高压摆喷灌浆在高压管法多层化中的应用

高压摆喷灌浆在高压管法多层化中的应用

1石坝防渗设计该项目的右侧副水库位于港口白土山的平台上。这是粘土心墙的水库。最大水库高15.5m，长1456m。最大防渗深度24.54m;正常蓄水位至防渗墙底最低高程的最大静水头差33.7m(H216m-H182.30m)。高喷灌浆防渗墙设计总工程量21137m2。2基岩及工程施工控制指标尼尔基水利枢纽工程右副坝Ⅱ标段地层地质条件变化较大:自上而下防渗处理范围主要为粘土:2～8m;含泥砂卵砾石:2～5m;密实-中密状态,其中卵石含量约占20%,卵石粒径为20～60mm,砾石含量约占45%;含碎石粘土层,含碎石壤土层,该层厚度10～15m,碎石块径50～60mm以上,呈棱角状、次棱角状;含泥碎块石层,泥质含量约10%;碎块石含量约70%。下伏基岩为花岗岩和绿帘长英角岩、角闪片岩等,呈全风化和强风化-弱风化状态。碾压粘土心墙施工控制指标简述:震动凸块碾:13.5t;碾压铺层厚度:30～40cm/层;碾压次数8次/层,行车速度1.2km/h;最优施工含水量:19%;压实度:0.99;碾压心墙墙体土料干密度>1.62t/m3。3设计要求和墙体质量控制指标(1)不透水层地层的选择根据设计施工图纸要求,防渗深度需要达到相对不透水层内2.0m或者岩石地基段,根据现场地质勘探芯样资料及抗渗指标测试,可以作为相对不透水层的地层为:粘土层、含碎石粘土层、含碎石壤土层及无断层、破碎带的基岩层。(2)地表层无相对不透水层和压实粘土心墙搭接墙顶线亦要求进入相对不透水层内2.0m或距地表2.0m;地表层无相对不透水层地段或相对不透水层<2.0m地段则要求与碾压粘土心墙搭接,确保防渗墙顶部与相对不透水层或碾压粘土心墙总搭接长度≥2.0m。(3)设计指标高喷防渗板墙墙厚≥20cm;墙体的抗压强度R28≥3.0MPa,渗透系数<1×10-6cm/s。4施工技术参数的制订高压摆喷灌浆截渗墙原设计工艺为振孔高压摆喷灌浆;根据以往振孔高喷灌浆成功工程实例及实际地层条件,为了获得可行高效的成孔工艺及高喷灌浆施工技术参数,我们于施工现场进行了一系列试验,得出符合工程实际的成孔工艺及高喷灌浆施工技术参数。4.1jet-grouting高喷灌浆技术振孔高喷灌浆(vibrating-holeandjet-grouting):一种钻喷一体化的高喷灌浆技术,以大功率振动锤将钻杆(即喷射管)和特制钻头快速振入地层直至设计深度,然后提升喷射管,进行高喷灌浆。(1)试验类型生产性试验。(2)孔适应地层①验证振孔高喷灌浆造孔在防渗轴线工程地质条件下成孔的时效、振动造孔适应地层的情况。检验振孔高喷机械能否在这种地层条件下配套完成造孔、喷灌施工。②检验振孔高喷灌浆成墙的平均厚度、孔间距及其墙体搭接情况;检验墙体开挖检查墙体的抗压、抗渗性能指标能否满足设计要求。(3)测试时间2003年5月17～19日。(4)激振力及传动DY90型振孔高喷机:配DZ90KS(振动桩锤),功率45kW×2;激振力500kN;频率17.2Hz;静偏心力矩425N·m;质量5284kg。PP120高压灌浆水泵:最大工作压力40MPa(50～110L/min);配YCT355-4C调速电机;90kW。(5)资料情况描述防渗墙轴线桩号区间:5+900～5+904.75;试验段地质资料情况(自上而下):①0～(5～6)m:粘土层;②(5～6)m～10±m:含泥砂卵砾石层;③10±m～16±m:含碎石粘土层;④16±m～25±m:含泥碎块石层。(6)振冲造孔试验①5月18日进行施工试验段5+900.00段YE0003号孔振孔高喷灌浆试验,试验孔于7.5m深度无法进尺。②5月19日按照监理工程师要求,将振冲设备后移3m,进行轴线桩号5+904.75处振冲造孔试验,结果孔深达到7.2m处后无法进尺。③试验2孔的造孔参数:振管直径:Ø108mm;振孔过程水压:8～10MPa;振孔过程气压:0.6～0.8MPa。(7)砂卵、砾石层速度过低地层成孔试验①现场试验情况显示:振冲造孔在粘土层和含泥砂砾石层进尺速度过低:在0.02～0.15m/min之间;在砂卵、砾石层速度过低甚至振冲造孔不进尺并且试验孔有振管反弹现象;因此,振冲造孔在该地层中成孔困难。因未成孔,高喷灌浆试验未进行。②在这种工程地质条件下,建议使用地质钻机回转钻进泥浆固壁成孔,特殊地层采用套管跟进钻孔工艺。4.2潜孔钻钻孔试验根据勘探孔未发现地下水、承压水存在,而且原状土、砂砾石层芯样胶结比较密实这一特点,振孔试验结束后,我们选定坝轴线桩号5+909～5+905进行4孔潜孔钻钻孔试验。(1)冲击器和钻头移动式INGERSOLLRAND-MZ200液压潜孔钻;冲击器Ø150mm;对于粘土层,使用特制钻头。配移动式INGSOLLRAND螺杆空压机(VHP750型):21.2m3/min,Pmax:1.38MPa。(2)试验结果试验层相同4孔成孔(孔深均>25m)平均65min/孔。4.3为避免渗出壁钻孔，采用高压喷射均匀布痰经设计、监理工程师同意后,于振孔高喷灌浆试验段继续进行钻孔高压摆喷灌浆试验。4.3.1试验组和开测试参数试验方案共分三组,每组3孔,采用摆喷折接渗墙形式,各组孔距分别为0.8m、1.0m、1.2m。各试验组使用参数详见表1。4.3.2孔口压回浆和水泥浆封灌采用三重管高压喷射(钻孔)灌浆、两序施工工艺。①钻孔:②按照拟定试验方案要求的水、气、浆试验参数开始静喷5min;③高喷灌浆结束后,利用回浆或者水泥浆及时回灌,直到孔口浆面不下降为止。④各组高喷灌浆施工中,对水压、提速在设计要求参数取值范围内结合钻孔孔距变化逐一进行参量变化试验。⑤准确控制孔口回浆密度≥1.2g/cm3,每隔5min详细记录施工过程中各个施工参数变化。浆液的搅拌时间,使用高速搅拌机≥30s,使用普通搅拌机≥90s。搅拌后时间>4h的浆液不予使用。浆液在过筛后使用,并定时检测其密度。控制浆液温度在5℃～40℃之间。4.3.3质量分析(1)墙体表面检查结果应监理工程师要求,于6月7日对5+903.4～5+910.0防渗墙体开挖,开挖坑规模约为10.00m(长)×6.0m(宽)×8.0m(高)。人工清挖至外露墙体1.6m深,砾石层墙体出露0.5m深。外观检查结果为:①孔距1.2m高喷墙体水泥结石均质分布,墙体表面平整光滑,单边外形为较规则扇形,最大喷射半径1.7m,有效喷射半径1.0m。I序孔有初步搭接,且与孔距1.0处的I序孔(即孔距2.2m)有明显搭接,搭接墙厚0.35m,且该处墙体厚度0.7m。②孔距1.0、0.8m处,墙体很不规则,局部形成双墙。(2)墙体压水检查为进一步确定墙体的主要防渗指标是否达到设计要求值,在孔距1.0(5+906.0)、1.2m(5+909.2)防渗墙搭接处,用手提式金刚石回转钻机钻Ø38mm孔径孔进行墙体压水检查,检查结果为见表2。4.3.4试验结论和建议(1)施工期间孔距1.2m,提升速度慢(13cm/min)搭接最好,墙体形状规则标准。(2)高喷有效喷面高喷孔中心至均匀介质在墙的末端尽管地层条件发生变化(粘土—含泥砂砾石),不同孔距尽管采用不同的参数,但高喷有效喷射范围无明显差别,均达到1.0m以上。(3)墙体渗透孔距1.2m(提速13cm/min)试验段成墙质量好,墙体透水率值低;提速是影响墙体渗透性的重要参数。(4)测试指标的要求除墙体厚度指标(≥20cm)在近喷嘴两侧附近仍不能全部满足设计预期值以外,其余测试指标满足要求。可以进行孔距1.0m试验性生产施工,并继续进行场外试验,确定最终孔距和施工控制参数。4.4右副水库上游砾石层高压喷射反渗墙试验(1)测试时间2003年6月16～18日;试验段水泥净用量:7299kg;成墙面积:25.2m2。(2)试验组和使用参数试验段孔距1.2m、1.3m、1.4m、1.5m、1.6m,共计6个孔。(3)高喷提速墙头剥离施工,主要分为3.①成墙外观连续,各种孔距成墙搭接情况可靠。各种孔距高喷墙墙厚除靠近喷嘴附近有4处<0.2m以外(最小墙厚0.15m),均满足墙厚0.2m的要求,最大厚度达到0.68m以上。②最终施工参数:墙体开挖检查以后,进行了墙头剥离,剥离厚度达到1.0m以上;通过对典型断面及墙头墙体厚度检验对比,设计工程师、监理工程师最终决定:施工孔距定为1.4m,含泥碎块石地层高喷提速采用12cm/min,摆动速度定为14次/min;其余施工控制采用表3所示施工参数。③1.4m孔距墙体搭接处与2003年7月8日进行Ø100mm芯样渗透系数测试和抗压强度测试,满足设计墙体抗压强度R28≥3.0MPa,渗透系数<1×10-6cm/s的要求。4.5相对不透水层内粘土心墙的搭接右副坝工程防渗体系包括坝体内碾压粘土心墙,设计高喷灌浆防渗墙顶线距地表2.0m或进入相对不透水层(主要指地表天然粘土层)内2.0m;大部分高喷防渗墙与碾压粘土心墙搭接0.5～2.0m之间。2003年7月8～9日于右副坝6+671(上游侧)砂砾石地层高压摆喷灌浆防渗墙试验开挖坑内进行先碾压心墙后进行高喷灌浆防渗墙施工试验。(1)试验目的①检验心墙内高喷灌浆对碾压心墙与砂砾石搭接段是否会造成扰动破坏;②检验非原状土(碾压粘土内)高喷灌浆现行施工参数是否可行。(2)试验段的配置试验段孔距1.4m;共计5个孔。(3)试验段施工结果统计2试验部分水泥用量7298kg;钻孔施工20m成墙面积:21m2。(4)难排水墙与城市粘土墙结合①试验段砂砾石层成墙连续均匀、搭接有效。而在进入碾压粘土层1.5m后,墙体出现4处不连续不规则孔洞,搭接无效。分析其原因:高喷防渗墙在碾压致密的粘土层中有效喷射半径不能确保达到0.7m。②砾石层与碾压粘土层结合部位,没有发现钻孔高喷灌浆对碾压粘土与下伏地层结合造成扰动破坏的迹象。③经过现场测量、检验,高喷灌浆在碾压粘土层的有效喷射半径均在0.45～0.55m之间;原状土层(砂砾石层)成墙效果连续均匀。高喷防渗墙在进入碾压粘土心墙后,施工孔距加密为0.7m,加密孔孔深超过心墙底1.0m,确保防渗墙与粘土心墙结合均匀密实。此方案在实际施工中进行应用。5粘土层施工技术(1)高压摆喷灌浆施工工艺在有含泥砂砾卵石地层(尤其砾卵石含量≥65%)、含泥碎块石层、含碎石粘土层中应慎重选择或通过试验确定振孔高喷成孔工艺的可行性;对于有入岩要求(进入弱风化岩层或新鲜基岩层0.5m以上)的高喷防渗墙,振孔高喷(对各级别岩石)满足灌浆施工成孔要求的可能性应进行试验确定。(2)尼尔基水利枢纽工程右副坝Ⅱ标段钻孔高压摆喷灌浆防渗墙施工在原状土层(①天然粘土;②含泥砂卵砾石层;③含泥碎块石层;④含碎石粘土层)中采用表3推荐的条施工参数是可行的;对于入岩0.5m的搭接要求,在钻孔达到深度要求后,高压水流冲切疏松强风化岩层后有压(0.3～1.0MPa)水泥浆液置换充填从而与弱风化-新鲜基岩面结合紧密应是必然的,因尼尔基右副坝高喷灌浆入岩搭接段均在地表24m以下,加之墙厚仅0.2m,难以获得结合部芯样,希望能在其它类似工程中予以补充这方面的实例资料。(3)高压摆喷灌浆施工在非原状土层中进行,应通过试验慎重确定施工控制参数。由于表3所示主要施工技术参数受国内施工设备性能所限(主要指高压水泵长期正常工作压力),已经达到或接近三重管法施工高速射流束能量极限,对于非原状土与高压摆喷防渗墙有搭接要求的特殊地层段,应考虑根据非原状土内高压摆喷试验确定的有效高喷半径加密孔距,确保防渗体系整体满足设计要求。(4)三重管法钻孔高压摆喷灌浆防渗墙可以通过调整孔距