基礎(chǔ)遇深層粉細(xì)沙層巖溶.doc

深層充填粉細(xì)沙層巖溶采用新三管中壓漿往復(fù)高噴成墻施工技術(shù)中國(guó)水利水電第九工程有限公司劉啟國(guó)【摘要】在大型水庫(kù)基礎(chǔ)處理施工中，不可避免的遇到深層巖溶處理問(wèn)題，在深層巖溶中遇到粉細(xì)沙層時(shí)處理尤為困難，高水頭水庫(kù)防滲帷幕要確保滲流系數(shù)達(dá)到防滲標(biāo)準(zhǔn)，需要徹底解決帷幕線區(qū)域內(nèi)的巖溶地質(zhì)。四川武都水庫(kù)基礎(chǔ)處理難度為國(guó)內(nèi)僅有，世界少有難度的基礎(chǔ)處理工程，在底層廊道KS1沙層段采用常規(guī)帷幕灌漿施工時(shí)出現(xiàn)灌漿效果差，灌后無(wú)法成孔等現(xiàn)象，無(wú)法形成完整的帷幕墻，為解決這一重大技術(shù)難題，中國(guó)水利水電基礎(chǔ)局有限公司、中國(guó)水利水電第九工程局有限公司聯(lián)合四川省設(shè)計(jì)院、國(guó)電貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院及國(guó)內(nèi)知名水電基礎(chǔ)處理專家開(kāi)展了技術(shù)創(chuàng)新，取得了深層粉細(xì)沙層巖溶基礎(chǔ)處理國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、國(guó)際領(lǐng)先的新工藝，同時(shí)形成了全液壓潛孔鉆高精度造孔施工工藝，取代了長(zhǎng)期以來(lái)地質(zhì)回旋鉆垂線孔造孔工藝。由于在深層全充填粉細(xì)沙層巖溶基礎(chǔ)處理防滲效果顯著，技術(shù)先進(jìn)，工效較高，故有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?！娟P(guān)鍵詞】深層巖溶 粉細(xì)沙層 新三管中壓漿 往復(fù)噴1 工程概況四川武都水庫(kù)工程位于四川省江油市武都鎮(zhèn)上游約4km，是涪江上一座具有防洪、灌溉、發(fā)電、供水、改善環(huán)境、旅游和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用效益的龍頭水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容5.72億m3，電站裝機(jī)容量為350MW，樞紐主要建筑物有碾壓混凝土重力壩和壩后式廠房等。水庫(kù)壩址位于涪江武都河段上游約4km的摸銀洞，壩型為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程660.34m，壩頂長(zhǎng)度736.0m，最大壩高120.34m。在底層帷幕軸線上經(jīng)專項(xiàng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)分布有粉細(xì)沙層，樁號(hào)為底洞0+031.00底洞0+051.00樁號(hào)、高程EL498EL518區(qū)域，形狀及厚度不規(guī)則，上下游范圍不確定，在該部位下游排帷幕灌漿施工時(shí)出現(xiàn)灌后塌孔、孔口返細(xì)沙等現(xiàn)象，為檢驗(yàn)該沙層段帷幕灌漿效果，在該部位下游排帷幕軸線上布置臨時(shí)檢查孔，檢查孔在砂層段不能成孔，常規(guī)水泥灌漿效果不明顯。2010年4月2日，業(yè)主在組織召開(kāi)了“武都水庫(kù)底層帷幕灌漿深層巖溶處理施工與技術(shù)方案研討會(huì)”并形成會(huì)議紀(jì)要，與會(huì)的專家達(dá)成一致意見(jiàn)，對(duì)該部位粉細(xì)沙層段防滲帷幕先采用高噴處理。2 該技術(shù)特點(diǎn)（1）利用全液壓潛孔鉆機(jī)加扶正器造孔替代地質(zhì)回旋鉆機(jī)垂線孔造孔工藝，工效提高10倍以上，并能以較高工效穿越深層粉細(xì)沙層巖溶，并能將部分粉細(xì)沙吸出孔外，降低了沙層的密實(shí)度，造孔精度也遠(yuǎn)高于地質(zhì)回旋鉆垂線孔造孔精度。（2）采用新三管法中壓漿往復(fù)噴施工工藝巧妙的解決了以往施工中的高噴成孔難、水漿噴嘴易堵、水壓?jiǎn)我磺懈畎霃叫?、漿液濃度低等問(wèn)題。（3）該施工工法工效高、工程質(zhì)量較易保證。3工藝原理采用全液壓潛孔鉆機(jī)加扶正器造孔穿過(guò)粉細(xì)沙層巖溶，利用高噴機(jī)將三重噴管下至巖溶沙層頂部，用高壓水（大于35MPa）、中壓漿（大于15MPa）、中壓風(fēng)（大于0.8MPa）從頂部旋轉(zhuǎn)切割沙層下噴，噴至穿過(guò)沙層進(jìn)入基巖50cm，到達(dá)底部后，待孔口返漿達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后開(kāi)始旋轉(zhuǎn)切割上噴，轉(zhuǎn)速與提升或下降速度根據(jù)沙層的密實(shí)度確定，利用高壓水和中壓濃漿結(jié)合風(fēng)壓保護(hù)水擊和排氣，將粉細(xì)沙與水泥漿液結(jié)合在一起，形成密實(shí)帷幕防滲墻體。4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)4.1施工工藝流程施工準(zhǔn)備 全液壓潛孔鉆機(jī)造孔施工 新三管中壓漿下降噴射 新三管中壓漿提升噴射 置換封孔 檢查孔施工。4.2操作要點(diǎn)4.2.1全液壓潛孔鉆造孔施工造孔孔徑及施工工藝根據(jù)巖石條件、巖溶埋深、粉細(xì)沙層厚度等因素確定，可采用全液壓潛孔鉆偏心正循環(huán)帶鋼套段鉆進(jìn)和直沖反循環(huán)抽沙鉆進(jìn)，對(duì)深層巖溶沙層一般較密實(shí)，沙層較薄，一般為5m20m厚，因?yàn)樯硨勇裆钶^深，在施工中較易采用直沖反循環(huán)抽沙鉆進(jìn)，穿過(guò)沙層進(jìn)入基巖0.5m，（直沖正循環(huán)鉆孔施工工藝流程參見(jiàn)圖1，直沖反循環(huán)成孔鉆孔成孔示意圖參見(jiàn)圖2，以下為施工中的具體要求及注意事項(xiàng)和施工方法：圖1直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程圖 圖2直沖反循環(huán)鉆孔成孔示意圖1、施工要求及注意事項(xiàng)1）嚴(yán)格控制鉆機(jī)開(kāi)孔精度，為方便鉆機(jī)就位和錨固，混凝土蓋板上沿高噴軸線鋪設(shè)兩榀工字鋼，每榀工字鋼的長(zhǎng)度與高噴軸線長(zhǎng)度一致，用水準(zhǔn)儀對(duì)工字鋼進(jìn)行校平后固定。2）根據(jù)施工控制點(diǎn)，利用全站儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放孔，將要鉆進(jìn)的高噴孔的孔位測(cè)放點(diǎn)，高噴孔孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于2cm；鉆機(jī)就位后，用地錨鋼筋將鉆機(jī)固定在工字鋼上，校正鉆機(jī)立軸，進(jìn)行鉆孔施工，孔口導(dǎo)向管需高出混凝土蓋板20cm，防止鉆孔中流出的細(xì)沙倒灌。 3）鉆進(jìn)過(guò)程中每1.5米加一個(gè)孔斜扶正器，確保鉆孔精度，同時(shí)及時(shí)用高精度測(cè)斜儀進(jìn)行孔斜測(cè)量。如發(fā)現(xiàn)孔斜超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔斜，立即停止鉆進(jìn)，進(jìn)行糾偏或?qū)⒃谆靥詈笾匦麻_(kāi)孔，該造孔工藝孔斜保證率較高，一般情況下不會(huì)出現(xiàn)孔斜偏大。4）鉆孔到達(dá)沙層頂部后立即起用反循環(huán)鉆程序鉆進(jìn)，將孔壁部分細(xì)沙抽出孔外，作用有兩個(gè)方面，一方面可有效阻止細(xì)沙封堵潛孔錘氣眼，另一方面可減少孔內(nèi)沙量，提高沙層內(nèi)的成孔率。5）鉆孔時(shí)，遇到孔內(nèi)涌水、漏氣、斷層、塌孔、掉塊、洞穴（沙層）等特殊情況做詳細(xì)記錄，分析鉆孔和地質(zhì)情況后進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理。6）鉆孔進(jìn)入沙層后，對(duì)鉆機(jī)的進(jìn)度及孔內(nèi)返回的雜質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，確保鉆孔穿過(guò)沙層進(jìn)入完整基巖50cm，保障后期高噴質(zhì)量。7）鉆孔結(jié)束后對(duì)孔口做好保護(hù)，防止施工異物掉進(jìn)孔內(nèi)，影響下一步高噴施工效果。2、施工方法鉆孔時(shí)采用171mm金剛石開(kāi)孔器開(kāi)孔，鉆孔深度1.0m左右后（具體長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際情況確定），下入168mm孔口導(dǎo)向管(長(zhǎng)1.2m左右)，孔口導(dǎo)向管外漏20cm，管外用水泥砂漿固結(jié)；然后用150mm沖擊器鉆進(jìn)，鉆穿溶洞頂板后，起用反循環(huán)程序穿過(guò)沙層進(jìn)入基巖0.5m，確保溶洞底部0.5m高噴灌漿的設(shè)計(jì)要求。終孔后，起拔鉆桿和沖擊器后沙層段出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象不做處理，高噴時(shí)采用往復(fù)噴法，如沙層段以上部位出現(xiàn)塌孔鉆孔可采用正循環(huán)帶鋼套管鉆進(jìn)，用高壓水清理干凈套管內(nèi)的沉砂后，下入PVC管，最后逐級(jí)起拔套管。鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關(guān)鍵因素，施工時(shí)采取以下措施進(jìn)行防斜：1）鉆機(jī)加設(shè)底座，力求鉆機(jī)工作時(shí)保持平穩(wěn)。鉆機(jī)就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整好鉆機(jī)，使開(kāi)孔鉆具保持鉛垂?fàn)顟B(tài)，用地錨將鉆機(jī)與調(diào)試好工字鋼焊接為一體。2）隨時(shí)校對(duì)立軸垂直度，加長(zhǎng)粗徑?jīng)_擊器，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的沖擊器，除開(kāi)孔外，不得使用短沖擊器，沖擊器長(zhǎng)度宜保持在2.0m左右，并在鉆進(jìn)時(shí)合理使用鉆進(jìn)參數(shù)。3）鉆孔時(shí)每1.5米進(jìn)尺加一個(gè)孔斜扶正器，全孔扶正，扶正器直徑與孔徑相同。4）鉆孔每5m進(jìn)行一次孔斜測(cè)量，對(duì)鉆孔過(guò)程適時(shí)檢測(cè)，如孔斜偏差較大，采取回填封孔法進(jìn)行糾偏，終孔測(cè)斜發(fā)現(xiàn)孔斜大于設(shè)計(jì)要求的，作為廢孔處理。因沖擊鉆造孔工效較高（可達(dá)5 m/h），糾斜主要采用回填封孔糾斜法，當(dāng)某一孔段偏斜值較大而采用糾斜方法效果不理想時(shí)可采用混凝土封填。由于封填混凝土凝固后與偏斜孔段巖石硬度相等或略高，可避免糾斜鉆進(jìn)時(shí)又回到原偏斜孔段里，因而能取得較好的糾斜效果?？孜豢仔闭`差見(jiàn)表1。表1 深層巖溶高噴施工潛孔鉆機(jī)造孔孔斜、孔位、孔深允許誤差表項(xiàng)目孔斜孔位孔深允許誤差0.7%2cm20cm4.2.2新三管中壓漿往復(fù)噴射施工1、新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝，三管噴射裝置輸送水、氣、漿三種介質(zhì)，分別用高壓水泵、空氣壓縮機(jī)、高壓泥漿泵輸送至噴射裝置，三管噴射裝置由三管噴管體、三管噴頭、三管噴嘴組成；高壓噴射注漿的成套設(shè)備分造孔、供水、供氣、供漿、噴注等五大系統(tǒng)和其他配套設(shè)備等六個(gè)部分。2、高噴施工主要工序與技術(shù)措施1)地面試噴將高噴機(jī)移至孔口處，先進(jìn)行地面漿、氣、水試噴，檢查各管路是否暢通，檢驗(yàn)合格后向成孔內(nèi)下入噴射管。2)技術(shù)措施 高壓噴射灌漿采用新三管法施工工藝，為新工藝施工，本次高噴孔孔深最深處達(dá)80米，施工時(shí)要求使用高壓水、高壓漿、壓縮空氣。與常規(guī)三管法相比工藝有以下幾方面改進(jìn)： 漿壓由老三管的0.2 MPa 1.0 MPa改為15MPa20MPa，進(jìn)漿密度由常規(guī)新三管法的1.45Kg/L1.50Kg/L提升至1.70Kg/L1.75Kg/L，漿液壓力在老三管法的基礎(chǔ)上提升，進(jìn)漿密度在新三管法的基礎(chǔ)上提升，充分吸取了常規(guī)新老三管高噴的各自優(yōu)點(diǎn)，對(duì)高噴的質(zhì)量進(jìn)一步加強(qiáng)， 高噴采用往復(fù)噴射，解決了沙層段成孔難、易堵嘴、噴射時(shí)PVC管消耗量大等因素。具體噴射方法：高噴管下至沙層頂部后，按氣、水、漿順序開(kāi)啟，待孔口返出水泥漿后，達(dá)到回漿標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)始按表2中參數(shù)要求進(jìn)行高壓噴射灌漿。高噴灌漿先為自上而下均勻連續(xù)進(jìn)行，穿過(guò)沙層到達(dá)設(shè)計(jì)孔底后，回漿達(dá)到設(shè)計(jì)要 求標(biāo)準(zhǔn)后開(kāi)始自下而上噴射施工，提升過(guò)程中因拆卸噴射管而中斷時(shí)，重復(fù)高噴灌漿長(zhǎng)度不小于0.5m。噴漿中因機(jī)械故障中斷時(shí)，盡量縮短中斷時(shí)間，及早恢復(fù)灌漿，且續(xù)噴時(shí)應(yīng)復(fù)噴0.5米以保證高壓旋噴體的連續(xù)性。如中斷時(shí)間超過(guò)2小時(shí)，則應(yīng)掃孔后重新噴射。高噴時(shí)具體參數(shù)見(jiàn)表2。 表2 新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝參數(shù)表項(xiàng) 目高噴注漿技術(shù)參數(shù)備注水壓力(MPa)35水壓必須保證大于35MPa流量(L/min)7595下降時(shí)取小值噴嘴孔徑(mm)及個(gè)數(shù)2.2 (2個(gè))氣壓力(MPa)0.61.2上噴時(shí)取大值流量(m3/min)0.81.2噴嘴個(gè)數(shù)2個(gè)漿壓力(MPa)15壓力不易過(guò)大，容易堵嘴流量(L/min)80100一般情況取大值水灰比0.6：1進(jìn)漿密度(g/cm3)1.651.75一般情況取大值回漿密度(g/cm3)1.2必須大于1.2 g/cm3噴嘴孔徑(mm)及個(gè)數(shù)2.6(2個(gè))可取一個(gè)，孔徑適當(dāng)加大下降或提升速度(cm/min)1015提升時(shí)取小值旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)/min)1015提升時(shí)取小值水漿噴嘴間距（cm）204.2.3置換封孔及工程質(zhì)量檢查技術(shù)1、封孔高噴結(jié)束后，從孔底逐級(jí)起拔噴管，并及時(shí)進(jìn)行孔口補(bǔ)漿，漿液沉淀后采用水泥砂漿置換孔內(nèi)泌水，孔口搗實(shí)磨平。2、工程質(zhì)量檢查工程質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)合物探測(cè)試及孔內(nèi)錄像的檢測(cè)手段檢測(cè)進(jìn)行，主要對(duì)壓水呂榮值和沙層部位取芯抗壓技術(shù)進(jìn)行分析，以及對(duì)工程資料和測(cè)試成果的分析，綜合評(píng)定。檢查孔壓水試驗(yàn)應(yīng)在高噴結(jié)束14d后進(jìn)行。程度的簡(jiǎn)化了施工工序和施工成本，并減少了PVC管對(duì)水漿噴射的阻力，更易保證工程質(zhì)量。5 施工及質(zhì)量情況鉆孔施工共計(jì)有效時(shí)間為36天（高噴施工時(shí)停止鉆孔），共計(jì)完成鉆孔6190m，投入2臺(tái)鉆機(jī)，單機(jī)月完成強(qiáng)度2600m/月，鉆孔時(shí)采用全液壓潛孔鉆機(jī)返循環(huán)直沖鉆孔，每鉆進(jìn)1.5米加一個(gè)與孔內(nèi)徑一致的扶正器，每鉆進(jìn)10米進(jìn)行一次孔斜檢測(cè)，鉆孔將穿過(guò)沙層進(jìn)入基巖0.5米，孔斜檢測(cè)最大0.66%，最小的0.15%，孔斜保證率為100%。高噴采用新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝，對(duì)現(xiàn)鉆穿的一序孔進(jìn)行高噴施工，施工參數(shù)與上述參數(shù)一致，高噴共計(jì)完成895m，共計(jì)耗水泥953噸，單位耗灰1061Kg/m，其中一序孔456m，耗灰551噸，一序孔單耗1208Kg/m，二序孔439m，耗灰402噸，二序孔單耗918Kg/m，對(duì)沙層段采用上下往復(fù)噴射施工，在二序孔施工過(guò)程中孔內(nèi)返沙相對(duì)一序有明顯減少，沙層得到有效的凝固和置換。采用潛孔鉆加扶正器返循環(huán)造孔新三管中壓漿往復(fù)高噴施工工法處理后，為確保水庫(kù)防滲體系安全可靠，進(jìn)行了檢測(cè)水庫(kù)的滲透呂榮值和巖芯強(qiáng)度檢測(cè)，均滿足水庫(kù)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)要求。施工全過(guò)程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，工程質(zhì)量評(píng)為優(yōu)良，無(wú)安全生產(chǎn)事故發(fā)生，6 結(jié)語(yǔ)高噴造孔采用全液壓潛孔鉆加扶正器高精度造孔工藝，施工工效較以往回旋鉆垂線孔造孔工藝提高10倍多，常規(guī)造孔工效約0.3m/h，該工法造孔工效達(dá)4m/h，最好可達(dá)6m/h，施工工期短；且造孔孔斜精度遠(yuǎn)高于回旋鉆垂線孔造孔工藝，工程質(zhì)量易保證，因其造孔孔斜精度高，高噴孔間排距可適當(dāng)加寬，可節(jié)約工程投資。