高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用.docx

高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用路立仁摘要：新能大山口二级水电厂一期围堰防渗在施工过程中，根据地质条件，采用了高压旋喷技术，从组织施工到防渗使用，大大的缩短了工期，节省了工程投资，为首部枢纽的施工提供了安全保障和进度保障。关键词：围堰施工高压旋喷防渗进度引言水利水电工程建设中，防渗是一项必不可少的施工程序，因此，有塑性混凝土防渗墙、帷幕灌浆、高压旋喷防渗墙等多种防渗形式，其中，高压旋喷防渗墙是利用钻车钻孔至岩石，再利用高喷台车，将水泥浆液按照一定的比例高压旋转喷人钻孔，高压的浆液在高压下，通过地下裂隙慢慢渗入，从而形成连续的防渗墙体，是一种高效、安全、节资的施工方法。一、工程概况1.概况大山口二级水电站工程等别为IV等，工程规模为小1型，主要建筑物等级为4级，次要建筑物为4级，临时性水工建筑物级别为5级。根据大山口水文站资料统计：开都河的冰情多发生在每年的10月下旬至次年3月上旬。大山口水文站多年平均流量为110.45m3s,多年平均径流量34.9义108m30大山口水文站年径流量系列统计参数采用矩法估算，经P-Ill型曲线适线确定。计算结果见表1。表1入库设计年径流成果表适用结果频率均值CvCs5102550759095110.450.211.26155141.6122.4105.893.485.382.22.工程地质条件围堰堰址附近河道宽98m,现代河床宽64.0m,河床高程1348.Om左右。河床漂石分布连续，厚度15.579.0m,中等密实，根据试验成果，天然状态湿密度2.34gcm3,干密度2.31g/cm3,最大干密度2.40g/cm3,最小干密度2.0gcm3,含水率1.5%,比重2.72,相对密度0.81,自然休止角35.1°,渗透系数1.07×10-2cmso下伏基岩岩性为中泥盆统萨阿尔明组下亚组灰岩，灰灰白色，厚层状，弱风化带厚4.5-5.0m,纵波速度Vp=3500-4200ms;微新鲜基岩Vp=5850mso灰岩微风化新鲜基岩颗粒密度为2.70-2.71g/cm3、自然吸水率为0.327.03%、饱和吸水率为0.357.09%、孔隙率1.11-2.59%、烘干后抗压强度61.1-73.5MPa、饱和抗压强度23.1-36.0MPa、软化系数0.38-0.49,烘干后抗剪强度C为1.2-1.8MPa、为46.0-46.5°、浸水后抗剪强度c为0.8-1.OMPa.为42.5-43.5oo3.围堰构造及防渗体设计3. 1围堰构造设计一期围堰构造形式采用土石围堰构造。围堰挡水标准为全年十年一遇洪水，导流设计流量Q=861m3s时，上游堰前水位为1351.59m,下游堰前水位为1349.5m,围堰堰顶高程为1352.50m,堰顶宽为6.0m,最大堰高3.5m,围堰迎水面和背水侧边坡分别为1:1.5及1:1,一期围堰长501.52m,迎水侧采用钢筋石笼护脚、大块石护坡。3.2围堰防渗体设计围堰防渗体0+0000+130段采用高压旋喷防渗墙深入基岩0.5m,0+1300+200段采用悬挂式高压旋喷防渗墙至1340高程，防渗体顶高程与围堰顶高程一致；0+2000+501.52段采用粘土心墙及粘土截水槽防渗，堰前水位1350标准断面高程，实际按河床水流纵坡设定高程以下为粘土截水槽防渗，底高程1340,底宽1.25m,内外坡比1:0.75,堰前水位高程以上为粘土心墙防渗，心墙顶宽1m,内外按1:0.3的坡度向下放大，并与粘土截水槽良好结合；子堰采用构造60Cnl塑性校防渗墙进展防渗。施工期堰基渗水辅助大功率水泵强排水施工。3.3高压旋喷墙工程量见表2序号工程单位一期围堰1高压旋喷墙m23865二.施工工艺流程高喷灌浆防渗墙施工工艺流程见图1o数为W-3.5/7的空压机，其排气压力为O.8-1.Ompa,高喷台车后架上配置一台进展供风O(2)供水：施工生产用水在一期围堰外侧水流中布置3台潜水泵其中一台备用，从开都河中抽水以满足本工程的生产用水。(3)供电及照明：施工用电从业主提供的630KVA变压器接入后自低压侧电线引至各个施工点，施工面安装配电柜，用电设备从配电柜接线用电。根据现场实际情况，为保证夜间场地照明，拟在右岸适当位置设立3.5KW太阳灯作为场地照明，灯架用型钢制作。开挖面选用1.0KW碘鸨灯照明。2 .制浆系统本工程灌浆施工相对较集中，根据施工部位和现场地形，建制施工浆站。制浆站设置在1#-2道路上游处。制浆站采用脚手架管搭设，建筑面积Ioom2。储灰平台用架管铺设，彩钢瓦盖顶。制浆站储灰量需满足3天用量。制浆站布置LSJ7500型高速制浆机一台、JJS-2B低速搅拌机一台。3 .施工排污系统在施工场面排污进展全面规划，开挖排浆沟和集浆池，建设排污系统，互相连通，施工废水、废浆集中统一排放至主排污系统，施工废渣等固相物体运至弃渣场，经沉淀后的浆液通过排污沟或排污泵排到监理指定的地点。四.高压喷射灌浆防渗墙1.根基防渗形式确定(1)高喷灌浆形式确定根据高喷灌浆不同形式特点，旋喷喷射时，喷嘴一面提升一面旋转，形成柱桩凝结体；摆喷喷射时，喷嘴一面提升一面摆动，形成亚铃状凝结体；定喷喷射时，喷嘴一面提升一面喷射，喷射方向始终固定不变，形成板状凝结体。根据新的水工建筑物防渗工程高喷灌浆技术标准规定，定喷适应于粉土、砂土；摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾石和卵碎石地层。结合设计提供地质的描述及工程部所做的地质前期补充勘探：闸坝区河床漂石分布连续，厚度15.519.0m,中等密实，分布的孤石最大粒径为40cm。经综合比较，为满足围堰防渗要求，高喷灌浆形式选用旋喷。(2)高喷灌浆种类确定优缺点分析单管法是利用高压泥浆泵装置，以30MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去，形成的射流冲击破坏土体，同时借助灌浆管的提升或旋转，使浆液与从土体上崩落下来的土粒混合掺搅，凝固后形成凝结体。它的优点是，水灰比易控制，冒浆浪费少，节约能源等。该方法适用于淤泥、流砂等地层。但由于该方法需要高压泵直接压送浆液，形成凝结体的长度柱径或延伸长较小。一般桩径可达0.5-0.9m,板墙体延伸达1.0-2.0m。适用于加固软土根基。二管法是利用两个通道的注浆管，通过在底部侧面的同轴双重喷射，同时喷射出高压浆液和空气两种介质射流冲击破坏土体，即以高压泥浆泵等高压发生装置用30MPa左右压力将浆液从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa0.8MPa的压缩空气，从外喷嘴气嘴中喷出。在高压浆液射流和外圈环绕气流的共同作用下，破坏泥土的能量显著增大，与单管法相比，在一样的压力作用下其形成的凝结体长度可增加一倍左右。适用于加固软土地基及粉土、砂土、砾石、卵碎石等地层的防渗加固。作为在单管和二管法根基上开展起来的三管法，当采用不同的喷射形式时，可在土层中形成各种不同形状的凝结体。三管法由于可用高压水泵直接压送清水，机械不易磨损，可使用较高的压力，形成的凝结体长度较二管法大。在很大程度上提高了施工效率，但须使用高压水泵获得更高的喷射压力，从而因高压水的作用增加了冒浆量，增加了材料消耗。灌浆种类确定根据本工程施工特点、工程规模、施工进度要求，结合单管法、二管法、三管法施工要求、作业条件、存在的优缺点，围堰施工灌浆采用三管法。高压喷射灌浆防渗墙凝结体连接方式确定因凝结体切割式连接是在先期形成的凝结体强度不高时，后期喷射流可以把它冲切割开，形成插入连接；焊接式连接是在先期形成的凝结体强度高，喷射流难以将其切割，在喷射流作用下，将其外表冲刷剥离干净，新的浆液再与之凝结。根据本工程进度要求及施工特点，结合施工区地质情况，高压喷射灌浆防渗墙采用切割式。高压旋喷墙其他参数确实定如下表高喷灌浆施工参数表高喷灌浆确定参数水压力(MPa)3840气压力(MPa)0.60.8流量(L/min)7080喷嘴个2喷嘴个2流量(m3min)0.81.2喷嘴直径mm1.70-1.90环状间隙mm1.01.5浆压力(MPa)0.21.0密度gcm3J1.60(水灰比0.75:1)流量(L/min)65喷嘴个1浆嘴直径mm612回浆密度g/cm321.2转速r/min0.81.0V提升速度V(cmmin)11cm/min2.施工方法2.1造孔测量放线定出孔位和高喷防渗墙中心线，高喷防渗墙采用YGL-100D全液压跟管钻机钻进造孔，下设直径IIOmm的PVC管。钻头对准孔位中心。为保证到达设计要求，钻机就位后必须采用水平尺校核垂直度，钻头直径为150mm。钻孔施工工序放线布孔T钻机就位T钻机找平T开孔、纠斜T钻进、纠斜T终孔T取钻杆T下设PVC管T测斜T终孔验收。钻孔施工钻孔分二序施工，先施工I序孔，再施工Il序孔。相邻孔施工时间间隔不少于24h。 钻孔质量要求：钻机就位、安放在设计的孔位上，管架定位准确、安装平稳，钻孔孔位偏差不大于50mm,钻孔孔径应大于喷射管外径20mm以上，孔深小于30m时，钻孔孔斜率不应超过1%,钻孔有效深度应伸入基岩高程0.5m。 钻孔及钻孔记录：钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返硅情况、钻进速度、钻机运转情况判断地层分层深度，大块石的分布、埋深、粒径及架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度及埋深。钻孔验收：钻孔完毕后，对钻孔孔深、孔斜进展验收，不符合要求的孔要重钻。2.2高喷灌浆施工因一期围堰属临时性工程且围堰根基多布漂石及砾卵石，为保证成墙质量采用柱板式施工布置形式，孔距1.0m,钻孔分两序施工。钻孔采用地质钻机跟管钻入，高压旋喷成墙。其单排孔布孔形式见以以下图57。高喷灌浆分序施工，先施工I序孔，后施工Il序孔。高压水压力采用3840Mpa,空压机风压压力0.60.8MPa;灌浆泵压力为0.21.0mpa,提升速度为IICmmin。图2高压旋喷布孔图(1)高喷灌浆工艺流程台车行走、就位及调试T喷具组装及检查T地面试喷T下喷具T静喷、旋喷提升T孔口注浆、回灌、封孔T高喷台车移位。(2)高喷施工分序：分两序，相邻次序孔施工时间间隔不少于24h。(3)高喷注浆：当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆的流量、压力和旋摆机的旋转速度，使之到达设计值，待孔口返浆比重符合要求后，开场提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。在高喷灌浆过程中，时刻注意检查施工机具运转是否正常，风水浆的流量、压力，进浆、回浆比重及旋转、提升速度等参数是否符合要求。高压喷射灌浆应自下而上进展，灌浆过程中应到达：A高压灌浆设备的额定压力和灌浆量应符合施工图纸要求，并确保管路系统的畅通和密封。B风、水、浆均应连续输送，水泥浆液的高压喷射作业不得停喷或中断。三重管机具试运转时的高压水泵泵压保持38-40MPa,流量7080Lmin;空压机风压保持0.60.8MPa;泥浆泵泵压保持0.21.0MPa,排量65Lmin,同轴喷射。 水泥浆液应进展严格的过滤，防止喷嘴在喷射作业时堵塞。 应按监理人指示定期测试水泥浆液密度，浆液水灰比为0.75:1,其相应浆液密度为1.60gcm3,施工当中浆液密度应保持上述指标时。 因故停喷后重新恢复施工前时，应对中断孔段进展复喷，搭接长度不得小于0.5m,采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射灌浆，并应记录中断深度和时间。 施工过程中，应经常检查泥浆水泵的压力、浆液流量、空压机的风压和风量、钻机转速、提升速度及耗浆量。当出现异常情况时，必须查明原因，及时进展处理。喷射作业完成后，应利用回浆或水泥浆及时进展回灌，直到孔口浆面不下降为止。(4)高喷工艺参数高喷工艺参数如表3所示：表3高喷工艺参数表高喷形式旋动角度转动速度次高压水压缩空气进浆提升速度排量1./min压力MPa排量M3min压力MPa排量1./min压力MPa比重cm/min旋喷360O68778038400.81.20.60.8650.21.01.60112.3特殊情况处理(1)高喷因故中断后立即停顿提升，记录中断深度，并尽快恢复。机械故障要尽力缩短中断时间，假设短时间不能恢复的，提出喷具，用水冲洗干净，待故障处理后，将喷具下入原中断位置以下0.5m继续进展喷射灌浆。(2)高喷过程中喷具出现堵塞时，提出喷具进展处理并记录中断深度。处理完毕后，假设孔深能满足深度要求，下入喷具到中断深度以下0.5m继续进展喷灌作业，不能满足要求的，重新造孔。(3)高喷灌浆过程中，假设孔内发生严重漏浆，可采取以下措施进展处理：孔口不返浆，应立即停顿提升；孔口少量返浆时，应降低提升速度。降低喷射压力、流量，进展原位灌浆。在浆液中掺入速凝剂。加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等。向孔内填入砂、土等堵漏材料。(4)高喷灌浆过程中发生串浆时，应填堵串浆孔，待灌浆孔高喷灌浆完毕后，尽快对串浆孔扫孔，进展高喷灌浆，或继续钻孔。孤石处理在高压旋喷过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下50cm加大旋转速度、放慢提升速度的方法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使柱体连续完整。(6)上游堰肩渗漏在高压旋喷过程中，对上游堰肩部位渗透凝结层可能无法到达的部位，采取加大注浆压力及降低提升速度的方法进展解决。五.高压旋喷防渗墙的效果施工过程中，对前20m进展了外观开挖检查，根据墙体上部开挖情况来看墙体连续性、整体性良好如图3所示；墙体有效直径达1.0m(图4所示)，符合设计要求。施工完成后按标准进展了压水试验，实验全部合格。在一期围堰的后期使用中，防渗效果好，为进水口及泄洪冲沙闸的施工提供了安全保障。图3成墙效果图图4旋喷墙体有效直径0m【参考资料】(1) ?水利水电工程施工组织设计手册？；(2) ?水利水电工程施工组织设计标准？SDJ275-88；(3) ?水利水电工程高压喷射灌浆技术标准7DL/T52002004：(4) ?通用硅酸盐水泥？GB1752007；