度45.4m，从堰顶起算最大厚度57.0m。其中人工杂填砂砾石最大厚度12m，主要分布在坝右0+0.00+165m段；砂砾石最大厚度36.9m，从堰顶起算47.9m，其间夹有薄层状及透镜体粉细砂并零星分布有孤石及块石，层位无规律；砂层最大厚度12.7m，主要分布在河床的右下角基岩与砂砾石层之间。其下为加里东期花岗岩与白垩系紫红色、灰绿色砂岩及粘土岩，以断层的形式接触。堰基覆盖层透水率大，需要进行防渗处理。左右堰头采用高喷防渗墙方案，最大孔深48.0m，孔深大于35m的孔占工程总孔数的67%。1.2 完成工程量本项目完成工程量见表1。表1 高喷防渗墙主要工程量清单项目编号项目名称孔数（个）工程量（m）耗灰量（t）单耗（t/m）1高喷钻孔2979098.00/2高喷注浆2977379.207333.320.992 设计要求 （1）对于孔深大于20m的地段，采用两排旋喷孔套接，孔距均为0.8m、排距0.7m。下游排全孔喷射注浆；上游排孔深25m以上的孔沿孔底自下而上喷射注浆至孔深20m处，孔深2025m的孔喷射长度不小于5m；WG下-2-40WG下-2-57孔地段地层中孤石含量较高，此部分孔沿孔底自下而上喷射注浆至孔深5m处。（2）孔深小于20m地段采用单排旋喷防渗，孔距0.8m。（3）要求墙底嵌入基岩至少0.8m。 （4）高喷墙墙体单桩桩径不小于1.1m,双排孔防渗墙厚度不小于1.4m。（5）墙体渗透系数K 510-5cm/s，抗压强度R28=3.012.0Mpa。（6）高喷防渗墙孔位布置示意图见图1。图1 高喷防渗墙孔位布置示意图3 工程施工3.1 施工程序本标段的高喷围堰防渗工程分两排施工，先施工下游排，再施工上游排；每排分两序施工，先施工序，再施工序。序孔喷浆与序孔间隔时间不小于48小时。单孔施工工艺流程：钻孔下注浆管旋喷提升成墙。3.2 钻孔施工高喷钻孔采用全液压工程钻机冲击回转跟管钻进的方法施工，选用可冲击回转的跟管钻具将146mm钢套管直接打入至地层内成孔。终孔后拔出跟管钻具后向套管内下入110mm的PVC管、拔出套管即完成钻孔工作。设备的选择：根据本工程砂卵石以及巨厚粉细砂层的地质条件，选用了比较先进的全液压动力头冲击回转钻机，如德国克莱姆301、401型钻机、意大利SM400型钻机、国产阿特拉斯MZ200型钻机、上海双帆双动力头1200型钻机等。实际施工表明，上述设备基本满足了施工要求。3.3 旋喷注浆施工3.3.1 施工方法及主要参数高喷防渗墙采用连锁旋喷桩柱型式，单桩采用“二管法”施工，主要施工参数见表2。表2 高压喷射注浆参数一览表气浆提升速度cm/min旋转速速r/min压力MPa流量m3/min喷嘴个数压力MPa流量L/min进浆密度g/cm3回浆密度g/cm3喷嘴孔径mm0.50.70.81.223540701001.41.51.31.92.4(2个)6810注：孔深小于20m时，提升速度为8 cm/min；孔深大于20m时，提升速度为6 cm/min。3.3.2 主要工艺与技术措施1） 地面试喷：钻孔验收、高喷台车就位后，为了直观检查高压喷射系统的性能，首先应进行地面试喷，检查各项参数值是否满足要求。2) 开喷：喷管下至预定深度后，水泥浆液拌制完毕，即可供浆、供风开喷。待各压力和流量参数均达到要求，且孔口已返出浆液时，即可按既定的旋转、提升速度进行喷射注浆。3) 高喷注浆全孔一次连续成孔。中途若因拆卸喷管发生停顿，复喷长度不小于0.2m。4 ) 装、卸喷管时，采取密封措施，并加快装卸速度，以防止喷嘴堵塞。5) 在高喷注浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常、不返浆等情况时，查明原因后及时进行处理。6)当孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。在富水地层，宜适当减小风量或降低风压。7)发生串浆时，首先填堵被串孔，继续串浆孔的高喷注浆；待其结束后，尽快进行被串孔的扫孔、喷射或继续钻进。8) 高喷注浆因故中断恢复施工时，复喷注浆长度不少于0.5；停机超过3小时应对泵体和输浆管路进行彻底清洗后方可继续施工。9) 高喷注浆结束后，利用回浆或新制浆液对已完成孔及时回灌，直至浆液面不再下降。10)施工中如实记录高喷注浆的各项参数、材料用量、异常情况及处理方法等。3.4浆液高喷注浆采用纯水泥浆，水泥类型为P.O32.5普通硅酸盐水泥，要求质量符合GB175的规定。 浆液比重要求为1.41.5(水灰比为1.33:11:1)，采用G-200双桶高速搅拌机搅拌，每150L浆液加水量为117L，水泥加量为100Kg，制浆密度控制在1.45g/cm3左右。浆液拌制时间不小于30s，浆液自制成至用完不超过4h，当浆液存放时间超过有效时间时，按废浆处理。浆液过筛使用，要定时检测其密度（每间隔2030min），并及时填入记录表格中。3.5 高喷注浆施工质量控制措施（1）提升速度误差不超过5mmmin；旋转速度误差不超过1次min；（2）在制浆站旁设置现场浆液试验室，按规定的频次检测进浆和回浆的密度和温度，并作记录；（3）对所进水泥按批号分开堆放，按先后顺序分批使用；(4) 水泥每400t取样化验一次，检测水泥安定性和强度指标，不合格的水泥严禁使用；（5）准确统计每一个孔的水泥用量，每20个水泥袋捆成一捆；（6）喷浆过程中对冒浆情况、漏浆位置、深度、时间等作详细记录；（7）终喷后用比重1.71.75浆液充填喷孔，直到孔口浆面不再下降；严禁使用含有粘土或泥浆的回浆进行回灌；（8）做好机房和输浆管路的防寒保温工作，使浆液温度保持在540。4 特殊情况处理4.1 孤石处理由于地层中存在孤石，跟管钻进速度会逐渐变慢，套管越卡越紧，最终难以成孔；即使成孔，套管也难以拔出。针对这种情况，采取了钻孔爆破法进行处理。在钻进过程中，遇到孤石时，停止偏心跟管钻进，采用全断面钻头钻进。钻穿孤石后，在孤石钻孔内下入炸药进行爆破。孤石爆破后，继续偏心跟管钻进。从施工情况看，钻孔爆破法是行之有效的。4.2 粉细砂层处理在围堰河床中部及右侧部位钻孔需穿过埋深1830m、厚度为1012m的粉细砂层，潜孔锤跟管钻进成孔非常困难，常出现冲击器堵塞和套管被细砂抱死等事故。针对这种情况，采取了下列措施，取得了明显效果。(1) 在停止钻进前，用压缩空气冲洗孔内岩屑和细砂，停风要慢，避免突然停风形成负压，使细砂急骤上返；(2)加快起、下钻杆和套管等辅助工作速度；(3)在起、下钻杆和套管的过程中向钻孔内注水。4.3 漏浆处理本标段围堰高喷注浆施工存在较大的渗漏现象，第一排I序孔几乎全不返浆，经分析漏浆主要发生在堰体和堰体与原始地层接触部位。漏浆时采取了以下措施进行处理：(1)降低喷射管提升速度或停止提升；(2)降低喷浆压力、流量进行原地注浆；(3)加大浆液密度。5 施工经验通过本工程施工实践，对高水头条件下进行大深度高喷注浆施工总结了几点经验：（1）钻孔必须选择与地层相适应的施工机具。砂卵石层中应采用风动潜孔跟管钻进技术，不宜采用顶驱式跟管钻进。深孔钻进必须使用高质量的护壁套管，并及时检查丝扣。在进行深孔钻进时，随着钻孔深度的增加，套管外壁所承受的摩阻力及管体底部受到的冲击力也随之增大，若套管质量不好，在孔内发生脱丝及断管的机率也会增大，将极大影响成孔效率。（2）在砂卵石层进行高喷施工应采用PVC管护壁工艺。PVC管护壁效果好，但选要注意材质和管径的选择。对PVC管的要求是：即能起到护壁作用，使喷管能顺利下到设计深度，又能在高压射流的强力冲击作用下瞬间破碎。若PVC管不能瞬间破碎，将严重影响喷射注浆质量；若管径过小，则喷管难以顺利下设，且极易破坏PVC管；若管径过大，PVC管在拔套管过程会被一起带出。（3）高喷施工深度不宜超过40m。随着钻孔深度的增加，施工机具耗损成倍增加，容易发生钻具、套管断裂等事故，即使成孔，喷浆过程也经常发生抱管事故，喷浆质量难以保证。施工成本过高，施工单位往往难以承受。（4）对于下设PVC管的高喷孔，若地层漏失严重不返浆，采用静喷、降低提速等常规处理措施不见效时，无法进行填料堵漏，合适的堵漏方法尚待探索。6 结束语本工程地质条件复杂，高喷处理深度超常规，施工难度极大；但通过加大施工机具投入，改进施工方法，不断摸索，不断总结施工经验，以最大的努力完成了施工任务。从目前基坑抽水情况来看，高喷处理达到了预期防渗效果。但高喷防渗墙在全水头下运行时间长达2年以上，是否成功尚待基坑开挖到基岩面后才能下定论。本工程的施工经验对今后复杂地层中的大深度高喷防渗墙施工有一定借鉴作用。