高壓噴射灌漿技術(shù)在水庫消險工程中的應(yīng)用

高壓噴射灌漿技術(shù)在水庫消險工程中的應(yīng)用

1高壓擺噴防滲墻技術(shù)穆棱市清河水庫位于該市8個面市的1公里處。建設(shè)于1958年，經(jīng)過多次修復(fù)和建設(shè)，年處理能力?。?）。水庫主壩坐落于清河原河道上,壩體為黏土心墻壩,壩長310m,最大壩高13.5m,壩頂寬4m。筑壩材料為壤土,含部分粗砂及卵石。受始建年代技術(shù)及施工條件所限,壩體采用人工填筑,黏土心墻與壩體局部處層次結(jié)構(gòu)并不十分清晰,經(jīng)多年運行,黏土心墻防滲效果并不理想,壩后存在大面積滲漏帶,為病險水庫。為了有效解決壩體的滲漏問題,此次水庫消險采用高壓擺噴防滲墻技術(shù),具有防滲效果好、費效比高、施工速度快等優(yōu)點。由于此項技術(shù)專業(yè)性較強,工程承包單位特地委托山東專業(yè)灌漿公司進(jìn)行施工,現(xiàn)已完成灌漿工作。2序孔與一序孔間隔時間清河水庫防滲墻采用三管法擺噴工藝,板墻為單排折線連接結(jié)構(gòu),分兩序施工,即先鉆灌一序孔后進(jìn)行二序施工,一序孔與二序孔間隔時間不少于96h,孔位布置見圖1。三管法是在二管法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,技術(shù)上要求機(jī)械配套及整合程度較高,主要機(jī)具為一套三管高壓噴射設(shè)備:包括導(dǎo)孔鉆機(jī)、漿液攪拌機(jī)、泥漿泵、高壓發(fā)生設(shè)備、高噴臺車、空壓機(jī)及高壓管路等。施工工序主要包括孔位放樣、鉆孔、漿液配制、擺噴注漿,其工藝流程見圖2所示。2.1高壓擺噴生產(chǎn)性試驗由于高壓擺噴灌漿效果受地質(zhì)條件影響較大,故在正式施工前需進(jìn)行先導(dǎo)孔鉆探及生產(chǎn)性試驗,以確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)。本工程先導(dǎo)孔沿防滲墻軸線布置,亦作為灌漿孔,共鉆探取芯9孔,自上而下地層地質(zhì)情況為:①0～4.5m為回填黏土;②4.5～9.0m為黏土細(xì)粉砂,含少量礫質(zhì)黏土;③9.0～16.0m為黏質(zhì)中粗砂,局部混雜礫石層,中度及重度滲漏;④壩基坐落于云母片巖上,局部弱風(fēng)化。參照類似工程施工經(jīng)驗,結(jié)合本工程地質(zhì)判讀情況,初步擬定1.3m及1.5m兩種孔距,進(jìn)行高壓擺噴生產(chǎn)性試驗。成墻7d后進(jìn)行開挖檢驗,發(fā)現(xiàn)兩種孔距均成墻良好,考慮費效比計,采用1.5m孔距布置。2.2施工技術(shù)高壓擺噴灌漿采用固定角度擺噴,為單排折線連接結(jié)構(gòu),灌漿材料采用P.032.5普硅水泥,具體技術(shù)參數(shù)見表1。2.3施工過程2.3.1防滲墻軸線布孔①鉆孔工序開工前布設(shè)防滲墻軸線控制點,以便隨時監(jiān)控孔位及恢復(fù)軸線;按孔距沿防滲墻軸線布孔,孔號、序號標(biāo)識清晰(本工程將孔號精確返到與防滲墻軸線平行的防浪墻上),保證定位準(zhǔn)確、按序施工。②按50m間距沿防滲墻軸線布設(shè)軸線校核樁;定孔位時采用50m鋼尺排大尺,減小累計誤差,孔位偏差不超過20mm。2.3.2鉆進(jìn)質(zhì)量控制①開始鉆孔作業(yè)前校正鉆桿豎直度,對主鉆桿要尤為保證其精度。②鉆機(jī)就位前進(jìn)行孔位周圍場地平整,保證鉆具具備平整的作業(yè)面;設(shè)置好泥漿池及排漿溝。③鉆機(jī)就位后調(diào)整其姿態(tài),要求安放水平,鉆桿保持垂直。調(diào)整水平度采用水平尺進(jìn)行,用水平尺檢查鉆桿的垂直度。水平尺沿縱橫方向檢驗鉆機(jī)工作平臺,進(jìn)尺間隔4m沿鉆桿4面檢驗其傾斜度,要求傾斜度不大于1%,保障開孔垂直。④進(jìn)尺初期應(yīng)保持輕壓、慢速,如在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)泥漿嚴(yán)重漏失、孔口不返漿時,應(yīng)重新調(diào)整泥漿比重,或采取其它堵漏措施,直到孔口返漿為止。⑤鉆進(jìn)中視地質(zhì)情況采用孔內(nèi)成漿或泥漿護(hù)壁,要求鉆進(jìn)到基巖下1.3m(為保證噴射管順利插入設(shè)計深度,預(yù)留0.30m孔內(nèi)沉積量);鉆進(jìn)時,須詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化等情況;鉆進(jìn)暫?；蚪K孔待噴時,孔口應(yīng)加遮蓋保護(hù)。⑥鉆進(jìn)中遇到孤石,應(yīng)加大鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速快速穿過或改用金剛石鉆頭;鉆進(jìn)到基巖層時立即在鉆桿上做出標(biāo)識,并隨時測量鉆進(jìn)深度,保證鉆進(jìn)到基巖以下1.3m位置。⑦終孔后要求用新鮮泥漿液清孔,將孔內(nèi)掛壁巖粉等置換干凈,保證噴射管順利下管。2.3.3錨點返漿及攪拌①水泥漿由制漿機(jī)攪拌而成,采用2級拌制,每級攪拌時間≥2min;每罐水泥漿液嚴(yán)格按比重配比拌制,現(xiàn)場以每罐水泥用量及攪拌機(jī)內(nèi)液面刻度為表觀控制;水泥漿比重控制在1.55～1.60g/cm3,30min測量1次;返漿比重低于1.25g/cm3且經(jīng)過濾、重新拌制后方可用于注漿作業(yè),否則做棄漿處理。②一級制漿機(jī)內(nèi)漿液需經(jīng)篩網(wǎng)過濾后方可進(jìn)入二級制漿機(jī)攪拌;篩余水泥渣集中做無害化處理,嚴(yán)禁混入制漿機(jī)中或隨意傾倒。③制漿機(jī)內(nèi)留置漿液超過10min應(yīng)進(jìn)行攪拌,以免漿液初凝及沉淀,導(dǎo)致比重偏差;留置時間超過4h的水泥漿作棄漿處理,不得用于高噴灌漿,但可視情況經(jīng)重新拌制,且比重檢測合格后用于回灌。④注漿作業(yè)結(jié)束后制漿機(jī)內(nèi)水泥殘渣應(yīng)及時清理并刷罐,以免影響漿液比重及堵塞注漿管道。2.3.4管一種靜壓泵①高噴臺車就位前核對孔號及序號,定位準(zhǔn)確,調(diào)整姿態(tài),保證臺車呈大致水平工作狀態(tài)。②噴射管插入每一孔位前及終噴拔管后應(yīng)做試噴,用以檢驗氣、水、注漿孔是否暢通無堵塞及高壓泵、空壓機(jī)、泥漿泵等是否工作正常;為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水邊下管,水壓一般不超過1MPa。③噴射管插入孔位前檢查噴嘴與防滲墻軸線夾角并將其鎖定,保證其誤差在允許范圍內(nèi)。④下噴射管前精確定位,避免噴射管與孔壁發(fā)生直接接觸,以免發(fā)生噴嘴堵塞及噴徑不均一,影響成墻質(zhì)量。⑤噴射管保持均勻、低速下管,切忌插入速度發(fā)生陡變;插入噴射管時應(yīng)注意其豎直度,隨時掌握下管深度,對照鉆孔記錄,根據(jù)量取每節(jié)噴射管外露部分控制插入深度,確保達(dá)到預(yù)定孔深。2.3.5高壓噴射注漿①高噴作業(yè)由下自上進(jìn)行,當(dāng)噴射管下到預(yù)定深度后,應(yīng)按設(shè)計參數(shù)進(jìn)行原位噴射,待孔口返漿、情況正常后方可開始提升噴射。②噴灌注分序進(jìn)行,一序與二序施工間隔時間不小于96h;灌漿應(yīng)全孔連續(xù)作業(yè),如因意外中斷,應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴。噴射中斷超過30min,恢復(fù)噴射時,高噴管下落0.5m再開噴;超過2h,恢復(fù)噴射時,高噴管下落0.7m再開噴。③嚴(yán)格按技術(shù)參數(shù)進(jìn)行作業(yè),根據(jù)地質(zhì)條件嚴(yán)格控制提升速度:云母片巖層提升速度為6cm/min,黏質(zhì)中粗砂層為8cm/min,黏土細(xì)粉砂層為12cm/min,回填黏土層為15cm/min。④作業(yè)人員須隨時注意漿液的比重、注漿量、水壓、氣壓、泥漿泵壓力、提升速度及返漿量等參數(shù),對高壓水、氣發(fā)生設(shè)備應(yīng)做重點監(jiān)控,保證管路漿液上下暢通,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。⑤為防止高壓水、氣擊穿孔口及保證作業(yè)安全,噴射至距孔口高程30cm處停止提升,原位進(jìn)行補漿20min即可結(jié)束噴射作業(yè)。2.3.6返漿、回灌①高噴作業(yè)結(jié)束后應(yīng)立即進(jìn)行回灌,回灌漿液可采用孔口返漿或制漿回灌。②為保證成墻質(zhì)量,回灌宜由專人負(fù)責(zé),回灌應(yīng)保證連續(xù),以孔口漿液面不再下沉為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。3特殊地質(zhì)情況高壓擺噴灌漿作業(yè)工藝使其具有不同于一般隱蔽工程的特點,其技術(shù)難點主要表現(xiàn)在特殊地質(zhì)情況的處理及設(shè)備故障預(yù)防措施兩方面。特殊地質(zhì)情況主要表現(xiàn)為滲漏帶及孤石,清河水庫灌漿一直在庫區(qū)高水位條件下作業(yè),漏漿集中且明顯;設(shè)備故障集中在高壓水、氣及泥漿泵等配套設(shè)施上,由于高噴臺車的系統(tǒng)整合度較高且為隱蔽作業(yè),對各個子系統(tǒng)掌控全靠儀表監(jiān)控,所以實時監(jiān)控、有效處置成為決定灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵所在。3.1預(yù)應(yīng)力錨索、壓浪、壓漿①防滲墻軸線應(yīng)定期檢查、校核,每布滿50個孔位對軸線校核1次。②為防止竄孔,本工程布孔前將孔號返到與其軸線平行的防浪墻上,并注明孔序,施工前認(rèn)真核對無誤后方可進(jìn)行作業(yè)。③分二序施工,一序鉆孔及灌漿完成前原則上禁止二序施工;相鄰兩序孔位,在一序孔灌漿前嚴(yán)禁二序鉆孔工序施工。④灌漿應(yīng)保證連續(xù)作業(yè),如發(fā)生漏漿及坍孔情況,處理完畢方可進(jìn)行下一孔位施工,嚴(yán)禁跳孔、跳序作業(yè)。3.2鉆具調(diào)整開孔時注意事項①安裝鉆機(jī)時,用水平尺測量機(jī)架、機(jī)臺是否水平、鉆桿是否豎直,以保持豎軸的垂直度,然后固定好機(jī)座,保障開孔垂直。②不可盲目追求鉆孔進(jìn)尺,開鉆時保持輕壓、慢速,若發(fā)現(xiàn)傾斜率超標(biāo),立即調(diào)整鉆具姿態(tài);發(fā)生明顯偏斜,應(yīng)拔出鉆桿后填入黏土或砂礫料,填實后重新在原處開孔,或視偏斜狀況降低提升速度、增加樁徑,達(dá)到擴(kuò)孔的目的。③鉆進(jìn)到地質(zhì)條件變化層面或遇巖層及孤石時,均應(yīng)減速、緩慢進(jìn)尺。3.3充填回灌日本模板實驗鉆進(jìn)過程中若發(fā)現(xiàn)孔口不返漿,則有可能存在滲漏帶。清河水庫壩體東側(cè)距壩頂7～14m處,存在多處礫石滲漏帶,主要采取以下措施解決:①由清水?dāng)嚢璩蓾{護(hù)壁改為泥漿護(hù)壁,加大泥漿比重至1.8左右。②鉆進(jìn)至漏漿處停鉆并拔出鉆桿,采用黏土回填料,搓成5～10cm左右土球投入孔內(nèi),待孔內(nèi)填充滿后搗實復(fù)鉆,同時加大護(hù)壁泥漿比重,鉆進(jìn)到滲漏處停止進(jìn)尺,保持空鉆狀態(tài),觀察孔口是否返漿。③漏漿嚴(yán)重利用灌漿作業(yè)時孔口返漿進(jìn)行充填回灌。由于返漿為純水泥漿,為防止板結(jié)后影響高壓水切割效果,需摻加一定比例的黏土漿,并做板結(jié)試驗。板結(jié)體硬化凝結(jié)后將其在高壓水、氣狀態(tài)下進(jìn)行切割試驗,按試驗結(jié)果調(diào)整摻加黏土泥漿用量。充填回灌時間為3～27h。實際應(yīng)用時需注意,為保證高壓水、氣切割壩體效果,最好堵漏完畢后即進(jìn)行噴射灌漿作業(yè);如無此條件,堵漏與噴射作業(yè)間隔時間不應(yīng)>7d,以免影響噴徑長度。④靜壓灌注濃泥漿,待孔口返漿后進(jìn)尺,此時應(yīng)用泥漿攪拌機(jī)及大泵壓泥漿泵,提高單位注漿量,以達(dá)到快速飽和充填滲漏點的目的。3.4坍孔多發(fā)生于未單位正常情況下(保持泥漿濃度和泥漿面高度),很少發(fā)生坍孔。主要是遇到孔洞或裂隙漏漿而補水不及時,就有可能塌孔。因此保持泥漿濃度和泥漿面高度是防止塌孔的主要預(yù)防措施。3.5理論墻深對照表及識別地層遇孤石時與鉆進(jìn)到巖層類似,鉆桿有明顯起跳及抖動現(xiàn)象,同時進(jìn)尺緩慢或不進(jìn)尺。參照根據(jù)防滲墻設(shè)計斷面圖所推算的“理論墻深對照表”,及先導(dǎo)取芯孔地質(zhì)剖面,可基本判明此地層是否為巖層,否則出現(xiàn)上述情況基本可判斷為孤石。此時應(yīng)放緩進(jìn)尺速度,加大鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速快速穿過,或改用金剛石鉆頭。3.6下噴射管不合格高壓水、氣噴嘴堵塞是常見的設(shè)備故障,成因主要有兩方面:①由于下入噴射管時定位不精確(噴射管與孔口軸線未重合),噴射管與孔壁發(fā)生直接接觸,導(dǎo)致噴嘴堵塞;②由于進(jìn)水,漿管中混入水泥結(jié)塊或砂粒等,導(dǎo)致管路不通。預(yù)防措施:要求下噴射管前及終孔均應(yīng)進(jìn)行試噴,用以檢驗噴嘴工作狀態(tài)是否良好;噴射管插入時與孔口軸線精確重合,防止與孔壁直接接觸;嚴(yán)禁使用過期硬結(jié)的水泥,攪拌筒要及時清底、每次作業(yè)結(jié)束后進(jìn)行管路沖洗,加強水泥漿液過濾;另可采取下管時小水壓(約1MPa)噴水或噴嘴處黏貼膠帶等方法解決。噴灌設(shè)備操作人員要時刻密切監(jiān)控各種儀表工作狀態(tài),特別是高壓水表,發(fā)現(xiàn)指針讀數(shù)異常立即采取措施,查找原因。此時應(yīng)立即停噴,拔出噴射管對其進(jìn)行檢查;如噴嘴及管路無堵塞則檢查儀表工作狀態(tài),對損壞儀表要及時更換。3.7噴角度控制不良由于高噴臺車和噴射管上均未有明顯顯示擺角的裝置,施工中易出現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ序噴射方向顛倒或擺噴角度控制不好的問題。下噴射管時可利用制做的擺角及軸線角度量角器控制噴射角度,設(shè)定好擺角后立即鎖定,杜絕此類事故的發(fā)生。3.8其他工藝準(zhǔn)備對于成墻未達(dá)設(shè)計墻