田西水库安全加固工程高喷防渗墙设计

田西水库安全加固工程高喷防渗墙设计

田西水库安全加固工程的水库基础是一层深层、渗透性强的砂质粘土。由于水库渗流量较大,曾采取劈裂灌浆,效果不理想。设计曾考虑了多种方案,通过技术、经济比较,最后选择了高喷防渗墙技术。实践证明,它具有防渗效果好、施工快、费用少、适应性强的特点。高喷法,又称高压喷射灌浆法,是一种利用射流切割技术在地层原位对土体进行加固的方法。它具有可控性好、地层适应面广、造价较低、施工便捷等优点,在复杂地质条件及施工环境恶劣的堤段,具有广阔的应用前景。高喷法按照其喷射介质,可以分为单管法、二管法、三管法和多管法。喷射介质决定了形成的水泥土凝结体的几何形态和物理力学性质;按照喷嘴的运动轨迹和形成的固结体形状,可以分为旋喷、摆喷和定喷;按照喷管的结构,可以分为重管式、列管式。上述几种要素组合起来,就构成了高喷法工艺上的多样性,也使其应用范围得到了很大的扩展。1设计进出水基岩的地质概况田西水库位于雷州市唐家镇西南部约8km处的企水河中游,属于中型水库。该库建于一九六二年,主坝全长850m,最大坝高16m,坝顶宽度4m,库内集雨面积31km2,总工期为两年,计划开工日期是二OO二年十二月一日。工程等级为三等,主要建筑物为3级,次要建筑物为4级,临时建筑物为5级。设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为1000年一遇,地震基本烈度为Ⅳ度。其中地质概况:(1)粉质粘土:赤红、灰黄色、稍湿,可塑～硬塑。3.70～6.30m;(2)中细砂:紫红、褐黄、灰白色,饱和,结构松散,层厚3.10～6.90m;(3)粉土:灰白、紫红、灰黑色,稍湿～湿,可塑,层厚1.30～2.50m;勘察场地区内地层简单,上部为第四系人工素填土(Q4ml),中部为第四系下更新缓冲积(Q1al),下部为第四系下更新流海相(Qm)沉积而成,三者呈不整合接触的海陆交替相地层。2墙体厚度及造孔垂直度根据水库安全加固工程的地质情况,土坝基需要做防渗处理,以行成一条连续封闭的防渗墙,其设计要求如下:(1)成墙厚度不小于15cm;(2)墙体渗透系数k≤1×10-5cm/s;(3)造孔垂直度要保证孔斜率<1.5%,以便墙体的良好连接;(4)墙底高程根据钻孔情况调整,但均须进入弱透水层不小于1.0m墙顶嵌入土坝回填1m切断砂层,整体行成一堵封闭的防渗墙。3高压喷射预防墙施工3.1坝身、堤基、弱透水层高喷灌浆轴线布置偏离堤轴线下游1.0m,孔距1.8m,喷射角度30°,分两序孔施工,采用折线型连接,因此次加固采用堤身是劈裂淡浆,堤基是高压摆喷两个接合起到防渗加固的作用,故高喷的顶高程在进入坝身1m,而底高程进入弱透水层1m。3.2工艺测量级线——孔距测定——钻机定位——钻孔——终极验收——喷机就位——喷浆——验收——下一个孔。3.3钻孔偏失率的控制高压摆喷防渗墙施工前,应先进行现场试验,以选取最佳注浆参数。高压摆喷施工技术实际选用值见表1。在高压摆喷防渗墙轴线上一次定位。造孔质量的好坏直接影响防渗墙的施工质量,造孔时钻孔钻孔机械必须安装平稳,天车、立轴钻杆、立轴头三者要成直线垂直于水平面。孔位的偏移小于5cm,钻孔偏斜率不超过1.5%,终孔时检测一次确保孔斜率在允许范围内。做好原始资料记录,完整的记录层次、厚度、钻进速度。钻孔中如遇孤石或卵石层,应换用金刚石钻头和采取相应的措施。失浆严重的应采用水玻璃、速凝剂等进行堵漏处理。钻孔结束后及时向孔内注入稠泥浆防止塌孔,以利喷射管下到设计深度。采用摆喷法施工,摆喷时先确定好1序孔和2序孔,工作顺序是先1序孔后2序孔灌注。序孔灌注须保持连续性,有利于提高成墙质量和减少浆液损耗。喷射注浆喷射架对准孔位即通过对水线来控制摆喷夹角、启动高压泵、空压机进行地面试喷,待各项参数达到要求后,再将喷射管下到孔底对准喷射方向,启动设备送入符合要求的水、气、浆,确定摆喷夹角,按一定的摆动速度和提升速率,边摆动边提升,直到设计高程为止。喷射注浆结束后,为防止浆液析水、渗透而凹陷,必须对已喷孔及时进行充填注浆。3.4桩号k0+50k0+400m堤后施工由于资金、外界气候条件和施工环境的影响,2003年2月先期对桩号K0+50～K0+600总长550m堤后进行施工,历时三个月于2003年6月中旬完成,涉及工程量:高喷钻孔307个,取芯检查孔3个。4防渗墙施工局限性常规的检查方法包括开挖检查、物理力学试验、渗透性能试验,这些方法都具有一定的局限性,难以反映防渗墙的整体质量。弹性波CT方法由于需要在薄墙中打孔,也难以用作大范围的质量检测。根据堤防防渗墙大范围无损检测的需要,我国科技工作者对各种现有的地球物理方法进行了试验研究,提出了以钻孔垂直度检测和钻孔取芯检查两种方法。4.1垂直孔检测通过测斜仪对30°个钻孔的垂直检测结果来看,钻孔的孔斜介于0.3～0.4之间,平均孔斜0.86%均满足孔斜不大于1.5%的要求。4.2孔取样和芯测试根据检-1#和-2#,检-3#钻孔取的岩芯来看粘土与砂层中,墙体岩芯呈柱状较坚硬,完整获取率高,