高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用.docx
《高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用
高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用
————————————————————————————————作者：
————————————————————————————————日期：
高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用
路立仁
摘要:
新能大山口二级水电厂一期围堰防渗在施工过程中，根据地质条件，采用了高压旋喷技术，从组织施工到防渗使用，大大的缩短了工期，节省了工程投资，为首部枢纽的施工提供了安全保障和进度保障。
关键词:
围堰施工高压旋喷防渗进度
引言
水利水电工程建设中，防渗是一项必不可少的施工程序，因此，有塑性混凝土防渗墙、帷幕灌浆、高压旋喷防渗墙等多种防渗形式，其中，高压旋喷防渗墙是利用钻车钻孔至岩石，再利用高喷台车，将水泥浆液按照一定的比例高压旋转喷人钻孔，高压的浆液在高压下，通过地下裂隙慢慢渗入，从而形成连续的防渗墙体，是一种高效、安全、节资的施工方法。
一、工程概况
1.概况
大山口二级水电站工程等别为Ⅳ等，工程规模为小
（1）型，主要建筑物等级为4级，次要建筑物为4级，临时性水工建筑物级别为5级。
根据大山口水文站资料统计：
开都河的冰情多发生在每年的10月下旬至次年3月上旬。
大山口水文站多年平均流量为110.45m3/s，多年平均径流量34.9×108m3。
大山口水文站年径流量系列统计参数采用矩法估算，经P-Ⅲ型曲线适线确定。
计算结果见表1。
表1入库设计年径流成果表
适用结果
频率（%）
均值
Cv
Cs
5
10
25
50
75
90
95
110.45
0.21
1.26
155
141.6
122.4
105.8
93.4
85.3
82.2
2.工程地质条件
围堰堰址附近河道宽98m，现代河床宽64.0m，河床高程1348.0m左右。
河床漂石分布连续，厚度15.5-19.0m，中等密实，根据试验成果，天然状态湿密度2.34g/cm3，干密度2.31g/cm3，最大干密度2.40g/cm3，最小干密度2.0g/cm3，含水率1.5%，比重2.72，相对密度0.81，自然休止角35.1°，渗透系数1.07×10-2cm/s。
下伏基岩岩性为中泥盆统萨阿尔明组下亚组灰岩，灰~灰白色，厚层状，弱风化带厚4.5-5.0m，纵波速度Vp＝3500-4200m/s；微~新鲜基岩Vp=5850m/s。
灰岩（微风化~新鲜基岩）颗粒密度为2.70-2.71g/cm3、自然吸水率为0.32-1.03%、饱和吸水率为0.35-1.09%、孔隙率1.11-2.59%、烘干后抗压强度61.1-73.5MPa、饱和抗压强度23.1-36.0MPa、软化系数0.38-0.49，烘干后抗剪强度c为1.2-1.8MPa、Φ为46.0-46.5°、浸水后抗剪强度c为0.8-1.0MPa、·为42.5-43.5°。
3.围堰结构及防渗体设计
3.1围堰结构设计
一期围堰结构形式采用土石围堰结构。
围堰挡水标准为全年十年一遇洪水，导流设计流量Q=861m3/s时，上游堰前水位为1351.59m，下游堰前水位为1349.5m，围堰堰顶高程为1352.50m，堰顶宽为6.0m，最大堰高3.5m，围堰迎水面和背水侧边坡分别为1:
1.5及1:
1，一期围堰长501.52m，迎水侧采用钢筋石笼护脚、大块石护坡。
3.2围堰防渗体设计
围堰防渗体0+000～0+130段采用高压旋喷防渗墙深入基岩0.5m，0+130～0+200段采用悬挂式高压旋喷防渗墙至1340高程，防渗体顶高程与围堰顶高程一致；0+200～0+501.52段采用粘土心墙及粘土截水槽防渗，堰前水位1350（标准断面高程，实际按河床水流纵坡设定）高程以下为粘土截水槽防渗，底高程1340，底宽1.25m，内外坡比1:
0.75，堰前水位高程以上为粘土心墙防渗，心墙顶宽1m，内外按1：
0.3的坡度向下放大，并与粘土截水槽良好结合；子堰采用结构60cm塑性砼防渗墙进行防渗。
施工期堰基渗水辅助大功率水泵强排水施工。
3.3高压旋喷墙工程量见表2
序号
项目
单位
一期围堰
1
高压旋喷墙
m2
3865
二.施工工艺流程
高喷灌浆防渗墙施工工艺流程见图1。
图1高喷灌浆施工工艺流程图
转移台车
施工场地平整
钻机调试
布孔、定位
施工准备
跟管钻进
管路冲洗
旋喷提升
终喷
高喷台车移位
回灌前一孔
高喷孔回填及夯实
下喷浆管
制浆
终孔验孔
喷射
高喷台车就位
高压水
压缩气
试喷
三．施工措施
1.风、水、电布置
⑴供风：
为满足工程需要并结合施工用风设备的布置，施工时选用1台参数为W-3.5/7的空压机，其排气压力为0.8～1.0mpa,高喷台车后架上配置一台进行供风。
⑵供水：
施工生产用水在一期围堰外侧水流中布置3台潜水泵（其中一台备用），从开都河中抽水以满足本工程的生产用水。
⑶供电及照明：
施工用电从业主提供的630KVA变压器接入后自低压侧电线引至各个施工点，施工面安装配电柜，用电设备从配电柜接线用电。
根据现场实际情况，为保证夜间场地照明，拟在右岸适当位置设立3.5KW太阳灯作为场地照明，灯架用型钢制作。
开挖面选用1.0KW碘钨灯照明。
2.制浆系统
本工程灌浆施工相对较集中，根据施工部位和现场地形，建制施工浆站。
制浆站设置在1#-2道路上游处。
制浆站采用脚手架管搭设，建筑面积100m2。
储灰平台用架管铺设，彩钢瓦盖顶。
制浆站储灰量需满足3天用量。
制浆站布置LSJ-1500型高速制浆机一台、JJS-2B低速搅拌机一台。
3.施工排污系统
在施工场面排污进行全面规划，开挖排浆沟和集浆池，建立排污系统,互相连通，施工废水、废浆集中统一排放至主排污系统，施工废渣等固相物体运至弃渣场，经沉淀后的浆液通过排污沟或排污泵排到监理指定的地点。
四.高压喷射灌浆防渗墙
1.基础防渗形式确定
⑴高喷灌浆形式确定
根据高喷灌浆不同形式特点，旋喷喷射时，喷嘴一面提升一面旋转，形成柱桩凝结体；摆喷喷射时，喷嘴一面提升一面摆动，形成亚铃状凝结体；定喷喷射时，喷嘴一面提升一面喷射，喷射方向始终固定不变，形成板状凝结体。
根据新的水工建筑物防渗工程高喷灌浆技术规范规定，定喷适应于粉土、砂土；摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾石和卵（碎）石地层。
结合设计提供地质的描述及项目部所做的地质前期补充勘探：
闸坝区河床漂石分布连续，厚度15.5~19.0m，中等密实，分布的孤石最大粒径为40cm。
经综合比较，为满足围堰防渗要求，高喷灌浆形式选用旋喷。
⑵高喷灌浆种类确定
①优缺点分析
单管法是利用高压泥浆泵装置，以30MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去，形成的射流冲击破坏土体，同时借助灌浆管的提升或旋转，使浆液与从土体上崩落下来的土粒混合掺搅，凝固后形成凝结体。
它的优点是，水灰比易控制，冒浆浪费少，节约能源等。
该方法适用于淤泥、流砂等地层。
但由于该方法需要高压泵直接压送浆液，形成凝结体的长度（柱径或延伸长）较小。
一般桩径可达0.5-0.9m，板墙体延伸达1.0-2.0m。
适用于加固软土基础。
二管法是利用两个通道的注浆管，通过在底部侧面的同轴双重喷射，同时喷射出高压浆液和空气两种介质射流冲击破坏土体，即以高压泥浆泵等高压发生装置用30MPa左右压力将浆液从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa～0.8MPa的压缩空气，从外喷嘴（气嘴）中喷出。
在高压浆液射流和外圈环绕气流的共同作用下，破坏泥土的能量显著增大，与单管法相比，在相同的压力作用下其形成的凝结体长度可增加一倍左右。
适用于加固软土地基及粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等地层的防渗加固。
作为在单管和二管法基础上发展起来的三管法，当采用不同的喷射形式时，可在土层中形成各种不同形状的凝结体。
三管法由于可用高压水泵直接压送清水，机械不易磨损，可使用较高的压力，形成的凝结体长度较二管法大。
在很大程度上提高了施工效率，但须使用高压水泵获得更高的喷射压力，从而因高压水的作用增加了冒浆量，增加了材料消耗。
②灌浆种类确定
根据本工程施工特点、工程规模、施工进度要求，结合单管法、二管法、三管法施工要求、作业条件、存在的优缺点，围堰施工灌浆采用三管法。
③高压喷射灌浆防渗墙凝结体连接方式确定
因凝结体切割式连接是在先期形成的凝结体强度不高时，后期喷射流可以把它冲切割开，形成插入连接；焊接式连接是在先期形成的凝结体强度高，喷射流难以将其切割，在喷射流作用下，将其表面冲刷剥离洁净，新的浆液再与之凝结。
根据本工程进度要求及施工特点，结合施工区地质情况，高压喷射灌浆防渗墙采用切割式。
④高压旋喷墙其他参数的确定如下表
表3高喷灌浆施工参数表
高喷灌浆确定参数
水
压力（MPa）
38～40
气
压力（MPa）
0.6～0.8
流量（L/min）
70～80
喷嘴（个）
2
喷嘴（个）
2
流量（m3/min）
0.8～1.2
喷嘴直径（mm）
1.70～1.90
环状间隙（mm）
1.0～1.5
浆
压力（MPa）
0.2～1.0
密度（g/cm³）
1.60（水灰比0.75:
1）
流量（L/min）
65
喷嘴（个）
1
浆嘴直径（mm）
6～12
回浆密度（g/cm3）
≥1.2
转速r/min
（0.8～1.0）V
提升速度V（cm/min）
11cm/min
2.施工方法
2.1造孔
测量放线定出孔位和高喷防渗墙中心线，高喷防渗墙采用YGL-100D全液压跟管钻机钻进造孔，下设直径110mm的PVC管。
钻头对准孔位中心。
为保证达到设计要求，钻机就位后必须采用水平尺校核垂直度，钻头直径为150mm。
钻孔施工工序
放线布孔→钻机就位→钻机找平→开孔、纠斜→钻进、纠斜→终孔→取钻杆→下设PVC管→测斜→终孔验收。
钻孔施工
钻孔分二序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。
相邻孔施工时间间隔不少于24h。
钻孔质量要求：
钻机就位、安放在设计的孔位上，管架定位准确、安装平稳，钻孔孔位偏差不大于50mm，钻孔孔径应大于喷射管外径20mm以上，孔深小于30m时，钻孔孔斜率不应超过1%，钻孔有效深度应伸入基岩高程0.5m。
钻孔及钻孔记录：
钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返碴情况、钻进速度、钻机运转情况判断地层分层深度，大块石的分布、埋深、粒径及架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度及埋深。
钻孔验收：
钻孔结束后，对钻孔孔深、孔斜进行验收，不符合要求的孔要重钻。
2.2高喷灌浆施工
因一期围堰属临时性工程且围堰基础多布漂石及砾卵石，为保证成墙质量采用柱板式施工布置形式，孔距1.0m，钻孔分两序施工。
钻孔采用地质钻机跟管钻入，高压旋喷成墙。
其单排孔布孔形式见下图5-1。
高喷灌浆分序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。
高压水压力采用38～40Mpa，空压机风压压力0.6～0.8MPa；灌浆泵压力为0.2～1.0mpa，提升速度为11cm/min。
图2高压旋喷布孔图
高喷灌浆工艺流程
台车行走、就位及调试→喷具组装及检查→地面试喷→下喷具→静喷、旋喷提升→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。
高喷施工分序：
分两序，相邻次序孔施工时间间隔不少于24h。
高喷注浆:
当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆的流量、压力和旋摆机的旋转速度，使之达到设计值，待孔口返浆比重符合要求后，开始提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。
在高喷灌浆过程中，时刻注意检查施工机具运转是否正常，风水浆的流量、压力，进浆、回浆比重及旋转、提升速度等参数是否符合要求。
①高压喷射灌浆应自下而上进行，灌浆过程中应达到：
A高压灌浆设备的额定压力和灌浆量应符合施工图纸要求，并确保管路系统的畅通和密封。
B风、水、浆均应连续输送，水泥浆液的高压喷射作业不得停喷或中断。
②三重管机具试运转时的高压水泵泵压保持38～40MPa，流量70～80L/min；空压机风压保持0.6～0.8MPa；泥浆泵泵压保持0.2～1.0MPa，排量65L/min，同轴喷射。
③水泥浆液应进行严格的过滤，防止喷嘴在喷射作业时堵塞。
④应按监理人指示定期测试水泥浆液密度，浆液水灰比为0.75:
1，其相应浆液密度为1.60g/cm３，施工当中浆液密度应保持上述指标时。
⑤因故停喷后重新恢复施工前时，应对中断孔段进行复喷，搭接长度不得小于0.5m，采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射灌浆，并应记录中断深度和时间。
⑥施工过程中，应经常检查泥浆（水）泵的压力、浆液流量、空压机的风压和风量、钻机转速、提升速度及耗浆量。
当出现异常情况时，必须查明原因，及时进行处理。
⑦喷射作业完成后，应利用回浆或水泥浆及时进行回灌，直到孔口浆面不下降为止。
⑷高喷工艺参数
高喷工艺参数如表3所示：
表3高喷工艺参数表
高喷形式
旋动角度
转动速度
次
高压水
压缩空气
进浆
提升速度
排量L/min
压力MPa
排量
M3/min
压力MPa
排量L/min
压力MPa
比重
cm/min
旋喷
360°
6～8
70～80
38～40
0.8～1.2
0.6～0.8
65
0.2～1.0
1.60
11
2.3特殊情况处理
⑴高喷因故中断后立即停止提升，记录中断深度，并尽快恢复。
机械故障要尽力缩短中断时间，若短时间不能恢复的，提出喷具，用水冲洗干净，待故障处理后，将喷具下入原中断位置以下0.5m继续进行喷射灌浆。
⑵高喷过程中喷具出现堵塞时，提出喷具进行处理并记录中断深度。
处理完毕后，若孔深能满足深度要求，下入喷具到中断深度以下0.5m继续进行喷灌作业，不能满足要求的，重新造孔。
⑶高喷灌浆过程中，若孔内发生严重漏浆，可采取以下措施进行处理：
①孔口不返浆，应立即停止提升；孔口少量返浆时，应降低提升速度。
②降低喷射压力、流量，进行原位灌浆。
③在浆液中掺入速凝剂。
④加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等。
⑤向孔内填入砂、土等堵漏材料。
⑷高喷灌浆过程中发生串浆时，应填堵串浆孔，待灌浆孔高喷灌浆结束后，尽快对串浆孔扫孔，进行高喷灌浆，或继续钻孔。
⑸孤石处理
在高压旋喷过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下50cm加大旋转速度、放慢提升速度的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使柱体连续完整。
⑹上游堰肩渗漏
在高压旋喷过程中，对上游堰肩部位渗透凝结层可能无法到达的部位，采取加大注浆压力及降低提升速度的方法进行解决。
五．高压旋喷防渗墙的效果
施工过程中，对前20m进行了外观开挖检查，根据墙体上部开挖情况来看墙体连续性、整体性良好（如图3所示）；墙体有效直径达1.0m（图4所示），符合设计要求。
施工完成后按规范进行了压水试验，实验全部合格。
在一期围堰的后期使用中，防渗效果好，为进水口及泄洪冲沙闸的施工提供了安全保障。
图3成墙效果图
图4旋喷墙体有效直径（1.0m）
【参考资料】
《水利水电工程施工组织设计手册》；
《水利水电工程施工组织设计规范》SDJ275-88；
《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200—2004；
《通用硅酸盐水泥》GB175—2007；
升级会员 