高喷灌浆技术在卵砾石层地下水库构筑中的应用

1、高喷灌浆技术在卵砾石层地下水库构筑中的应用摘要：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构造的新的施工方案，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根底上，研究了地下水库截渗坝的构造形式与工程布置，讨论了施工工艺和质量控制问题。论文联盟.LL.编辑。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构造据统计，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要供水水源，北方城市占46个，南方城市占8个。经综合论证，建立地下水库，尤其是建立河谷型地下水库，是开发利用地下

2、水资源的重要途径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根本手段。欧洲一些国家专门利用地下水库进展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要组成部分，与地表拦蓄工程亲密配合，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。高压喷射灌浆highpressurejetgruting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

3、注掺搅地层，形成要求性状的凝结体。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，多持慎重或疑心态度。但经多年的研究和工程试验证明，只要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立为例，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，坝址西起朱甲山经永福园至宫家岛，坝线全长2511。水库控制流域面积2200k2，含水层厚度15.527.6，给水度=0.350.45，总库容2.0510.83，调节库容0.6510.83。水库建成后可增加市

4、区供水量96010.43。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日开工。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958，其中桩号3486.13754.4、4277.64444.3为单排摆喷防渗墙，桩号3754.44277.6为双排摆喷防渗墙。坝顶高程0.5，坝底高程-129.53，平均坝高15，最大坝

5、高29.3。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1553，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-3.5，坝底高程-4.134.5，最大坝高31。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；-单排摆喷防渗墙图1夹河地下水库截渗坝纵剖面示意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6.2k，地势较为平坦。西起朱甲山经永福园至宫家岛，勘探全线长4620，被永福园基岩隆起分为东西两坝段。东坝段第四系厚度633，西坝段第

6、四系厚度1238，东、西坝段各地层岩性分布和浸透系数见表14。表1东、西坝段各地层岩性分布和浸透系数地点层底埋深层底高程地层岩性浸透系数(s-1)东坝段4.608.207.4018.2022.3021.8020.0033.00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，主要由粉砂、细砂组成全新统海积层，主要由淤泥质粉细砂、淤泥质粉质粘土和淤泥组成上更新统冲洪积层，主要由中粗砂砾石组成，夹薄层粉质粘性土透镜体中更新统冲洪积层，主要由砂、砂砾石及卵砾石组成，夹薄层粘土透镜体，粒径最大110，大于30的含量占10%30%，

7、230占50%左右基岩层，岩性主要为云母片岩、透闪岩、石墨透闪大理岩(无岩溶发育)i10-3i10-4i10-2i10-1i10-6西坝段2.3010.208.0013.1611.0025.223.5537.91未揭穿-2.28-5.82-3.81-8.93-6.42-20.92-19.36-33.99未揭穿全新统冲洪积、海积层，主要由粉土、粉质粘土及中砂组成全新统海积层，主要由淤泥质砂、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0.2510，最大可达5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10

8、50，最大可达200，浸透性好，为强富水层基岩层，岩性主要为透闪大理岩、大理岩及变粒岩(无岩溶发育)i10-3i10-5i10-2i10-1i10-6转贴于论文联盟.ll.3地下截渗坝的构造形式与工程布置的特点3.1地下截渗坝的构造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构造形式。东坝段：东坝段设计坝顶高程为0.5，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0.8，两排钻孔平行对应布置，孔深2232，通过现场试验确定孔距为1.6。其余坝段中粗砂层和粉细砂层采用单排摆喷防渗墙，桩号36223754.4、4277.64312段，孔深

9、1222，孔距为1.6；桩号3486.13622、43124444.3段，孔深512，通过现场试验确定孔距为1.8。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构造，见图2(a、。西坝段：西坝段设计坝顶高程为-3.5，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0.8，两排孔梅花形布置，孔深3043，通过现场试验确定孔距为2.0。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，孔深1330，孔距为1.6，桩号2149.22182.2段，孔深1213，孔距为2.0。设计允许最大孔斜率为0.7。设计和施工后形成双

10、排半圆相向对喷构造，见图2(b、d)。图2双排摆喷菱形构造和半园相向对喷构造(单位：)图3高喷灌浆中常规双排孔布置的几种形式图4双排摆喷菱形构造和半园相向对喷构造图5试验围井构造(单位：)转贴于论文联盟.ll.4地下截渗坝施工技术参数确实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展单喷和围井试验，试验时采用多种技术参数，通过试验可以反映出高喷灌浆摆喷、半圆喷构造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。设计摆喷有效长度为2.0，半圆喷有效半径为0

11、.8。试验围井构造平面图、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展修正，修正后的施工技术参数见表2、表3。设计要求防渗墙插入基岩全强风化1.0，基岩浸透系数k=i10-6/s，强风化部分裂隙发育，施工中对漏浆孔进展特殊处理，喷灌时先进展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/Pa流量/(Lin)压力/Pa流量/(3in)压力/Pa流量/(L/in)送浆/(g3)回浆/(g3)砂土层提升速度/(in)粗砂层提升速度

12、/(in)砾石层提升速度/(in)基岩提升速度/(in)摆动次数/(次in)3638750.60.711.200.2801.651.751.21.31212856812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0.8，单排防渗墙体厚度为0.30.6。表3西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/Pa流量/(Lin)压力/Pa流量/(3in)压力/Pa流量/(L/in)送浆/(g3)回浆/(g3)砂土层提升速度/(in)粗砂层提升速度/(in)砾石层提升速度/(in)基岩提升速度/(in)摆动次数/(次in)36

13、38750.60.811.200.2801.71.751.21.3121086465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要设备有地质钻机、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、电焊机等。施工用主要材料是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153，施工用电一套设备需200k。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5.2.1钻机造孔质量控制指标(1定孔坝轴线允许误差1，孔位误差不超过2；(2)钻孔钻机对准孔位误

14、差不超过2；3孔口径开孔口径大于150，终孔口径大于130；(4)钻进机体要平稳、结实，每钻进5测量机体、立轴垂直一次；5泥浆护壁粘土泥浆容重为1.11.25g/3；(6)先导孔分层界面取芯，孔深进入基岩1.3取芯；7钻孔深度按设计要求孔深进入不漏浆的基岩全强风化层2；(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20、西坝段大于30的孔斜率不大于0.7；10)记录钻进过程中要详细记录地层变化、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：

15、(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5in；5摆动速度摆速允许误差不超过1次in；6水压力控制在3638Pa之间，水咀直径1.81.9；7气压力控制在0.60.8Pa之间，气咀直径9；(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/3之间；利用回浆，送浆比重控制在1.71.75g/3之间，每隔30in测量送浆比重、回浆比重一次，要详细记录；9水泥对所进水泥按批号分开堆放，按先后顺序分批使用；10水泥检

16、验所进水泥每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；11水泥用量统计每一个孔的水泥用量，每20个水泥袋捆成一捆：12灌浆记录喷射过程中对冒浆情况、漏浆位置、深度、时间要详细记录；13终喷充填终喷后用比重1.71.75g/3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高喷记录记录表要填写清楚、整洁，经监理、技术员签字后，当天将记录表当天交技术组；16)回灌喷射完毕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展回灌，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，要下落0.

17、5再开喷；超过2h，恢复喷射时，要下落0.7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3.815.8，地层岩性为淤泥质砂和中粗砂，说明该孔岩性密实度松散，高喷半径到达2，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。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

18、浆施工过程中有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。转贴于论文联盟.ll.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完毕后，根据工程构造形式和深度选用围井或其他方法进展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各地层岩性及浸透系数及高喷防渗墙的浸透系数地层岩性状态密度底板埋深/底板埋深/原地层浸透系数k/(s-1)防渗墙浸透系数k/(s-1)东坝段粉细砂淤泥质砂中粗砂砂砾石基岩强风化松散软塑稍密中密坚硬4.68.23.814.20.09.80.015.30.52.24.68.27.418.217.321.820.