高压摆喷灌浆技术在新立城水库除险加固工程中的应用

高压摆喷灌浆技术在新立城水库除险加固工程中的应用

1大坝的防渗设计要求新立城水库位于伊通河上游，是伊通河流域控制水库工程。水库总库5.92亿3m，死库210.80m，库0.15亿3m，洪水极限218.83m，库库2.90亿3m。正常蓄水位（兴利水位）为219.63m，相应库为3.4亿3m。设计洪水位为220.48m，相应水库为4.05m，洪水位为222.64m，相应水库为5.92亿3m。新立城水库大坝为亚粘土均质土坝,大坝坐落在双层地基上,即坝基上覆相对不透粘土层,以下为连续分布的砾质粗砂和细砾的强透水层,导致坝后存在常年漏水点,实际渗流比降与允许比降十分接近,坝后承压水头较高。为了解决坝后渗稳问题,避免产生严重的浸没,急需对坝基采取防渗处理措施。经多方案比选,采用高压摆喷灌浆技术,即采用利用水为喷射介质,水泥基质浆液和压缩空气使喷射管做到一定角度的摆动和提升运动,利用高压水形成高速喷射流束,冲击、切割、破碎底层主体,并以水泥基质浆液填充,掺混其中,形成扇形断面板墙的凝聚体,以提高坝基防渗能力的施工技术。2-2+400m新立城水库除险加固工程坝基防渗处理采用高压摆喷灌浆处理方案,灌浆位置位于坝轴线上,自桩号0+360-2+470m共计2110m长度范围内,设计孔距1.5m。在正式施工前进行了两次高喷灌浆试验,根据试验成果,施工孔距调整为1.3m,固结成墙有效厚度不小于20cm,于2009年7月24日正式投入钻机15台,高喷台车4台,按照测量放孔、钻孔、灌浆、封孔、钻场清理的施工顺序正式施工。2.1高压摆喷板墙的形成在进行主体灌浆施工前,为确定合理的施工工艺参数,首先进行高压摆喷灌浆试验,试验设计方案分三组不同孔距同时进行,孔距分别为1.50m、1.20m、1.00m,三组高喷灌浆孔直线排列:第一组孔间距1.50m,共4个孔;第二组孔间距1.20m,共3个孔;第三组孔间距1.00m,共5个孔。第一组孔间距1.5m。在粘土层中形成的板墙平均直径为:1.7m,板墙平均厚度为:57.5cm;在砂层中形成的板墙平均直径为:1.8m,板墙平均厚度为:40.0cm。形成的板墙均匀连续,板墙间搭接较好,墙体水泥砂混合均匀,密实无空洞,无残缺,墙体完整。第二组孔间距1.2m。在粘土层中形成的板墙平均直径为:1.7m,板墙厚度为:53.3cm,在砂层中形成的板墙直径为:1.9m,板墙厚度为:53.3cm。形成的板墙均匀连续,板墙间搭接很好,墙体水泥砂混合均匀,密实无空洞,无残缺,墙体完整。第三组孔间距1.0m。高压摆喷在粘土层中形成的板墙直径为:1.8m,板墙厚度为:41.7cm,在砂层中形成的板墙直径为:2.0m,板墙厚度为:60.0cm。形成的板墙连续搭接很好,墙体密实,但墙体厚度较大,局部出现墙体重叠堆积,外形不均匀。造成该种现行原因分析为:因孔间距较小,由于在I序孔喷射结束后形成的墙体强度较低,在II序孔喷射时将先期形成的墙体破坏造成重复喷射,故此形成墙体厚度不均,外形不规则。经上述数据得出如下结论:虽然1.5m孔间距形成的板墙能满足设计要求,但墙体搭接处即为高压喷射板墙直径最大值(临界值),增加了施工的不安全性;1.2m孔间距形成的板墙从搭接情况来看较1.5m孔间距形成的板墙要好,容易保证施工质量,较1.5m钻孔间距成本稍高;1.0m孔间距形成的板墙厚度较大,使整个工程造价提高,不经济。因此,在保证施工质量又不过度增加工程造价的前提下,钻孔间距调整为1.3m。2.2高压喷灌施工工艺2.3主要施工技术2.3.1坝体整体地基细砾与黏砂地层钻孔直径在Φ110mm-Φ130mm,施工时为了保护坝体的安全与稳定,坝体部分采用无水干钻,对坝基部分粘性土、淤泥质粘土、砾质粗砂和细砾使用泥浆钻进。终孔后进行钻孔测斜,全部钻孔进行三次孔深、方位角、顶角测量,出现钻孔坍塌时进行扫孔和清孔。2.3.2高喷灌浆搭接长度设计高喷管下入孔底后要保证水、气、浆口通畅,不堵塞。灌浆时经常测试水泥浆液密度和回浆密度,高喷灌浆严格按照试验确定后的参数进行,因事故、拆卸高喷管导致灌浆中断,恢复灌浆时保证搭接长度在设计允许值以内。高喷灌浆过程中钻孔串浆时及时进行扫孔,扫孔后进行复喷。2.3.3封孔2.3.3.1.粘土球的制造将填筑坝体粘土运至坝面,经过风干、凉晒后经压球机制成粘土球,粘土球晴天晾晒,雨天成堆用塑料布覆盖备用。2.3.3.2、选择孔封孔前扫孔至208.0m高程,用特制抽筒将钻孔内残留的水、泥浆抽干。2.3.3.3.填充和破碎粘土球按设计要求将粘土球分层填入孔内达到规定厚度,分层击实直至孔口以下40cm,剩余40cm用混凝土经振捣后继续封孔至坝顶。2.4松脱、高压喷射注浆高压喷射注浆对细颗粒地层是比较适宜的,但对掺有大颗粒的地层,只要工艺参数选择适当,仍能形成良好的连续防渗凝结体。其主要原因是,因为水气喷射使颗粒周围的细颗粒被升扬至换出地面,造成原地层结构的局部松脱,大颗粒在射流作用下,一般会产生位移移动,甚至被掀动,有利于浆液袱裹充填。在含有细颗粒地层特别是致密的粘土大的土层中,进行高压喷射注浆时,水气喷射过程中将使喷射影响范围内的土层颗粒别切削搅动,形成泥浆,并且在升扬置换作用下冒出地面,其稠度和采用的喷射形式直接相关。冒出浆液的相对密度,定喷较小,摆喷较大,旋喷最大,有时相对密度可高达1.7kg/cm3,为使搅拌范围进入较多的喷射泥浆,先实行水气喷射,暂不注浆,以升扬置换地层颗粒,然后提升到一定高度,当返浆相对密度小于1.2kg/cm3时,再将喷射管路下落,实行水气浆二次喷射,这样形成的凝结体将会获得较高的凝结强度。2.5层分段喷射工艺坝体无水干钻,坝基砂、砾质粗砂、细砾层泥浆护壁钻进,其目的是为了降低钻孔时对坝体的冲刷、扰动破坏。深厚砂砾石层分段喷射工艺,地质条件复杂高喷最深区段高喷管一次下不到孔底,在高喷管下入位置起喷至208m,扫孔后继续下高喷管到一定位置起喷至第一次起喷上部0.5m,循环以上步骤直至终孔。高喷墙连续性、整体性能检测采用无损检测技术进行。本次高喷灌浆使用轮胎式、液压步履式高喷台车,搬迁、移动方便,高喷起落自如,钻孔遇有少量沉淀可振动下管。3新立城水库大坝底部高压喷灌效果3.1桩号2+400.2+c高喷板墙的连续性和整体性能是用物探手段对高喷板墙墙体进行无损检测。检测部位为桩号0+418.2-0+440.2;0+968.1-0+990.1;1+335-1+398.1;1+669.4-1+691.4;2+211.7-2+233.7。检测结果表明桩号0+430.2,深度20-26m,桩号0+967.1,深度22-26m为低速区;桩号0+986.1-0+990.1,深度12-18m区为高速溢浆区。通过检测,大坝高压摆喷灌浆墙体总体密实、连续、完整,深度距达到设计要求,局部存在低速区和高速区,从波速数值看无论是低速区或高速区都能够满足设计和坝基防渗体的要求。3.2高喷板表面渗透性能3.2.1渗透系数验算由高喷板墙质量检查井注水试验统计,8个围井共进行了8次注水试验,仅有5号围井W5渗透系数为1.0×10-6cm/s,为设计值的最小值,其余4个围井渗透系数均远远小于设计值i×10-6cms,说明高喷板墙的防渗性能较好。3.2.2高喷板墙对压实井高喷灌浆后渗流量的影响按照不同单元高喷灌浆施工截止日前后观测数据统计其最大值、最小值、平均值,经比较得出:各减压井灌浆后坝基渗流量明显减少,按单元对应的减压井数量有90%减压井高喷灌浆后堰上水头是下降的,以上数据说明通过本次高喷灌浆所形成的高喷板墙对降低减压井堰上水头起到积极作