浅基坑砂卵石围堰振冲灌浆防渗技术研究结题验收技术总结

1、水电七局有限公司二分局水电七局有限公司二分局 浅基坑砂卵石围堰气浆振冲注浆防渗 技术研究 2011 年度结题验收技术总结 水电七局二分局 2011 年 11 月 30 日 目 录 1 课题立项背景.1 1.1 应用前景.1 1.2 依托工程概况.2 1.2.1 工程概况 .2 1.2.2 工程地质条件 .2 1.2.3 依托工程施工难点 .2 1.3 课题立项.3 2 课题研究内容及主要技术指标.4 2.1 课题研究内容.4 2.2 课题主要技术指标.4 3 课题研究的总体思路和技术路线.5 4 课题主要研究方法及实施情况.6 4.1 主要研究方法.6 4.2 课题实施情况.6 5 课题研究取

2、得的主要成果.7 5.1 施工原理.7 5.1.1 振冲器原理 .7 5.1.2 施工原理 .7 5.2 施工参数.7 5.2.1 设备选型 .7 5.2.2 孔距 .7 5.2.3 注浆量 .8 5.2.4 注浆压力 .8 5.2.5 气压 .8 5.2.6 振冲器贯入速度及提升速度 .8 5.3 施工工艺及质量控制.8 5.3.1 施工工艺及质量控制 .8 5.3.2 重点难点 .9 6 主要技术创新点及先进性.10 6.1 研究成果的特色.10 6.2 研究成果的先进性、创新性.10 6.3 成果总体水平评价.10 7 经济和社会效益分析.11 7.1 经济效益.11 7.2 社会效益.

3、11 8 推广应用情况及应用效果.12 9 主要结论.13 9.1 进度方面.13 9.2 质量方面.13 10 建议.14 浅基坑砂卵石围堰气浆振冲注浆防渗技术研究 1 1 课题立项背景课题立项背景 1.11.1 应用前景应用前景 近年来，我国水利水电建设快速发展，建设项目的数量和规模达到了前所未有的 水平。小型水利水电枢纽工程也越来越多，而一个水电站项目不论大小，导流是必不 可少的一个重要环节，围堰为其一个重要部分，围堰防渗成功与否直接关系到水电工 程建设的顺利，围堰及围堰防渗工程在水电建设工程中占据重要地位，直接关系到水 电建设工程的进度和投资。围堰防渗施工，根据围堰堰体及堰基覆盖层厚度

4、及地层组 成情况，常用的防渗方法主要有高压喷射灌浆、混凝土防渗墙、粘土芯墙、水泥或粘 土水泥灌浆、自凝灰浆槽、板桩灌注墙、防渗土工膜等。现有各种工艺均较为成熟， 然而都有各自的局限性。 振冲技术已广泛应用于软土地基加固中，随着技术的发展，振冲器的性能也在不 断改进，但在围堰施工中在国内还是首次使用。本工程依托甲米一级水电站枢纽工程， 根据工程实际情况，对围堰防渗施工进行了课题研究，将改造的振冲器用于到了围堰 施工中。 甲米一级水电站围堰基础防渗原方案是采用高喷防渗，该工程围堰分两期施工， 一期围堰设计长度 240m，二期围堰设计长度 180m，围堰堰体及堰基均为砂卵石。由于 本工程围堰顶部至基

5、坑最深处仅 10m，采用高喷防渗方案施工工期较长，材料消耗较大， 水泥浆流失较大，成本较高。根据甲米电站工期和资金情况，特别是首部枢纽一期工 程，由于基坑地质条件差，地基处理工程量比招标文件时增大，采用高喷防渗方法在 工期和资金方面均不能满足项目要求。根据围堰堰基及堰体地层特性，经方案比较及 反复论证，基于振冲法和高压喷射注浆法进行改进，对振冲器进行技术创新改造，形 成的一种新的方法气浆振冲注浆，该方法不但具有振冲法成孔快、对孔壁具有振 密的特点，还具有高压喷射注浆法良好的加固效果；同时，气浆振冲注浆所能达到的 有效桩径均高于振冲法及高压喷射注浆法，从而能够更有效的止水或提供更高的复合 地基承

6、载力，由于振冲器的振动作用，气浆振冲注浆法还可有效的消除地基液化问题； 另外，相对高压喷射注浆法，它在设备、资金、材料投入相对较少，施工成本低，工 序简单易于操作，缩短工期，水泥浆液流失相对较少，在环保上具有明显的优势，对 浅基坑砂卵石围堰防渗较为适合。可为砂卵石防渗及软基基础加固施工探索一条新的 施工技术方法，为类似工程提供借鉴和参考，在软基处理中有广阔的应用前景，具有 良好的社会效益和经济效益。 1.21.2 依托工程概况依托工程概况 1.2.11.2.1 工程概况工程概况 本课题研究依托对象为甲米一级水电站工程，工程位于四川省凉山州盐源县盐塘 河干流甲米河上，取水枢纽位于盐塘河甲米村上游

7、约 5.3km，距县城约 54.7km；厂区 位于桃子乡跨棉村，距盐源县城约 67km，距西昌市区约 220km，盐泸旅游公路沿盐塘 河于电站河对岸通过，交通方便。甲米一级水电站系具日调节功能的引水式电站，电 站装机 312MW，设计水头 90m，设计引用流量 45.45m3/s。电站枢纽建筑物由首部枢 纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。首部枢纽拦河闸坝由泄洪冲沙闸段及左右侧非 溢流坝段组成，拦河闸坝基置于砂卵石地基上，最大坝高 12.49m，坝顶全长 95.72m。 该工程围堰分两期施工，一期围堰设计长度 240m，二期围堰设计长度 180m。围堰 顶宽 3.5m，高度 2m，坡比 1:1。

8、 1.2.21.2.2 工程地质条件工程地质条件 坝基岩层包括覆盖层和基岩两大部分：坝基覆盖层厚 31.435.15m，分 8 个小层， 依次为卵石层，厚 3.856.35m，结构稍密，地基承载力为 0.48Mpa，细砂层，厚 2.163.41m，结构松散稍密，承载力为 0.14MPa0.28Mpa，粘土及粉质粘土层， 厚度 8.9412.67m，棕色，结构松散稍密，渗透系数 1.3810-41.5910- 5cm/s，承载力为 0.125Mpa，粘土夹碎石层，坝址上游有出露，卵石层，该层 地基承载力较高，细砂层，厚度 3.146.55m，含少量卵砾石，稍密，地基承载力较 低，埋深 30 多米

9、。基础宜置于第卵石层上，其下作防渗和地基加固处理。 1.2.31.2.3 依托工程施工难点依托工程施工难点 (1) 振冲施工用于地基加固处理，用于围堰防渗属首次，无任何经验借鉴； (2) 防止出现防渗幕墙在围堰轴线方向及高度方向的不连续，导致幕墙不密闭， 使防渗失败； (3) 强透水情况下快速成槽成墙以及对透水点补漏。 1.31.3 课题立项课题立项 气浆振冲注浆法用于砂卵石围堰防渗在我公司属首次，通过本工程的实施，可以 为我公司在砂卵石围堰采用气浆振冲注浆法防渗施工总结制定出一套完善的施工技术 措施。项目部于 2011 年 5 月中旬向公司提出了关于土石围堰气浆振冲注浆防渗技术 研究的立项申

10、请，公司于 2011 年 6 月批准了我部的立项申请，并与我部签订了相关 的科研合同。 2 2 课题研究内容及主要技术指标课题研究内容及主要技术指标 2.12.1 课题研究内容课题研究内容 课题研究主要内容如下： (1）振冲器设备选型及改造； (2) 气浆振冲注浆施工技术用于围堰防渗的施工工艺，施工技术参数，质量控制 要求； (3) 探索气浆振冲注浆施工技术用于砂卵石围堰防渗的可行性、经济性。 2.22.2 课题主要技术指标课题主要技术指标 根据甲米电站首部枢纽工期及费用相对紧张的状况，经过与业主、监理的协商， 在技术人员的共同努力下，利用振冲法及高压喷射灌浆施工原理，将振冲器进行改造 后用到

11、围堰施工中，形成一种新的方法气浆振冲注浆法。气浆振冲注浆技术代替 高喷防渗施工，具有施工速度快、投资小、工序简单易于操作、降低水泥用量、浆液 损失量少； 施工参数： 钻孔参数：孔径 0.8m，孔距 0.6m，搭接成墙，成墙厚度 0.7m1m，孔深 10m； 灌浆参数：浆液浓度 0.6:11:1，风压力 0.6Mpa， 浆液压力 0.30.5Mpa，灌浆 量 60L140L/分钟； 振冲器正常贯入速度：80100cm/min； 振冲器提升速度：50cm/min； 水泥采用 42.5R 早强水泥。 3 3 课题研究的总体思路和技术路线课题研究的总体思路和技术路线 课题主要从施工技术、施工工艺出发展

12、开研究。 通过现场试验校正有关技术参数，将生产性试验确定的技术参数应用于实际施工 中，通过实际施工修正部分技术参数和施工工艺，从而确定较优的技术参数和施工工 艺、施工方法。 4 4 课题主要研究方法及实施情况课题主要研究方法及实施情况 4.14.1 主要研究方法主要研究方法 课题研究中，注重理论研究、试验与应用研究。注重成果的实用性、可靠性和先 进性，从理论、试验及现场施工实践三个层面开展相关的科技攻关工作。通过理论和 试验研究，为工程施工相关技术参数的选取和施工方法、工艺的决策提供指导依据， 同时通过现场施工实践的检验、反馈和优化，达到进一步完善研究成果的目的。 4.24.2 课题实施情况课

13、题实施情况 完成了课题研究内容和目标考核任务，并及时提交成果资料。 课题成果应用后，依托工程快速、经济的施工完成。 课题研究取得的施工技术，值得在同类工程中推广应用。 依托工程一期围堰（上游、下游、纵向围堰，围堰注浆总长 240m）气浆振冲注浆 法施工 2009 年 12 月 28 日开始，2010 年 1 月 5 日结束，工期 9 天。二期围堰（上游围 堰、下游围堰，围堰注浆总长 180m）气浆振冲注浆施工 2010 年 12 月 1 日开始，2010 年 12 月 17 日结束（12 月 5 日15 日振冲器故障） ，工期 6 天。 5 5 课题研究取得的主要成果课题研究取得的主要成果 5

14、.15.1 施工原理施工原理 5.1.15.1.1 振冲器原理振冲器原理 振冲器由偏心振动体、潜水电动机、射水管总成、上接套、密封垫、减震器、高 压胶管及导向管总成等组成，各部均用螺栓联接成一体。改造后的气液注浆式振冲器 是在原振冲器的内部，增加了压气管总成，并在振冲器端头设置小孔径的出气孔，外 部配置高压胶管与空压机相连。 5.1.25.1.2 施工原理施工原理 施工原理：气浆振冲注浆法是基于振冲法及高压喷射注浆法进行改进后的一种施 工方法，在原有振冲+水的基础上，将水管用于输送浆液，同时增设了空气喷射通道， 即振冲+浆液+气体三相结合进行岩土施工。它是利用气浆振冲器的振动，对原土层进 行扰

15、动，重新组织土颗粒的排列方式，重塑土层结构。在振动过程中，不断喷射空气 流、注入水泥浆，空气流对土体中原有的空隙及裂缝再次加大，形成浆液通道，同时 借助空气流的搅动，使土层中的细小颗粒或腐殖质等在气流及浆液流的浮力作用下， 溢出孔口而排出，并通过浆液与土体间的凝聚作用，使加固土体硬结成具有整体性、 水稳性和一定强度的柱状加固土，与土层组成复合地基以提高土体承载力，相互搭接 成墙以降低土体的渗透性能。 5.25.2 施工参数施工参数 5.2.15.2.1 设备选型设备选型 根据设计地质勘探资料，本工程选用了 ZCQ150 型号的气浆振冲器造孔。 参数 型号 功率 （kw） 成桩直径 （cm） 备

16、注 ZCQ150150 80135 桩径随土层的力学性质而异，力学性能越差，桩 径越大 5.2.25.2.2 孔距孔距 孔径为桩径与两倍搭接长度之差，搭接长度一般取 10cm，由于该种方法首次用于 围堰防渗，故按 0.6m 孔距布置，搭接成槽，成墙厚度 0.7m1m，孔深 10m； 5.2.35.2.3 注浆量注浆量 本工程用于围堰止水，浆液量 60L140L/分钟，浆液浓度 0.6:11:1，采用 42.5R 早强水泥。 5.2.45.2.4 注浆压力注浆压力 由于气浆振冲法利用振冲及喷射气流造孔，浆液填充颗粒空隙，注浆压力相对较 小，浆液压力 0.30.5Mpa。 5.2.55.2.5 气

17、压气压 气浆振冲注浆法喷气压力与地层的力学指标、施工环境及施工要求有关，孔隙率 大，粘聚力较小的地层，较少气压即可吹入充分浆液，反之则需要较大压力，首部枢 纽闸坝基础以下 10m 范围均为砂卵石、粉细沙层，两侧岸坡部位为淤泥质砂土，风压 0.50.8Mpa。 5.2.65.2.6 振冲器贯入速度及提升速度振冲器贯入速度及提升速度 振冲器贯入、提升速度受注浆量、基础地质条件、注浆孔位位置的控制，对于注 浆量大、上部压力大、注浆孔深的部位，可适当加速，由于围堰止水要求高，其提升 速度应小于地基处理。振冲器正常贯入速度：80100cm/min，振冲器提升速度： 3050cm/min。 5.35.3

18、施工工艺及质量控制施工工艺及质量控制 5.3.15.3.1 施工工艺及质量控制施工工艺及质量控制 (1) 清理整平场地、确定注浆轴线，沿轴线开挖宽 1.5m，深 0.6m 基槽，测放孔位， 孔距 60cm，并插签标识； (2) 在振冲器起吊连接管上按 50cm 刻度做好标识，施工机具就位，起吊振冲器对 准孔位，孔位偏差控制在5cm，钻孔的孔斜率控制在 1%以内； (3) 采用高速搅拌机按 0.8:1 拌制水泥浆，并在高速搅拌机出浆口设置滤网，技 术人员对每桶水泥浆测量比重，严格控制水泥浆液浓度； (4) 造孔注浆：启动动力箱，待振冲器运行正常后，开动压浆泵送水泥浆液，使 振冲器徐徐贯入，施工过

19、程中，现场技术人员采用吊锤从正面、侧面测量垂直度，防 止偏斜，待振冲器达到设计孔深后，电流达到 100A，再徐徐提升，至孔口 50cm 时停止 注浆，以保证浆液不溢出孔口。各项施工参数必须每孔观测检查，发现不符合要求的 必须立即纠正，记录每孔水泥用量； (5) 施工过程中，观察围堰内侧渗水情况，如果渗水内含有较浓水泥浆，说明该 部位渗漏点多，空洞大，需放慢钻孔速度，或反复钻进、提升，同时调整加浓该部位 水泥浆液（0.6:1） ，直至围堰内侧渗水逐渐变为清澈、渗水逐渐变小，电流达到 100A，即可向下钻进。对于有架空，涌水基础部位，可抛填袋装水泥、黄土，利用振 冲器巨大的横向集振力集中、快速封堵

20、。 (6) 关闭振冲器，关闭空压机，停止供浆，清洗注浆管。 (7) 为了保证防渗幕墙快速凝结成墙，将原确定采用的 32.5R 普通硅酸盐水泥水 泥改为 42.5R 普通硅酸盐水泥，水泥使用前，需由实验室进行检测试验。 (8) 严格值班制度，每班配置 1 名值班队长、1 名技术员、1 名修理工、1 名电工、 1 名经验丰富的起重机操作手、8 名工人，在施工过程中，技术员须随时对每个孔检查、 记录各项数据，观测渗水情况并记录、拍照，值班队长与起重机操作手的默契配合， 是保证施工进度的关键，同时消除人为操作造成的缺陷，并须做到人停机不停，力争 连续 24 小时作业。 (9) 停工处理：由于停电、设备

21、故障等原因停工后，需对搭接头进行处理。在搭 接头处能在原孔部位钻孔的可继续钻孔，如果不能在该部位钻孔，可在相邻部位重新 钻孔，与已形成幕墙段搭接 1m。 (10) 缺陷处理：围堰防渗幕墙施工完成，由于河道内存在较大孤石、树木等，造 成局部不密闭，可在基坑抽水水位下降后，观察基坑内渗水情况，对明显渗水部位重 新补灌。 5.3.25.3.2 重点难点重点难点 5.3.2.1 防止出现防渗幕墙在围堰轴线方向及高度方向的不连续，导致幕墙不密闭， 使防渗失败； 5.3.2.2 强透水情况下快速成槽成墙以及对透水点补漏。 6 6 主要技术创新点及先进性主要技术创新点及先进性 6.16.1 研究成果的特色研

22、究成果的特色 (1) 本成果围绕围堰防渗施工技术，以甲米一级水电站首部枢纽围堰为背景，基 于振冲法和高压喷射注浆法，对振冲器进行技术创新改进，形成一种新的方法-气 浆振冲注浆法，对现有围堰防渗理论和技术进行完善与发展。 (2) 本成果反映了气浆振冲注浆法施工原理、施工工艺、技术参数等施工关键技 术。 6.26.2 研究成果的先进性、创新性研究成果的先进性、创新性 本成果基于振冲法和高压喷射注浆法进行研究，形成一种新的施工方法。气浆振 冲注浆法具有工序简单易于操作施工速度快的特点；具有投资小、节约水泥用量、减 少浆液损失量，从而降低施工成本的特点。 6.36.3 成果总体水平评价成果总体水平评价 本研究项目以甲米一级水电站首部枢纽一期、二期围堰防渗施工为依托对象，科 研成果已直接应用于围堰防渗的实际施工中，不仅节约了工期，还大大节约施工成本。 首部枢纽工程因地基处理（振冲碎石桩）工程量大幅增加，工程度汛目标难以实现， 围堰采用气浆振冲注浆法代替高压旋喷灌浆防渗，节约了工期，使首部枢纽工程安全 度汛。 7 7 经济和社会效益分析经济和社会效益分析 7.17.1 经济效