高壓擺噴灌漿技術(shù)在新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

高壓擺噴灌漿技術(shù)在新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

1大壩的防滲設(shè)計(jì)要求新立城水庫(kù)位于伊通河上游，是伊通河流域控制水庫(kù)工程。水庫(kù)總庫(kù)5.92億3m，死庫(kù)210.80m，庫(kù)0.15億3m，洪水極限218.83m，庫(kù)庫(kù)2.90億3m。正常蓄水位（興利水位）為219.63m，相應(yīng)庫(kù)為3.4億3m。設(shè)計(jì)洪水位為220.48m，相應(yīng)水庫(kù)為4.05m，洪水位為222.64m，相應(yīng)水庫(kù)為5.92億3m。新立城水庫(kù)大壩為亞粘土均質(zhì)土壩,大壩坐落在雙層地基上,即壩基上覆相對(duì)不透粘土層,以下為連續(xù)分布的礫質(zhì)粗砂和細(xì)礫的強(qiáng)透水層,導(dǎo)致壩后存在常年漏水點(diǎn),實(shí)際滲流比降與允許比降十分接近,壩后承壓水頭較高。為了解決壩后滲穩(wěn)問(wèn)題,避免產(chǎn)生嚴(yán)重的浸沒(méi),急需對(duì)壩基采取防滲處理措施。經(jīng)多方案比選,采用高壓擺噴灌漿技術(shù),即采用利用水為噴射介質(zhì),水泥基質(zhì)漿液和壓縮空氣使噴射管做到一定角度的擺動(dòng)和提升運(yùn)動(dòng),利用高壓水形成高速噴射流束,沖擊、切割、破碎底層主體,并以水泥基質(zhì)漿液填充,摻混其中,形成扇形斷面板墻的凝聚體,以提高壩基防滲能力的施工技術(shù)。2-2+400m新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基防滲處理采用高壓擺噴灌漿處理方案,灌漿位置位于壩軸線上,自樁號(hào)0+360-2+470m共計(jì)2110m長(zhǎng)度范圍內(nèi),設(shè)計(jì)孔距1.5m。在正式施工前進(jìn)行了兩次高噴灌漿試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)成果,施工孔距調(diào)整為1.3m,固結(jié)成墻有效厚度不小于20cm,于2009年7月24日正式投入鉆機(jī)15臺(tái),高噴臺(tái)車(chē)4臺(tái),按照測(cè)量放孔、鉆孔、灌漿、封孔、鉆場(chǎng)清理的施工順序正式施工。2.1高壓擺噴板墻的形成在進(jìn)行主體灌漿施工前,為確定合理的施工工藝參數(shù),首先進(jìn)行高壓擺噴灌漿試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分三組不同孔距同時(shí)進(jìn)行,孔距分別為1.50m、1.20m、1.00m,三組高噴灌漿孔直線排列:第一組孔間距1.50m,共4個(gè)孔;第二組孔間距1.20m,共3個(gè)孔;第三組孔間距1.00m,共5個(gè)孔。第一組孔間距1.5m。在粘土層中形成的板墻平均直徑為:1.7m,板墻平均厚度為:57.5cm;在砂層中形成的板墻平均直徑為:1.8m,板墻平均厚度為:40.0cm。形成的板墻均勻連續(xù),板墻間搭接較好,墻體水泥砂混合均勻,密實(shí)無(wú)空洞,無(wú)殘缺,墻體完整。第二組孔間距1.2m。在粘土層中形成的板墻平均直徑為:1.7m,板墻厚度為:53.3cm,在砂層中形成的板墻直徑為:1.9m,板墻厚度為:53.3cm。形成的板墻均勻連續(xù),板墻間搭接很好,墻體水泥砂混合均勻,密實(shí)無(wú)空洞,無(wú)殘缺,墻體完整。第三組孔間距1.0m。高壓擺噴在粘土層中形成的板墻直徑為:1.8m,板墻厚度為:41.7cm,在砂層中形成的板墻直徑為:2.0m,板墻厚度為:60.0cm。形成的板墻連續(xù)搭接很好,墻體密實(shí),但墻體厚度較大,局部出現(xiàn)墻體重疊堆積,外形不均勻。造成該種現(xiàn)行原因分析為:因孔間距較小,由于在I序孔噴射結(jié)束后形成的墻體強(qiáng)度較低,在II序孔噴射時(shí)將先期形成的墻體破壞造成重復(fù)噴射,故此形成墻體厚度不均,外形不規(guī)則。經(jīng)上述數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論:雖然1.5m孔間距形成的板墻能滿足設(shè)計(jì)要求,但墻體搭接處即為高壓噴射板墻直徑最大值(臨界值),增加了施工的不安全性;1.2m孔間距形成的板墻從搭接情況來(lái)看較1.5m孔間距形成的板墻要好,容易保證施工質(zhì)量,較1.5m鉆孔間距成本稍高;1.0m孔間距形成的板墻厚度較大,使整個(gè)工程造價(jià)提高,不經(jīng)濟(jì)。因此,在保證施工質(zhì)量又不過(guò)度增加工程造價(jià)的前提下,鉆孔間距調(diào)整為1.3m。2.2高壓噴灌施工工藝2.3主要施工技術(shù)2.3.1壩體整體地基細(xì)礫與黏砂地層鉆孔直徑在Φ110mm-Φ130mm,施工時(shí)為了保護(hù)壩體的安全與穩(wěn)定,壩體部分采用無(wú)水干鉆,對(duì)壩基部分粘性土、淤泥質(zhì)粘土、礫質(zhì)粗砂和細(xì)礫使用泥漿鉆進(jìn)。終孔后進(jìn)行鉆孔測(cè)斜,全部鉆孔進(jìn)行三次孔深、方位角、頂角測(cè)量,出現(xiàn)鉆孔坍塌時(shí)進(jìn)行掃孔和清孔。2.3.2高噴灌漿搭接長(zhǎng)度設(shè)計(jì)高噴管下入孔底后要保證水、氣、漿口通暢,不堵塞。灌漿時(shí)經(jīng)常測(cè)試水泥漿液密度和回漿密度,高噴灌漿嚴(yán)格按照試驗(yàn)確定后的參數(shù)進(jìn)行,因事故、拆卸高噴管導(dǎo)致灌漿中斷,恢復(fù)灌漿時(shí)保證搭接長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)允許值以內(nèi)。高噴灌漿過(guò)程中鉆孔串漿時(shí)及時(shí)進(jìn)行掃孔,掃孔后進(jìn)行復(fù)噴。2.3.3封孔2.3.3.1.粘土球的制造將填筑壩體粘土運(yùn)至壩面,經(jīng)過(guò)風(fēng)干、涼曬后經(jīng)壓球機(jī)制成粘土球,粘土球晴天晾曬,雨天成堆用塑料布覆蓋備用。2.3.3.2、選擇孔封孔前掃孔至208.0m高程,用特制抽筒將鉆孔內(nèi)殘留的水、泥漿抽干。2.3.3.3.填充和破碎粘土球按設(shè)計(jì)要求將粘土球分層填入孔內(nèi)達(dá)到規(guī)定厚度,分層擊實(shí)直至孔口以下40cm,剩余40cm用混凝土經(jīng)振搗后繼續(xù)封孔至壩頂。2.4松脫、高壓噴射注漿高壓噴射注漿對(duì)細(xì)顆粒地層是比較適宜的,但對(duì)摻有大顆粒的地層,只要工藝參數(shù)選擇適當(dāng),仍能形成良好的連續(xù)防滲凝結(jié)體。其主要原因是,因?yàn)樗畾鈬娚涫诡w粒周?chē)募?xì)顆粒被升揚(yáng)至換出地面,造成原地層結(jié)構(gòu)的局部松脫,大顆粒在射流作用下,一般會(huì)產(chǎn)生位移移動(dòng),甚至被掀動(dòng),有利于漿液袱裹充填。在含有細(xì)顆粒地層特別是致密的粘土大的土層中,進(jìn)行高壓噴射注漿時(shí),水氣噴射過(guò)程中將使噴射影響范圍內(nèi)的土層顆粒別切削攪動(dòng),形成泥漿,并且在升揚(yáng)置換作用下冒出地面,其稠度和采用的噴射形式直接相關(guān)。冒出漿液的相對(duì)密度,定噴較小,擺噴較大,旋噴最大,有時(shí)相對(duì)密度可高達(dá)1.7kg/cm3,為使攪拌范圍進(jìn)入較多的噴射泥漿,先實(shí)行水氣噴射,暫不注漿,以升揚(yáng)置換地層顆粒,然后提升到一定高度,當(dāng)返漿相對(duì)密度小于1.2kg/cm3時(shí),再將噴射管路下落,實(shí)行水氣漿二次噴射,這樣形成的凝結(jié)體將會(huì)獲得較高的凝結(jié)強(qiáng)度。2.5層分段噴射工藝壩體無(wú)水干鉆,壩基砂、礫質(zhì)粗砂、細(xì)礫層泥漿護(hù)壁鉆進(jìn),其目的是為了降低鉆孔時(shí)對(duì)壩體的沖刷、擾動(dòng)破壞。深厚砂礫石層分段噴射工藝,地質(zhì)條件復(fù)雜高噴最深區(qū)段高噴管一次下不到孔底,在高噴管下入位置起噴至208m,掃孔后繼續(xù)下高噴管到一定位置起噴至第一次起噴上部0.5m,循環(huán)以上步驟直至終孔。高噴墻連續(xù)性、整體性能檢測(cè)采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行。本次高噴灌漿使用輪胎式、液壓步履式高噴臺(tái)車(chē),搬遷、移動(dòng)方便,高噴起落自如,鉆孔遇有少量沉淀可振動(dòng)下管。3新立城水庫(kù)大壩底部高壓噴灌效果3.1樁號(hào)2+400.2+c高噴板墻的連續(xù)性和整體性能是用物探手段對(duì)高噴板墻墻體進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。檢測(cè)部位為樁號(hào)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。檢測(cè)結(jié)果表明樁號(hào)0+430.2,深度20-26m,樁號(hào)0+967.1,深度22-26m為低速區(qū);樁號(hào)0+986.1-0+990.1,深度12-18m區(qū)為高速溢漿區(qū)。通過(guò)檢測(cè),大壩高壓擺噴灌漿墻體總體密實(shí)、連續(xù)、完整,深度距達(dá)到設(shè)計(jì)要求,局部存在低速區(qū)和高速區(qū),從波速數(shù)值看無(wú)論是低速區(qū)或高速區(qū)都能夠滿足設(shè)計(jì)和壩基防滲體的要求。3.2高噴板表面滲透性能3.2.1滲透系數(shù)驗(yàn)算由高噴板墻質(zhì)量檢查井注水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì),8個(gè)圍井共進(jìn)行了8次注水試驗(yàn),僅有5號(hào)圍井W5滲透系數(shù)為1.0×10-6cm/s,為設(shè)計(jì)值的最小值,其余4個(gè)圍井滲透系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值i×10-6cms,說(shuō)明高噴板墻的防滲性能較好。3.2.2高噴板墻對(duì)壓實(shí)井高噴灌漿后滲流量的影響按照不同單元高噴灌漿施工截止日前后觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其最大值、最小值、平均值,經(jīng)比較得出:各減壓井灌漿后壩基滲流量明顯減少,按單元對(duì)應(yīng)的減壓井?dāng)?shù)量有90%減壓井高噴灌漿后堰上水頭是下降的,以上數(shù)據(jù)說(shuō)明通過(guò)本次高噴灌漿所形成的高噴板墻對(duì)降低減壓井堰上水頭起到積極作