高壓旋噴防滲墻在實(shí)際工程中的運(yùn)用

1、高壓旋噴防滲墻在實(shí)際工程中的運(yùn)用路立仁 摘 要:新能大山口二級(jí)水電廠(chǎng)一期圍堰防滲在施工過(guò)程中，根據(jù)地質(zhì)條件，采用了高壓旋噴技術(shù)，從組織施工到防滲使用，大大的縮短了工期，節(jié)省了工程投資，為首部樞紐的施工提供了安全保障和進(jìn)度保障。 關(guān)鍵詞:圍堰 施工 高壓旋噴 防滲 進(jìn)度引 言水利水電工程建設(shè)中，防滲是一項(xiàng)必不可少的施工程序，因此，有塑性混凝土防滲墻、帷幕灌漿、高壓旋噴防滲墻等多種防滲形式，其中，高壓旋噴防滲墻是利用鉆車(chē)鉆孔至巖石，再利用高噴臺(tái)車(chē)，將水泥漿液按照一定的比例高壓旋轉(zhuǎn)噴人鉆孔，高壓的漿液在高壓下，通過(guò)地下裂隙慢慢滲入，從而形成連續(xù)的防滲墻體，是一種高效、安全、節(jié)資的施工方法。一、工程概

2、況1.概況大山口二級(jí)水電站工程等別為等，工程規(guī)模為?。?）型，主要建筑物等級(jí)為4 級(jí)，次要建筑物為4 級(jí)，臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別為5 級(jí)。根據(jù)大山口水文站資料統(tǒng)計(jì)：開(kāi)都河的冰情多發(fā)生在每年的10 月下旬至次年3 月上旬。大山口水文站多年平均流量為110.45m3/s，多年平均徑流量34.9×108m3。大山口水文站年徑流量系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用矩法估算，經(jīng)P-型曲線(xiàn)適線(xiàn)確定。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。表1 入庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流成果表適用結(jié)果頻率（%）均值CvCs5102550759095110.450.211.26155141.6122.4105.893.485.382.22.工程地質(zhì)條件圍堰堰址附近河道寬

3、98m，現(xiàn)代河床寬64.0m，河床高程1348.0m左右。河床漂石分布連續(xù)，厚度15.5-19.0m，中等密實(shí)，根據(jù)試驗(yàn)成果，天然狀態(tài)濕密度2.34g/cm3，干密度2.31g/cm3，最大干密度2.40 g/cm3，最小干密度2.0g/cm3，含水率1.5%，比重2.72，相對(duì)密度0.81，自然休止角35.1°，滲透系數(shù)1.07×10-2cm/s。下伏基巖巖性為中泥盆統(tǒng)薩阿爾明組下亞組灰?guī)r，灰灰白色，厚層狀，弱風(fēng)化帶厚4.5-5.0m，縱波速度Vp3500-4200m/s；微新鮮基巖Vp=5850m/s。灰?guī)r（微風(fēng)化新鮮基巖）顆粒密度為2.70-2.71g/cm3、自然吸

4、水率為0.32-1.03%、飽和吸水率為0.35-1.09%、孔隙率1.11-2.59%、烘干后抗壓強(qiáng)度61.1-73.5MPa、飽和抗壓強(qiáng)度23.1-36.0MPa、軟化系數(shù)0.38-0.49，烘干后抗剪強(qiáng)度c為1.2- 1.8MPa、°、浸水后抗剪強(qiáng)度c為0.8-1.0MPa、·°。3.圍堰結(jié)構(gòu)及防滲體設(shè)計(jì)3.1 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一期圍堰結(jié)構(gòu)形式采用土石圍堰結(jié)構(gòu)。圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年十年一遇洪水，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量Q=861m3/s時(shí)，上游堰前水位為1351.59m，下游堰前水位為1349.5 m，圍堰堰頂高程為1352.50m，堰頂寬為6.0m，最大堰高3.5m，圍堰迎

5、水面和背水側(cè)邊坡分別為1:1.5及1:1，一期圍堰長(zhǎng)501.52m，迎水側(cè)采用鋼筋石籠護(hù)腳、大塊石護(hù)坡。3.2 圍堰防滲體設(shè)計(jì)圍堰防滲體0+0000+130段采用高壓旋噴防滲墻深入基巖0.5m，0+1300+200段采用懸掛式高壓旋噴防滲墻至1340高程，防滲體頂高程與圍堰頂高程一致；0+2000+501.52段采用粘土心墻及粘土截水槽防滲，堰前水位1350（標(biāo)準(zhǔn)斷面高程，實(shí)際按河床水流縱坡設(shè)定）高程以下為粘土截水槽防滲，底高程1340，底寬1.25m，內(nèi)外坡比1:0.75，堰前水位高程以上為粘土心墻防滲，心墻頂寬1m，內(nèi)外按1：0.3的坡度向下放大，并與粘土截水槽良好結(jié)合；子堰采用結(jié)構(gòu)60c

6、m塑性砼防滲墻進(jìn)行防滲。施工期堰基滲水輔助大功率水泵強(qiáng)排水施工。3.3高壓旋噴墻工程量見(jiàn)表2序號(hào)項(xiàng)目單位一期圍堰1高壓旋噴墻m23865二.施工工藝流程高噴灌漿防滲墻施工工藝流程見(jiàn)圖1。轉(zhuǎn) 移 臺(tái) 車(chē)施工場(chǎng)地平整鉆機(jī)調(diào)試布孔、定位施 工 準(zhǔn) 備跟管鉆進(jìn)管 路 沖 洗旋噴提升終 噴高噴臺(tái)車(chē)移位回灌前一孔高噴孔回填及夯實(shí)下 噴 漿 管制 漿終 孔 驗(yàn) 孔噴 射高噴臺(tái)車(chē)就位高壓水壓縮氣試 噴圖1 高噴灌漿施工工藝流程圖三 施工措施1.風(fēng)、水、電布置 供風(fēng)：為滿(mǎn)足工程需要并結(jié)合施工用風(fēng)設(shè)備的布置，施工時(shí)選用1臺(tái)參數(shù)為W-3.5/7的空壓機(jī)，其排氣壓力為0.81.0mpa,高噴臺(tái)車(chē)后架上配置一臺(tái)進(jìn)行供風(fēng)

7、。 供水：施工生產(chǎn)用水在一期圍堰外側(cè)水流中布置3臺(tái)潛水泵（其中一臺(tái)備用），從開(kāi)都河中抽水以滿(mǎn)足本工程的生產(chǎn)用水。 供電及照明：施工用電從業(yè)主提供的630KVA變壓器接入后自低壓側(cè)電線(xiàn)引至各個(gè)施工點(diǎn)，施工面安裝配電柜，用電設(shè)備從配電柜接線(xiàn)用電。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證夜間場(chǎng)地照明，擬在右岸適當(dāng)位置設(shè)立3.5KW太陽(yáng)燈作為場(chǎng)地照明，燈架用型鋼制作。開(kāi)挖面選用1.0KW碘鎢燈照明。 2.制漿系統(tǒng)本工程灌漿施工相對(duì)較集中，根據(jù)施工部位和現(xiàn)場(chǎng)地形，建制施工漿站。制漿站設(shè)置在1#-2道路上游處。制漿站采用腳手架管搭設(shè)，建筑面積100m2。儲(chǔ)灰平臺(tái)用架管鋪設(shè)，彩鋼瓦蓋頂。制漿站儲(chǔ)灰量需滿(mǎn)足3天用量。制漿站布

8、置LSJ-1500型高速制漿機(jī)一臺(tái)、JJS-2B低速攪拌機(jī)一臺(tái)。 3.施工排污系統(tǒng)在施工場(chǎng)面排污進(jìn)行全面規(guī)劃，開(kāi)挖排漿溝和集漿池，建立排污系統(tǒng),互相連通，施工廢水、廢漿集中統(tǒng)一排放至主排污系統(tǒng)，施工廢渣等固相物體運(yùn)至棄渣場(chǎng)，經(jīng)沉淀后的漿液通過(guò)排污溝或排污泵排到監(jiān)理指定的地點(diǎn)。四.高壓噴射灌漿防滲墻 1.基礎(chǔ)防滲形式確定高噴灌漿形式確定根據(jù)高噴灌漿不同形式特點(diǎn)，旋噴噴射時(shí)，噴嘴一面提升一面旋轉(zhuǎn)，形成柱樁凝結(jié)體；擺噴噴射時(shí)，噴嘴一面提升一面擺動(dòng)，形成亞鈴狀凝結(jié)體；定噴噴射時(shí)，噴嘴一面提升一面噴射，噴射方向始終固定不變，形成板狀凝結(jié)體。根據(jù)新的水工建筑物防滲工程高噴灌漿技術(shù)規(guī)范規(guī)定，定噴適應(yīng)于粉土、

9、砂土；擺噴、旋噴適應(yīng)于粉土、砂土、礫石和卵（碎）石地層。結(jié)合設(shè)計(jì)提供地質(zhì)的描述及項(xiàng)目部所做的地質(zhì)前期補(bǔ)充勘探：閘壩區(qū)河床漂石分布連續(xù)，厚度15.519.0m，中等密實(shí)，分布的孤石最大粒徑為40cm。經(jīng)綜合比較，為滿(mǎn)足圍堰防滲要求，高噴灌漿形式選用旋噴。高噴灌漿種類(lèi)確定優(yōu)缺點(diǎn)分析單管法是利用高壓泥漿泵裝置，以30MPa左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去，形成的射流沖擊破壞土體，同時(shí)借助灌漿管的提升或旋轉(zhuǎn)，使?jié){液與從土體上崩落下來(lái)的土?；旌蠐綌?，凝固后形成凝結(jié)體。它的優(yōu)點(diǎn)是，水灰比易控制，冒漿浪費(fèi)少，節(jié)約能源等。該方法適用于淤泥、流砂等地層。但由于該方法需要高壓泵直接壓送漿液，形成凝結(jié)體的長(zhǎng)度（柱

10、徑或延伸長(zhǎng)）較小。一般樁徑可達(dá)0.5-0.9m，板墻體延伸達(dá)1.0-2.0m。適用于加固軟土基礎(chǔ)。二管法是利用兩個(gè)通道的注漿管，通過(guò)在底部側(cè)面的同軸雙重噴射，同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣兩種介質(zhì)射流沖擊破壞土體，即以高壓泥漿泵等高壓發(fā)生裝置用30MPa左右壓力將漿液從內(nèi)噴嘴中高速?lài)姵?，并?.7MPa0.8MPa 的壓縮空氣，從外噴嘴（氣嘴）中噴出。在高壓漿液射流和外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞泥土的能量顯著增大，與單管法相比，在相同的壓力作用下其形成的凝結(jié)體長(zhǎng)度可增加一倍左右。適用于加固軟土地基及粉土、砂土、礫石、卵（碎）石等地層的防滲加固。作為在單管和二管法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的三管法，當(dāng)采用不同的

11、噴射形式時(shí)，可在土層中形成各種不同形狀的凝結(jié)體。三管法由于可用高壓水泵直接壓送清水，機(jī)械不易磨損，可使用較高的壓力，形成的凝結(jié)體長(zhǎng)度較二管法大。在很大程度上提高了施工效率，但須使用高壓水泵獲得更高的噴射壓力，從而因高壓水的作用增加了冒漿量，增加了材料消耗。 灌漿種類(lèi)確定根據(jù)本工程施工特點(diǎn)、工程規(guī)模、施工進(jìn)度要求，結(jié)合單管法、二管法、三管法施工要求、作業(yè)條件、存在的優(yōu)缺點(diǎn)，圍堰施工灌漿采用三管法。 高壓噴射灌漿防滲墻凝結(jié)體連接方式確定因凝結(jié)體切割式連接是在先期形成的凝結(jié)體強(qiáng)度不高時(shí)，后期噴射流可以把它沖切割開(kāi)，形成插入連接；焊接式連接是在先期形成的凝結(jié)體強(qiáng)度高，噴射流難以將其切割，在噴射流作用下

12、，將其表面沖刷剝離潔凈，新的漿液再與之凝結(jié)。根據(jù)本工程進(jìn)度要求及施工特點(diǎn)，結(jié)合施工區(qū)地質(zhì)情況，高壓噴射灌漿防滲墻采用切割式。高壓旋噴墻其他參數(shù)的確定如下表表3 高噴灌漿施工參數(shù)表高噴灌漿確定參數(shù)水壓力(MPa)3840氣壓力(MPa)0.60.8流量(L/min)7080噴嘴（個(gè)）2噴嘴（個(gè)）2流量（m3/min）0.81.2噴嘴直徑（mm）1.701.90環(huán)狀間隙（mm）1.01.5漿壓力(MPa)0.21.0密度（g/cm³）1.60(水灰比0.75:1）流量(L/min)65噴嘴（個(gè)）1漿嘴直徑（mm）612回漿密度（g/cm3）1.2轉(zhuǎn)速r/min（0.81.0）V提升速度V

13、(cm/min)11cm/min 2.施工方法 2.1 造孔測(cè)量放線(xiàn)定出孔位和高噴防滲墻中心線(xiàn)，高噴防滲墻采用YGL-100D全液壓跟管鉆機(jī)鉆進(jìn)造孔，下設(shè)直徑110mm的PVC管。鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心。為保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆機(jī)就位后必須采用水平尺校核垂直度，鉆頭直徑為150mm。 鉆孔施工工序放線(xiàn)布孔鉆機(jī)就位鉆機(jī)找平開(kāi)孔、糾斜鉆進(jìn)、糾斜終孔取鉆桿下設(shè)PVC管測(cè)斜終孔驗(yàn)收。 鉆孔施工 鉆孔分二序施工，先施工序孔，再施工序孔。相鄰孔施工時(shí)間間隔不少于24h。 鉆孔質(zhì)量要求：鉆機(jī)就位、安放在設(shè)計(jì)的孔位上，管架定位準(zhǔn)確、安裝平穩(wěn)，鉆孔孔位偏差不大于50mm，鉆孔孔徑應(yīng)大于噴射管外徑20mm以上，孔深小于3

14、0m時(shí)，鉆孔孔斜率不應(yīng)超過(guò)1%，鉆孔有效深度應(yīng)伸入基巖高程0.5m。 鉆孔及鉆孔記錄：鉆孔過(guò)程中，詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況判斷地層分層深度，大塊石的分布、埋深、粒徑及架空、漏失、串通等情況，并停鉆測(cè)量余尺，準(zhǔn)確記錄其厚度及埋深。 鉆孔驗(yàn)收：鉆孔結(jié)束后，對(duì)鉆孔孔深、孔斜進(jìn)行驗(yàn)收，不符合要求的孔要重鉆。2.2高噴灌漿施工因一期圍堰屬臨時(shí)性工程且圍堰基礎(chǔ)多布漂石及礫卵石，為保證成墻質(zhì)量采用柱板式施工布置形式，孔距1.0m，鉆孔分兩序施工。鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)跟管鉆入，高壓旋噴成墻。其單排孔布孔形式見(jiàn)下圖5-1。高噴灌漿分序施工，先施工序孔，后施工序孔。高壓水

15、壓力采用3840Mpa，空壓機(jī)風(fēng)壓壓力0.60.8MPa；灌漿泵壓力為0.21.0mpa，提升速度為11cm/min。圖2 高壓旋噴布孔圖 高噴灌漿工藝流程臺(tái)車(chē)行走、就位及調(diào)試噴具組裝及檢查地面試噴下噴具靜噴、旋噴提升孔口注漿、回灌、封孔高噴臺(tái)車(chē)移位。 高噴施工分序：分兩序，相鄰次序孔施工時(shí)間間隔不少于24h。 高噴注漿:當(dāng)噴具下入到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)旋擺機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使之達(dá)到設(shè)計(jì)值，待孔口返漿比重符合要求后，開(kāi)始提升，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過(guò)程中，時(shí)刻注意檢查施工機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，風(fēng)水漿的流量、壓力，進(jìn)漿、回漿比重及旋轉(zhuǎn)、提升速

16、度等參數(shù)是否符合要求。 高壓噴射灌漿應(yīng)自下而上進(jìn)行，灌漿過(guò)程中應(yīng)達(dá)到：A 高壓灌漿設(shè)備的額定壓力和灌漿量應(yīng)符合施工圖紙要求，并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。B 風(fēng)、水、漿均應(yīng)連續(xù)輸送，水泥漿液的高壓噴射作業(yè)不得停噴或中斷。 三重管機(jī)具試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高壓水泵泵壓保持3840 MPa，流量7080L/min；空壓機(jī)風(fēng)壓保持0.60.8MPa；泥漿泵泵壓保持0.21.0MPa，排量65L/min，同軸噴射。 水泥漿液應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)濾，防止噴嘴在噴射作業(yè)時(shí)堵塞。 應(yīng)按監(jiān)理人指示定期測(cè)試水泥漿液密度，漿液水灰比為0.75:1，其相應(yīng)漿液密度為1.60g/cm，施工當(dāng)中漿液密度應(yīng)保持上述指標(biāo)時(shí)。 因故停噴后重新恢

17、復(fù)施工前時(shí)，應(yīng)對(duì)中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，搭接長(zhǎng)度不得小于0.5m，采取重疊搭接噴射處理后，方可繼續(xù)向上提升及噴射灌漿，并應(yīng)記錄中斷深度和時(shí)間。 施工過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿（水）泵的壓力、漿液流量、空壓機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，必須查明原因，及時(shí)進(jìn)行處理。 噴射作業(yè)完成后，應(yīng)利用回漿或水泥漿及時(shí)進(jìn)行回灌，直到孔口漿面不下降為止。高噴工藝參數(shù)高噴工藝參數(shù)如表3所示：表3 高噴工藝參數(shù)表高噴形式旋動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)速度次高壓水壓縮空氣進(jìn) 漿提升速度 排量 L/min壓力 MPa排量M3/min壓力 MPa排量 L/min壓力 MPa比重cm/min旋噴360°6870

18、8038400.81.20.60.8650.21.01.60112.3 特殊情況處理 高噴因故中斷后立即停止提升，記錄中斷深度，并盡快恢復(fù)。機(jī)械故障要盡力縮短中斷時(shí)間，若短時(shí)間不能恢復(fù)的，提出噴具，用水沖洗干凈，待故障處理后，將噴具下入原中斷位置以下0.5m繼續(xù)進(jìn)行噴射灌漿。 高噴過(guò)程中噴具出現(xiàn)堵塞時(shí)，提出噴具進(jìn)行處理并記錄中斷深度。處理完畢后，若孔深能滿(mǎn)足深度要求，下入噴具到中斷深度以下0.5m繼續(xù)進(jìn)行噴灌作業(yè)，不能滿(mǎn)足要求的，重新造孔。 高噴灌漿過(guò)程中，若孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重漏漿，可采取以下措施進(jìn)行處理： 孔口不返漿，應(yīng)立即停止提升；孔口少量返漿時(shí)，應(yīng)降低提升速度。 降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿。 在漿液中摻入速凝劑。 加大漿液濃度或灌注水泥砂漿、水泥粘土漿等。 向孔內(nèi)填入砂、土等堵漏材料。 高噴灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)填堵串漿孔，待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后，盡快對(duì)串漿孔掃孔，進(jìn)行高噴灌漿，或繼續(xù)鉆孔。孤石處理在高壓旋噴過(guò)程中，根據(jù)鉆孔記錄，在噴至孤石深度時(shí)，采取上、下50cm加大旋轉(zhuǎn)速度、放慢提升速度的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使柱體連續(xù)完整。 上游堰肩滲漏在高壓旋噴過(guò)程中，對(duì)上游堰肩部位滲透凝結(jié)層可能無(wú)法到達(dá)的部位，