大隆水利枢纽工程高喷板墙防渗墙施工技术

大隆水利枢纽工程高喷板墙防渗墙施工技术

1地层及砂粒特征结果表明，水库河床的砂砾卵石层非常厚，深度约为7.21m。其中，左河床厚度为6.5.12m，沙洲区厚度约为13.8.21m，右河床厚度为4.19m。覆盖层渗透系数为1×10-2～1×10-1cm/s,属强透水层。河床覆盖层大致可分为2层:第一层,厚度为0～5m,此层为含卵砾石的中粗砂,有效粒径d10=0.12～0.32mm,不均匀系数Cu=6.56～39.17,小于2mm的砂粒含量53%～59%,其平均粒径0.46mm,含泥量很少,卵砾石以小于100mm为主;第二层5m～基岩,厚度4.3～17.4m,卵砾石含量较第一层多,粒径增大,常有大于200mm的漂石、漂砾。河床基岩一般为弱风化岩体,沿顺河向断层两侧局部有强风化岩石,厚度小于5.5m。2坝基渗流的影响大隆水利枢纽工程的大坝是采用堰坝结合挡水,导流洞导流,无基坑施工方法。防渗墙位于坝轴线上游15m处,它是在河流截流、坝基填砂振冲后开始施工的。因此,防渗墙的施工和堰坝的稳定将受到坝基渗流的影响。为了保证防渗墙的施工质量,同时也确保第一个汛期间堰坝度汛安全,设计在坝体上游处设置一道高喷板墙。2.1高喷孔-放射墙墙高喷墙轴线位于上游戗堤后坝上0-188.50处,轴线起止桩号分别为0+170.00和0+510。在高喷墙上设有墙帽,墙帽右端插人岩层3m,左端根据现场开挖的地质情况,决定深入的长度。墙顶设计高程为18.00m,上端伸入上部填筑粘土区2m,下端嵌入基岩0.5m。墙的厚度不小于12cm。高喷孔在轴线上单排布置,孔距为1.2～1.3m,分Ⅰ、Ⅱ序孔,经高喷孔喷浆在平面上呈折线摆喷搭接成墙。摆喷角度为30°,摆喷起始线与轴线夹角为5°。2.2喷射管的安装高喷墙必须满足防渗要求,并具有一定的耐久性,其渗透系数应小于i×10-5cm/s,与土和强风化层之间要有良好的连接。高喷施工采用三管法,在正式施工前进行生产性试验。试验中高喷主要的技术参数是:高压水水压为35～40MPa,流量为75L/min;压缩空气的风压为0.6～0.8MPa,风量为1～2m3/min;水泥浆液采用P.O32.5的普通硅酸盐水泥配制,水泥浆浆压为0.4～0.6MPa,浆量75L/min,进浆密度1.6～1.7g/cm3,回浆密度不小于1.2g/cm3。要求喷射管喷嘴直径1.8～2.0mm(双喷嘴)。施工中喷射管摆角以及摆喷起线与轴线夹角的允许误差为±2°。喷射管的提升速度,在砂砾石层中为8～15cm/min,在卵砾层中为5～10cm/min,摆动速度为9次/min。3生产力试验3.1高喷灌浆试验为了获取适合本工程地质条件并满足设计要求的各项施工参数和高喷工艺,了解钻孔工效、高喷工效和高喷材料的用量等,需进行高喷灌浆试验。生产性试验包括现场试验和PVC管破坏试验。现场试验是在轴线上选定一个区段,根据设计初定的高喷技术参数进行试验。PVC管破坏试验,是针对设计提出的压力要求,用高压水在不同厚度和材质PVC管内进行射水试验,再根据管子破坏的程度确定所用的PVC管。3.2高喷孔的布孔试验段的选择主要考虑当时大坝施工的总体情况和防汛要求等因素,经设计、监理和业主批准,决定在高喷板墙轴线的中间部位布孔进行试验。高喷孔单排布置,桩号为0+359.6～0+372.8,轴线长度13.2m,孔距1.2m,共11个孔,Ⅰ序孔6个,Ⅱ序孔5个,见图1。高喷孔分序施工,相邻孔间隔24h。3.3试验段开挖情况Ⅰ、Ⅱ序高喷孔的深度基本上差不多。两序钻孔深度的范围为19.1～19.9m,Ⅰ、Ⅱ序平均孔深分别为19.58m和19.82m。根据地质报告和钻孔岩屑鉴定,它们都入岩0.5m以上。除施工过程中严格按设计要求的参数和工艺进行外,还采用开挖方法来检查高喷板墙的质量。试验段施工完成14d后,对高喷孔P164(Ⅱ序孔)～P167(Ⅰ序孔)进行开挖检查,开挖长度5m,深度1.5m,包括3个折线搭接点。对开挖段观察结果表明:砂砾间的水泥浆充填饱满,浆液扩散范围较大;高喷形成的水泥土结石牢固;板墙间连接紧密,搭接厚度大,板墙最薄处厚15cm,最厚达40cm。试验结果说明,试验段高喷墙墙体密实,满足了设计墙厚大于12cm的要求。因此,设计提出的施工技术参数和工艺是可行的,能够保证工程质量,它们可以在以后高喷施工中应用。PVC管破坏试验中,先后将两种PVC管在地面用高压水对其进行破坏性试验。在管内喷射的高压水达到20～25MPa压力时,两种PVC管都被冲成约1cm宽的缝,其中一种管子很快破成碎片。在试验段施工中就采用这种易被破坏的PVC管。试验段开挖时,没有发现大的PVC管片,仅能找到小碎片。这表明高喷孔内的PVC管,不仅在钻孔拔出套管后可起到保护孔壁的作用,而且在高压水的作用下能迅速被破坏,从而有效地喷浆。3.4有效利用和材料用量由试验段各孔的统计资料得出如下结果。(1)4.3高喷孔的纯挖效率基本相同Ⅰ、Ⅱ序平均纯钻效率分别是3.18m/h和3.25m/h,两者孔深也接近,试验段的岩性基本一致。(2)序高喷时,序孔多且充填的范围Ⅰ、Ⅱ序孔平均纯灌效率分别是4.27m/h和4.98m/h,说明先开始的Ⅰ序高喷时周围土体需要充填浆液的范围大,效率较低;Ⅱ序孔高喷时,在与Ⅰ序孔接触处已经被浆液充满,因此充填的范围较小,效率就较高。另外,两者平均纯灌效率相差16.6%,证明即使是1.3m间距,同样可以满足设计的防渗要求。(3)地层条件m两序孔平均水泥单耗达到539.7kg/m,基本上符合地层条件。由于Ⅰ序孔先施工,所以水泥单耗为571.9kg/m,比Ⅱ序孔水泥单耗501.5kg/m高些。4高喷墙、高喷孔孔正式施工时基本上是按照试验时的技术参数和工艺进行的。在施工中实际的高喷板墙轴线桩号为0+138.95～0+504.05,高喷墙的长度为365.1m。为了与左岸齿槽相连,形成可靠的防渗体系,故在左岸延伸较多。高喷孔孔距为1.2～1.3m,分两序施工。包括试验的工程量在内,施工共完成钻孔285个,总进尺4069.7m,平均深度14.28m,最大孔深达26.2m。4.1钻机及降低成本2005年元月上旬设计正式提出“在上游坝坡脚增设高喷墙”的方案,并要求高喷墙必须在最短的时间内完成,工期相当紧。坝基地层中砂卵砾石覆盖层较厚,卵砾石多且粒径大,常有大于200mm的漂石、漂砾分布;加之,高喷板墙施工是在经过150kW振冲器振冲处理后的地基中进行的,地层密实度较高,给钻孔带来很大困难。因此,选择钻机是高喷施工的关键。若采用传统的岩芯钻机,工效很低,成孔较难。为保证工程按期完工,钻孔设备选用具有跟管钻进功能、移动轻便的2台YG-60型冲击回转钻机(另备用1台)。每台钻机配1台YB30型液压拔管机,起拔力30×9.8kN。还配备2台英格索兰空压机,风量分别为23m3/h和17m3/h。因为钻进难,备用的1台钻机很快投入施工。钻孔孔径为ϕ146mm,跟管钻进,钢套管护壁。钻进中随时校正钻机方位,控制孔斜,终孔时用测斜仪检测。验收后在钢套管内下入PVC护壁管,然后用拔管机将钢管拔出。尽管使用了YG-60型钻机,操作也很熟练,但由于卵(砾)石及漂石在地层中的含量约占60%～70%,因而钻进效率仍偏低。从试验段的11个高喷孔的情况看,平均纯钻效率只有3.21m/h。在靠近右岸几十米范围内,钻进更加困难,平均纯钻效率只有2.95m/h。钻孔中钻头、导向器、管靴等钻具消耗超标,大大增加了成本。高喷实际施工时间仅40d,其中主要是钻孔起制约作用。结果表明,钻进的孔深和孔斜都满足设计的要求,钻孔验收全部合格。4.2地层被冒浆的情况本工程的高喷灌浆设备有:3台GD1500-6型高喷台车,3台3D2-SZ型高压水泵,3台BW150型泥浆泵,3台空压机,风量为6～9m3/h。高喷台车就位平整稳定并对准孔口后,为了检查高压系统的完好性以及是否能够满足使用要求,首先在地面试喷。试喷正常后,将三重管喷杆一次下入孔底,即可开喷。待水气浆的压力和流量参数均达到要求,且孔口返出浆液密度不小于1.2g/cm3(误差不大于0.1g/cm3)时,即按既定的提升速度进行摆动喷射灌浆。喷浆过程中遇到不同地层时,在孔口冒浆的情况也不一样。为了保证喷浆质量,要根据情况决定喷杆是否提升,或者提升快慢。一般孔口冒浆量不大于注浆量的20%时,正常连续地提升和转动进行喷浆作业。孔口不冒浆时停止提升,直到开始冒浆。当长时间孔口不冒浆,或冒浆不正常时,在静喷一定时间后,以低于正常提升速度提升,待恢复正常后,按常规速度提升。当孔口冒浆量大于注浆量的20%时,适当加快提升速度和转动速度。喷浆作业到孔口后,对孔内浆面下沉部分,用冒出的浆液进行回填补平。喷浆作业过程中,经常会出现一些特殊情况。(1)卵砾石或砂砾石地层空隙率较大,或有通道存在,漏浆现象时有发生,有时较为严重。即使在该处静喷40～50min仍不返浆,既费水泥又费时间。此时,从孔口填入碎石或砂子加以封堵,以便控制浆液的过度扩散。这种情况在Ⅰ序孔较为突出,水泥单耗量达536.2kg/m(不计回浆利用),P-243号孔达1187.1kg/m。(2)高喷作业分两序进行,可省去不少钻机移位时间。但地层严重漏浆时,由于孔距较小,喷浆浆液会渗入附近已完成钻进但未喷浆的孔内,造成已通过验收的孔要重新钻孔。发现这种情况后,当某孔喷浆时一般离开未喷孔4～6个孔距,以防串浆。(3)截流后高喷轴线处地下水位上升,钻孔至不足4m深时就有大量地下水在压缩空气的作用下返出,这很容易稀释喷浆浆液的浓度。为保证高喷质量,要确保进浆密度均大于1.65g/cm3,返浆密度在1.2g/cm3以上。(4)因停电、拆卸注浆管、卡钻处理等原因使喷浆中断,并在停顿后重新开喷时,控制喷射搭接长度都大于0.5m。5板墙单元划分高喷板墙施工范围为0+138.95～0+504.05,板墙轴线全长365.1m,共划分为5个单元。根据规范要求,在轴线上布置一个围井,进行注水试验,检查高喷板墙的质量。5.1围井及喷浆参数控制依据监理对围井质量检查方案的批复,在混凝土高喷板墙轴线0+375.8～0+377.0上,孔号P-172(Ⅰ序)与P-173(Ⅱ序)之间的下游侧布置两个高喷灌浆孔,构成一个围井,在围井中设一个注水孔,见图2。围井周长377.28cm;围井面积为0.789m2。围井高喷灌浆Ⅱ序孔的钻孔与Ⅰ序孔喷浆时间的间隔不少于24h。钻孔达到基岩面,孔斜率控制在1%以内。在钻孔结束验收合格后喷浆,喷浆参数同正常高喷施工参数。围井注水检查孔采用回转钻机钻进,孔深16m。5.2井周边水保护试验和成果(1)然地层地下水位围井检查孔钻孔结束后进行清孔,在注水试验前,向孔内注水4～8h,使围井内天然地层呈饱和状态。每5min观测一次孔内地下水位,连续4次读数中相邻的两个地下水位值之差小于5cm,即可停止观测,以最后一次观测的数据作为地下水位。现场观测到的地下水位基本稳定在高程14.52m(孔口高程为17.80m)。(2)注水量测定注水方法采用固定水头,即将水位保持孔口,用500mL量筒向孔内注水,每隔5min测读一次流量值,计算单位时间内注水量。连续4次注水量中最大值与最小值之差小于最终值的10%,或最大值与最小值之差小于1L/min,即结束试验,最终的单位注入流量为计算值。(3)围井周边高喷墙轴线长度据开挖检查测量和计算可得:高喷板墙平均厚度0.26m,围井内试验水位至井底的深度16.0m,地下水位至井底的深度12.72m,测定