高喷灌浆技术在卵砾石层地下水库构筑中的应用(1)

1、    高喷灌浆技术在卵砾石层地下水库构筑中的应用(1)    以烟台市夹河地下水库工程为例，采 用高喷灌浆技术的半圆相向对喷和双排摆喷菱形结构的新的施工方案，成功地在夹河卵砾石 层中构筑了地下水库截渗坝工程。在分析场地水文地质工程地质条件的基础上，研究了 地下水库截渗坝的结构形式与工程布置，探讨了施工工艺和质量控制问题。 关键词：高喷灌浆 地下水库截渗坝 半圆相向对喷 双排摆喷菱形结构 据统计，全国有310个城市以开采利用地下水作为供水水源，约占全国城市供水的71。其中54个城市以地下水为主供水水源，北方城市占4

2、6个，南方城市占8个。经综合论证，建设地下水库，尤其是建设河谷型地下水库，是开发利用地下水资源的重途径1。目前，地下水库已成为世界上解决供水问题的有效措施和基本手段。欧洲一些国家专门利用地下水库进行人工补给地下水后取水使用。以色列为了满足全国供水，使用地下水库作为供水水源的中间调节库，解决了水资源短缺问题。地下水库由以下工程系统组成：补源工程、地表拦蓄工程、排污工程、地下帷幕工程。截渗坝工程、提水工程、供水工程、咸水排泄工程、管理监测系统。地下截渗坝工程是地下水库的重组成部分，与地表拦蓄工程密切配合，将最后一道拦蓄闸和地下截渗坝上下连接共同拦蓄水资源。   

3、60;高压喷射灌浆（high pressure jet grouting）是利用能量较大的水气同轴喷射切割掺搅地层，同时将凝结材料，如水泥浆，灌注掺搅地层，形成求性状的凝结体。过去一直认为，高喷灌浆技术只适用于均匀细颗粒松散地层，对其他地层，多持慎重或怀疑态度。但经多年的研究和工程试验证明，只控制措施和工艺参数选择得当，在各种松散地层均可采用该技术2,3。作者以烟台夹河卵砾石层地下水库建设为例，研究了高喷灌浆技术的应用。1 工程概况    夹河地下水库是一项解决烟台市水资源紧缺、防止海水入侵、改善生态环境的新建大型工程，位于烟台市福山区，坝址西起朱甲山经

4、永福园至宫家岛，坝线全长2511m。水库控制流域面积2200km2333。根据SL252-2000水利水电工程等级划分标准，夹河地下水库为大(二）型工程，属二等工程、二级建筑物，工程区地震烈度为Vll度。经科学分析，采用高压喷射灌浆技术构筑地下水库截渗坝。工程于2000年11月16日开工至2001年8月10日竣工。    夹河地下水库截渗坝工程，坝轴线以永福园基岩隆起为界分为东西两坝段，详见图1。东坝段工程：西起永福园东至宫家岛，桩号为3486.l4444.3，长958m，其中桩号3486.13754.4、4277.64444.3为单排摆喷防渗墙，桩号3

5、754.44277.6为双排摆喷防渗墙。坝顶高程0.5m，坝底高程-129.53m，平均坝高15m，最大坝高29.3m。建检查围井6个，建水位观测井8个。西坝段工程：西起朱甲山东至永福园，桩号为0629.22 182.2，长1553m，其中桩号0629.2l520为双排半圆喷防渗墙，桩号15202182.2为单排摆喷防渗墙。坝顶高程-3.5m，坝底高程-4.134.5m，最大坝高31m。建检查围井5个，建水位观测井8个。        a-双排摆喷防渗墙；b-双排半园喷防渗墙；c-单排摆喷防渗墙图1 夹河地下水库截

6、渗坝纵剖面示意 2 场地水文地质工程地质条件    坝轴线地处夹河冲积平原下游，距夹河入海口6.2km，地势较为平坦。西起朱甲山经永福园至宫家岛，勘探全线长4620m，被永福园基岩隆起分为东西两坝段。东坝段第四系厚度633m，西坝段第四系厚度1238m，东、西坝段各地层岩性分布和渗透系数见表14。    表1 东、西坝段各地层岩性分布和渗透系数     地点     层底埋深m    层底高程m

7、    地 层岩性     渗透系数(cm·s-1)     东坝段     4.608.207.4018.2017.3021.80 20.0033.00 未揭穿     0.13-4.07 -2.20-14.59 -12.73-17.50 -14.59-28.20未揭穿     全新统冲洪积、海积层，主由粉砂、细砂组成 全新统海积层，主由淤泥质粉

8、细砂、淤泥质粉质粘土和淤泥组成 上更新统冲洪积层，主由中粗砂砾石组成，夹薄层粉质粘性土透镜体 中更新统冲洪积层，主由砂、 砂砾石及卵砾石组成，夹薄层粘土透镜体，粒径最大110mm，大于30mm的含量占10%30% ，230mm占50%左右 基岩层，岩性主为云母片岩、透闪岩、石墨透闪大 理岩(无岩溶发育)     i×10-3 i×10-4 i×10-2i×10-1i×10-6     西坝段     2.3010.20 8.0

9、013.16 11.0025.2 23.5537.91 未揭穿     -2.28-5.82 -3.81-8.93 -6.42-20.92 -19.36-33.99 未揭穿             摘以烟台市夹河地下水库工程为例，采 用高喷灌浆技术的半圆相向对喷和双排摆喷菱形结构的新的施工方案，成         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网

10、络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    全新统冲洪积、海积层，主由粉土、粉质粘土及中砂组成 全新统海积层，主由淤泥质砂、淤泥质土及淤泥组成 上更新统冲洪积层，岩性多为中砂、 粗砂及含砾粗砂，颗粒呈次棱角及次圆状，分选性中等，粒径一般为0.2510mm，最大可 达5cm 中更新统冲洪积层，岩性较单一，多 为卵砾石，颗粒多为次棱角状，粒径一般为1050mm，最大可达200mm，渗透性好，为强富 水层 基岩层，岩性主为透闪大理岩、大理岩及变粒岩 (无岩

11、溶发育)     i×10-3 i×10-5 i×10-2 i×10-1 i×10-6     3 地下截渗坝的结构形式与工程布置的特点3.1 地下截渗坝的结构形式 根据场地水文地质工程地质条件，对东、西坝段高喷防渗墙采用不同的结构形式。东坝段：东坝段设计坝顶高程为0.5m，为确保砂砾石层成墙质量，在桩号3754.44277.6段采用双排摆喷防渗墙，排距为0.8m，两排钻孔平行对应布置，孔深2232m，通过现场试验确定孔距为1.6m。其余坝段中粗砂层和粉细砂层采用单

12、排摆喷防渗墙，桩号36223754.4、4277.64312段，孔深1222m，孔距为1.6m；桩号3486.13622、43124444.3段，孔深512m，通过现场试验确定孔距为1.8m。设计允许最大孔斜率为0.7。设计和施工后形成双排孔平行布置摆喷折线连接菱形结构，见图2(a、c）。    西坝段：西坝段设计坝顶高程为-3.5m，为确保砂砾石层成墙质量，在桩号0630l520段采用双排半圆喷防渗墙，排距为0.8m，两排孔梅花形布置，孔深3043m，通过现场试验确定孔距为2.0m。其余坝段砾粗砂层和粉细砂层采用单排摆喷防渗墙，桩号15202149.2

13、，孔深1330m，孔距为1.6m，桩号2149.22182.2段，孔深1213m，孔距为2.0m。设计允许最大孔斜率为0.7。设计和施工后形成双排半圆相向对喷结构，见图2(b、d)。        图2 双排摆喷菱形结构和半园相向对喷结构(单位：m) 3.2 结构形式与工程布置的特点 常规的双排孔布置形式有双排孔平行布置摆喷轴线对接平行结构、双排孔梅花形布置摆喷轴线对接平行结构、双排孔平行布置摆喷折线连接平行结构、双排孔梅花形布置摆喷折线连接平行结构（图3）。根据该工程的水文地质和工程地质条件（东坝段深度2033m

14、为砂砾石层），采用高喷灌浆双排孔平行布置摆喷折线连接菱形结构，取代了上述四种结构形式，从图2、图3对比可以看出，高喷灌浆双排孔平行布置摆喷折线连接菱形结构具有如下优点：(1)增加了连接的可靠性，每4个高喷灌浆孔摆喷形成了一个围井，增加了墙体有效厚度，使两排墙体有机形成了一体；(2)由于钻孔平行布置，而钻孔处是墙体扩散最轻的部位，这样第二排孔的钻灌不易碰到第一排墙体上，而以往的双排高喷灌浆孔梅花型布置，采用的是对接方式，在砂砾石层中孔深多为2040m的单排摆喷防渗墙连接不牢靠，尤其是第二排的孔位正好在第一排扩散最大的位置，常使第二排钻孔遇到第一排孔的高喷灌浆凝结体上，使孔偏斜或高喷灌浆喷射不出去

15、，第二排防渗墙不能连续，失去作用，且两排防渗墙单独成墙，不能连成一体，使防渗效果打了折扣。因此，高喷灌浆双排孔平行布置摆喷折线连接菱形结构，既体现了单排摆喷折线连接的可靠性，又在不增加工程量的前提下，将其相邻4个孔构成数个相互连接的菱形围井，它较两排平行独立成墙的防渗墙大大提高了防渗效果。两排平行独立成墙的防渗墙缺点是：如每排一个孔存在质量问题，就形成了漏水通道。两排是菱形结构，其一个菱形结构两排各一孔存在质量问题的概率极小。所以，一个单独的菱形围井在注水试验时，即便渗透系数K值大点或达不到设计求，从防渗墙的总体上看，不一定不合格。因为，在菱形围井的任一边出点质量问题，都直接影响渗透系数K值的

16、大小，而一个菱形围井只有一个边有质量问题，并不影响防渗墙的整体防渗作用。        图3 高喷灌浆中常规双排孔布置的几种形式     在不同类型的地层中旋喷套接结构形式见图4，该工程中根据西坝段的地层特点（孔深3040m为卵砾石层），我们设计采用高喷灌浆双排孔梅花形布置半圆相向对喷结构（图2）取代了图4中旋喷套接结构形式。根据图4、图2对比可以看出，按旋喷套接灌浆形式方案施工，一序钻孔钻灌完毕后，由于卵砾石、粗砾砂、粉细砂层等不是均质地层，喷射体形状并不一定十分规则，在复

17、杂非均质地层中旋喷桩直径一般为12m，设计孔距是根据现场试验最小喷射半径确定的，高喷施工时极有可能喷射至二序孔位置，当二序孔钻灌时受一序孔高喷灌浆凝结体阻隔，孔易钻斜，钻孔穿过一序孔的高喷灌浆凝结体时，高喷灌浆喷射不出去，形成“天窗”。防渗墙体不能连续，影响整体防渗效果，因而旋喷套接在这种地层中用来形成地下截渗坝是不适宜的。双排半圆喷每排中的孔距为2m，双排半圆喷孔数量与单排旋喷孔数量相等，相邻孔的间距由10m增加到128m，第二排孔的钻灌受第一排影响的机率大大减少，且由单排旋喷改为双排半圆相向对喷后，缩短了工期，从而也降低了工程造价。     

18、;       摘以烟台市夹河地下水库工程为例，采 用高喷灌浆技术的半圆相向对喷和双排摆喷菱形结构的新的施工方案，成         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。         图4 双排摆喷菱形结构和半园相向

19、对喷结构          图5 试验围井结构(单位：m)     4 地下截渗坝施工技术参数的确定    夹河地下水库截渗坝工程在开工前，选择与坝上地质条件相符合的场地进行单喷和围井试验，试验时采用多种技术参数，通过试验能够反映出高喷灌浆摆喷、半圆喷结构对该工程所起到的防渗效果。开挖可直观看到高喷防渗墙的连接形式、喷射长度、厚度、形状、强度等，通过试验结果确定坝上高喷灌浆施工技术参数，以确保各地层灌浆技术参数的可靠性。设计摆喷有效长度

20、为2.0m，半圆喷有效半径为0.8m。试验围井结构平面图、剖面图见图5。    根据围井试验结果，对高喷灌浆施工技术参数进行修正，修正后的施工技术参数见表2、表3。设计求防渗墙插入基岩全（强）风化1.0m，基岩渗透系数k=i×10-6cm/s，强风化局部裂隙发育，施工中对漏浆孔进行特殊处理，喷灌时先进行静压灌浆直到不漏浆为止。半圆喷采用90°双向喷头，起点沿坝轴线方向外摆90°。摆喷墙采用180°双向喷头，摆喷起点与坝轴线呈5°夹角，外摆30°，一序    

21、;表2 东坝段高喷灌浆施工技术参数     高压水         压缩气         水泥浆         浆液比重         摆 喷     压力/MPa   &#

22、160; 流量/(Lmin)         压力/MPa     流量/(m3min)         压力/MPa     流量/(L/min)         送浆/(gcm3)     回浆/(gcm3)  &#

23、160;      砂土层提升速度/ (cmmin)     粗砂层提升速度/(cmmin)    砾石层 提升速度/(cmmin)    基岩提升速度/(cmmin)     摆动次数 /(次min)     3638     75      &#

24、160;  0.60.7     11.2         00.2     80         1.651.75     1.21.3         12     12 &#

25、160;   8     56     812 孔与二序孔呈折线连接，摆喷折线夹角为110°。为了确保防渗墙成墙质量，转折点采用旋喷连接，双排防渗墙体厚度为0.8m，单排防渗墙体厚度为0.30.6m。     表3 西坝段高喷灌浆施工技术参数     高压水         压缩气    

26、     水泥浆         浆液比重         摆 喷             摘以烟台市夹河地下水库工程为例，采 用高喷灌浆技术的半圆相向对喷和双排摆喷菱形结构的新的施工方案，成      

27、60;  本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    压力/MPa     流量/(Lmin)         压力/MPa     流量/(m3min)        

28、 压力/MPa     流量/(L/min )         送浆/(gcm3)     回浆/(gcm3)         砂土层提升速度/ (cmmin)     粗砂层提升速度/(cmmin)    砾石层 提升速度/(cmmin)  

29、60; 基岩提升速度/(cmmin)     摆动次数 /(次min)     3638     75             11.2         00.2     80     &#

30、160;   1.71.75     1.21.3         12     10    8     6     465 地下截渗坝施工工艺与质量控制5.1 施工设备及工艺流程 高喷灌浆施工用的主设备有地质钻机、钻孔测斜仪、高喷台车、高压水泵、空压机、搅灌机、灌浆泵、螺旋上料机、电焊机

31、等。施工用主材料是425#抗硫盐（免检)水泥，施工时一套设备每天库存80t水泥，施工用粘土每天存放20t，施工用水采用钻水井抽水，施工时一套设备每小时用水15m3，施工用电一套设备需200kW。施工工艺流程见图6。        图6 高喷灌浆施工工艺流程 5.2 施工质量控制指标3；(6)先导孔 分层界面取芯，孔深进入基岩1.3m取芯；（7）钻孔深度 按设计求孔深进入不漏浆的基岩全（强）风化层2m；(8)终孔 终孔后用新浆液将孔内岩粉置换干净，保证高喷顺利下管；（9）测斜 孔深东坝段大于20m、西坝段大于30m的

32、孔斜率不大于0.7；（10)记录 钻进过程中详细记录地层变化、漏浆位置、深度、时间，记录表经监理、技术员、机台长签字后当天送交技术组。5.2.2 高喷灌浆质量控制指标 （1）分序施工 一序孔与二序孔（如图2所示）灌浆施工间隔时间不小于24h：(2)下喷射管 下至设计深度，下落深度不够时请示监理部门批准；(3)摆喷方向 摆喷以施工轴线呈5°夹角为起点，外摆30°，允许误差±2°，半圆喷以施工轴线为起点，外摆90°，允许误差±5°；（4）提升速度 提速允许误差不超过±5mmmin；（5）摆动速度 摆速允许误差不超过&#

33、177;1次min；（6）水压力 控制在3638MPa之间，水咀直径1.81.9mm；（7）气压力 控制在0.60.8MPa之间，气咀直径9mm；(8)制浆 采用425#抗硫盐水泥，纯水泥浆，送浆比重控制在(1.61.65)g/cm333浆液将孔内充填满，直到孔口浆面不再下沉为止；（14）终喷验收 终喷经现场质检人员和监理人员签字验收；（15）高喷记录 记录表填写清楚、整洁，经监理、技术员签字后，当天将记录表当天交技术组；（16)回灌 喷射结束将孔内充填满后及时利用冒浆回灌到地面，严禁使用带有黄泥和淤泥的冒浆进行回灌，做好原始标记；（17)因各种原因使喷射中断超过30分钟，恢复喷射时，下落0.

34、5m再开喷；超过2h，恢复喷射时，下落0.7m再开喷。5.3 施工中质量问题及处理 东坝段施工中发现的质量问题及处理措施如下：钻孔施工过程中有28个孔是在强风化大理岩中漏浆，有2个孔是在卵砾石层漏浆，采用稠粘土浆堵漏；高喷灌浆施工时因漏浆埋管15孔次，扫孔、重新下管，采用稠水泥浆先静灌充填饱满后高喷灌浆；在第二排钻孔施工时有3个孔遇到第一排防渗墙的水泥凝结体，深度在3.815.8m，地层岩性为淤泥质砂和中粗砂，说明该孔岩性密实度松散，高喷半径达到2m，高喷孔遇水泥凝结体是喷不出去的，通过补孔来保证高喷防渗墙体的有效连接。      &

35、#160;     摘以烟台市夹河地下水库工程为例，采 用高喷灌浆技术的半圆相向对喷和双排摆喷菱形结构的新的施工方案，成         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    西坝段施工中发现的质量问题及处理措施如下：在施工轴线上地下埋设有管线，在钻孔和高喷灌浆施工过程中有

36、3个孔因掉钻和埋高喷管造成报废，通过移孔和补孔来保证高喷防渗墙体的有效连接。    6 地下截渗坝的防渗效果    东坝段和西坝段单元工程高喷灌浆结束后，根据工程结构形式和深度选用围井或其他方法进行检查高喷防渗墙的质量。检查部位宜布置在地层复杂的部位、漏浆严重的部位、可能存在质量缺陷的部位。    表4 各地层岩性及渗透系数及高喷防渗墙的渗透系数         地层岩性     状态密度     底板埋深/m     底板 埋深/m     原地层渗透系数k/(cm·s-1)     防渗墙渗透系数k/(cm·s-1)     东坝段