高喷防渗墙作业指导书.docx

1、高喷防渗墙作业指导书深孔砂卵（漂）石地层高喷防渗墙施工作业指导书（以桐子林水电站导流明渠围堰高喷防渗墙为例）1、编制的目的和意义1.1、围堰防渗概况桐子林水电站导流明渠围堰防渗轴线长1056.678m，覆盖层最大埋深51.0m，高喷防渗工程量约52000m，防渗面积约45000m，施工工期2.5个月，最大施工孔深为52.0m，在砂卵砾石、孤石及漂石地层中52m高喷灌浆施工孔深，属国内之最。本围堰防渗工程设计纵向围堰一条（围）0-441.1040+615.574，另增设横向子围堰两条将明渠基坑划分为3个区段，（围）0-60子围堰长118.4m，（围）0+185子围堰长79.3m。1.2、围堰地质

2、条件通过现场地质资料及复勘孔揭示，该围堰施工地质复杂、地层结构多变，孤石、飘石含量高，覆盖层最大埋深达51.0m，存在地下动水、承压水等特殊地层，其地层结构及具体分布如下：（1）、【（围）0-441.104（围）0-074.0】段地层结构以砂卵石及人工填筑层为主，孤石、漂石含量达50%，最大粒径达3.0m；（2）、【（围）0-074.0（围）0+190.0】段地层结构以砂卵石及粉砂质粘土层为主，孤石、漂石含量1020%；（3）、【（围）0+190（围）0+615.574】段地层结构以砂卵石、粉砂质粘土层及人工填筑层为主，孤石、漂石含量达2030%；（4）、承压水、地下动水富集区集中于【（围）0

3、-249.0（围）0-121.0】及【（围）0+205.0（围）0+324.0】段。地质分层构造及分布范围如下：（围）0-441.104（围）0-176.0m段覆盖层厚835m，分三层，主要为第层的砂卵砾石层832m，底部分布有第层砂卵砾石层厚约3m，第层局部含桐子林组粉砂质粘土层呈透镜状局部分布，厚约46m。（围）0-176.0（围）0365.0m段覆盖层厚3051m，亦为三层结构，主要为第、层的砂卵砾石层及人工填筑层，第层桐子林组粉砂质粘土层。第层砂卵砾石层厚约1230m；第层的砂卵砾石层厚约815m，局部地段尖灭；第层桐子林组粉砂质粘土层厚约818m，分布连续，具相对隔水；（围）0+23

4、3.0（围）0+254.0m为F1断层及其影响带。（围）0+365.0（围）0+615.574m段覆盖层厚1033m，上部为厚1032m砂卵砾石层（第层）及人工填筑层，下部（第层）为厚28m相对隔水的粉砂质粘土层。图1-1 围堰防渗施工剖面图及地质构造1.3、编制的目的和意义该围堰防渗工程施工地质复杂多变，施工规模大、强度高、孔深深，在砂卵（漂）石地层中各项指标均属国内之最，为高喷灌浆质量提出了严峻的挑战。为进一步规范高喷灌浆的作业要求、工艺流程、过程控制、参数及方案的合理制定，充分保障高喷质量，特编制该作业指导书。2、编制依据枯期围堰防渗布置图（导流明渠14）雅砻江桐子林水电站一期围堰防渗墙

5、高喷防渗墙施工技术要求水电水利工程高压喷射灌浆技术规范DL/T5200-2004水利水电工程注水试验规程SL 345-2007水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 DL/T 5148硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 GB175水电水利工程物探规程 SL326钻探工程学（马植侃.汪滨.刘建明）中国矿业大学出版社.1998，（01）3、方案设计针对围堰地质复杂及特殊地层分布广泛的施工难点，经过对地下水流场形态及地质构造的分析，结合对高喷灌浆的机理及其施工特点的分析，高喷浆液有被带走和稀释的可能，通过单一的高喷灌浆作为围堰防渗的方案，存在较大质量的风险，将对明渠基坑的顺利开挖产生较大影响，本工程提出了“喷灌结合

6、”的综合防渗加固施工技术，即以“高喷灌浆为主，控制性灌浆为辅”的综合防渗加固处理技术。该方案的特点是在特殊复杂地段增加控制性灌浆，采用复合速凝及膨胀类化学浆材，有效控制浆液的流动速度及范围。在高喷灌浆前，对大块石、孤石造成地层架空所带来的钻孔困难、漏浆以及地下动水、承压水所造成浆液被携带、稀释等特殊地层，采取控制性灌浆的方法进行预灌浆以改善地层，为高喷灌浆创造有利条件，为喷灌质量提供强有力的保障。在高喷灌浆结束后局部增加控制性灌浆，对地下动水、承压水及孤漂石地层等质量风险较高的特殊地段起到补强的作用；同时通过对高喷灌浆资料的分析，对可能存在质量隐患的部位起到消缺的作用，以充分保证高喷墙体的均匀

7、连续及防渗质量。4、高喷施工参数设计桐子林电站一期围堰防渗采用“两管法高压旋喷”施工技术。(围）0-441.104(围）0-200.0、(围）0-049.50(围）0+080.00及(围）0+190.00(围）0+615.696设计为单排孔，孔距0.8m。(围)0-200.0 (围）0-049.50及(围）0+080.00(围）0+190.00设计为双排孔，排距0.6m，孔距为1.0m。(围)0-60子围堰及（围）0+185子围堰设计为单排孔，孔距0.8m。高压旋喷设计桩径1.2m，孔深深入基岩1.3m。5、施工资源配置高喷灌浆施工作业机组、生产调度、技术质量管理、记录人员由项目部统一调度和安

8、排，以充分确保高喷灌浆的施工生产及技术质量控制持续有效的进行。5.1、劳动组织桐子林电站高喷灌浆共计投入19个高喷灌浆作业机组，12个钻孔作业机组。高喷灌浆按7人/机组配置（含机长一名），钻孔按7人/机组配置（含机长一名），拔管组按8人/组配置。高喷机组人员配置及职责描述：机长1人对作业班组统一协调调度，各班配置班长1人/班，高喷台车操作人员1人/班，制浆及高喷泵操作人员1人/班，为保证对高喷灌浆进行真实有效的观测和记录，记录人员按1人/班配置，同时由项目部统一进行调度、安排和考核，并且由项目部承担相应的工资及奖金，制浆人员每机组按3人/班配置（外协人员）由项目部统一调度和安排。钻孔机组人员配

9、置及职责描述：机长1人对作业班组统一协调调度，各班配置班长（兼操作手）1人/班，配置外协人员2人/班（负责加接套管）。拔管组每班配置班长1人，配置外协人员3人/班，负责护壁塑料管的下设及套管的起拔。综合队及文明施工队配置18人，负责各项辅助工作及现场文明施工作业。质量自检人员按1人/3个高喷机组配置，质量巡检人员按1人/6个高喷机组配置。具体人员配置见表5-1。表5-1 高喷灌浆施工人员配置表序号岗位单位数量备注1项目经理人12项目副经理人3其中一人为项目总工3现场生产管理人员人5含专职负责钻孔2人4技术质检人员人24含技术、质检人员5记录人员人386高喷作业人员人140含检查孔施工人员7钻孔

10、作业人员人84含配置的外协人员8拔管人员人24按3个机组配置9辅助施工人员人22含电工班、综合及文明施工队10制浆人员人121含制浆、卸灰、水泥转运人员5.2、施工设备机具配置高喷施工主要设备的配置按“2钻3喷”配置，即2台钻机配置3台高喷台车搭配使用，以充分发挥钻孔及高喷设备的功效，将其能力发挥至最大化，避免因施工功效不均衡而造成停机、窝工等现象，其他设备根据实际需要而配置。（1）、钻孔设备采用克莱姆KR803及阿特拉斯A66CBT进口多功能全液压履带式钻机。其特点是行走方便、钻孔扭矩大、精度高、钻孔效率高等，配套机具配置152球齿合金钻头（含偏心和中心钻头）、74钻杆及140高强度地质套管

11、。钻机参数见表5-2。表5-2 进口多功能全液压履带式钻机性能参数表钻机型号最大扭矩(Nm)最大提升力(KN)给进力(KN)钻孔倾角()钻孔深度(m)钻孔孔径(mm)克莱姆KR803-1D240008080036015090260阿特拉斯 A66CBT132009797036015090260（2）、空压机钻孔用风采用油动移动式空气压缩机，其性能参数见表5-3。表5-3 高风压空压机性能参数表型号柴油机功率(KW)风压(MPa)风量(m3/min)重量(kg)长宽高(m)XRS4152201.724.555004.52.22.46XHP900WCAT2942.42568005.02.252.5

12、（3）、旋喷机采用西安探矿厂XL-50型旋喷机（见表5-4），其特点是采用直动式负载反馈微调变量液压系统、摩擦定位的专用阀、配备钻塔垂直、动力头回转及提升速度的显示装置，完全满足旋喷工艺要求。并采用履带底盘装载，行走、移动就位方便快捷。配套机具配置65喷具（标准为3m/跟）、喷头（标准为1m/跟）及相应的专业工具。表5-4 XL-50型旋喷机性能参数表喷具直径(mm)63双管转速(r/min)0-88/0-270最大扭矩(KN)1970/645最大提升/给进力（kg）4000/1800最大提升/给进速度（m/min）0.08-0.5/ 0.16-1.0动力头快速升降0-20 m/min功率(k

13、w)22（电机）（4）、高喷灌浆泵采用PB-90E变频高喷灌浆泵（见表5-5）。表5-5 PB-90E高喷灌浆泵性能参数表额定压力(MPa)50流量(L/min)0-100功率(kw)90生产厂家天津聚能泵组质量(kg)1350(总重量)（5）、起重机高喷钻孔套管起拔配置汽车式起重机，其中16t一台、25t两台。（6）、高喷制浆及供风设备高喷制浆采用NJ-600高速制浆机，供风设备采用台湾生产的捷豹V3.0螺杆式空气压缩机，确保高喷用风设备不低于额定压力0.8MPa，风量不低于4M/min。（7）、主要机械设备配置（见表5-6所示）表5-6 主要施工机械设备配置表序号设备名称型号规格单位数量制

14、造厂名备注1地质钻机XY-2台3重探厂检查孔施工2全液压钻机A66CB台7阿特拉斯3全液压钻机KLM803-1/2台5英格索兰性能与A66CB相同4高风压空压机XRS415台4阿特拉斯5高风压空压机VHP750台2英格索兰6高风压空压机XHP900/600台6英格索兰7旋喷机XL-50台19西安探矿厂自有14台8高喷灌浆泵PB-90E台19天津聚能自有14台9空压机V3.0台14台湾捷豹螺杆式4.0/1.210高速制浆机NJ-600台19自有14台11储浆搅拌机1000L台19自有14台12高压注浆泵3SNS台4宜昌黑旋风13吊车16/25t台325t两台14拔管机60t台8重探厂起拔套管使用

15、15载重汽车5t辆26、高喷灌浆材料（1）、水泥：高压喷射浆液采用P.O42.5普通硅酸盐水泥拌制。（2）、粘土：湖南澧县200目钙基膨润土。（3）、纯碱：工业用纯碱，主要成分为NaCO3。（4）、各种外加剂的质量需符合规范规定，其掺量需通过室内试验和现场试验确定。7、高喷灌将施工工艺流程施工工艺流程见图7-1。图7-1 高喷灌浆施工工艺流程图8、施工准备及布置8.1、制浆站和灌浆站制浆站及灌浆站按“1:1”设置，即一个高喷机组设置一座制浆站，其布置按两个制浆站背靠背设置，即两个高喷机组共用一个储灰台背靠背设置于一处，其具体位置根据工作面的划分情况而设置于围堰内侧，共计布置10座。每座建筑面积

16、为200m，在储灰台左右两侧分别设置高喷泵房和工具房，其中每个泵房面积15m，工具房面积5m。平台周围用编织袋装砂石堆围，并与道路相通，以便装卸水泥。8.2、施工平台为保证堰顶部分的防渗效果，高喷施工前将高喷轴线上3m范围内的大块石及铅丝石笼挖除，换填砂砾石等细颗粒料，以保证喷灌效果；高压喷射灌浆的施工场地要求平整、稳固，凡遇有低洼、表土松散、紧临边坡的区域，采用回填、夯实、加固和边坡坡脚防护等措施。场面宽度不低于12m，并且在其表面需铺填3050cm厚砂砾石，便于施工机械的行走。在喷射灌浆施工前需按设计方案进行施工机械设备的试运行。施工场地布置要进行全面规划，开挖排浆沟和集浆池，作好冒浆排放

17、措施和环境保护措施等所需场地的全面规划。8.3、施工用风、水、电施工用风分为两类，钻孔用风为钻机自带油动移动式高风压空压机，按“一钻一台”配置；高喷用风采用供风量为4.0/1.2的台湾捷豹生产的螺杆式中风压空压机，按“一喷一台”配置，即一台高喷台车配置一台空压机。施工用水选用潜水泵分散取水供水，即根据高喷机组的布置状况，直接分散就近抽取雅砻江江水向高喷施工供水，供水规模为15m/h/机组。高喷施工用电负荷大，且线路长，按150KWh/机组配置。为减小线损及压降，保证供电系统提供正常电压，沿纵向围堰共布置4台变压器，从上游至下游分别为400KVA、800KVA、1250KVA、800KVA变压器

18、各一座，各高喷机组就近搭接电源。8.4、施工排污沿施工轴线内侧，挖设30cm30cm的排浆沟，并在灌浆站附近挖设 (长)3m(宽)3m(深)1.5m的沉淀池，现场高喷废弃浆液通过排浆沟流入沉淀池并经沉淀处理满足排放要求后用污水泵直接排入河道内。8.5、孔位放样轴线、孔位放样常用工具：全站仪、钢尺、皮尺、卷尺、红油漆、记号标识物等。轴线控制点采用全站仪测设，钢尺、皮尺要求额定量程大于50米。因控制点在高喷轴线上，极易因施工而破坏，所以控制点通常采用三角形定位法引至不被施工干扰的地方，用显著记号标识注明、编号。（1）、施工之前，按设计图纸测量放线准确定位高喷轴线，测量放线控制点按30m一个控制，并

19、用25钢筋打入地下，使用红色油漆及红布条绑扎于钢筋之上做好标记。（2）、在高喷轴线测量放样定位之后，根据测量放点桩号，导出每单元的首尾桩号，并采用25钢筋打入地下，使用红色油漆及红布条绑扎于钢筋之上做好标记。（3）、在高喷轴线上，根据单元控制点，制作永久性控制点，控制点布置于每单元第一个三序孔孔位上，控制点采用人工开挖40cm40cm深50cm的坑槽，并浇筑为砂浆混凝土其控制墩顶部高出地面20cm，在墩顶部中心位置插设28钢筋桩，根据测量控制点对孔中心位置精确定位，钢筋桩高出墩顶30cm，并在墩顶部注明孔位及桩号。（4）、对永久性控制点制作定位点，将定位点引致围堰外侧边线，靠近防护栏不易被人为

20、性破换的地方，每个永久性控制点制作2个定位点，根据三角形原理定位永久控制点，并详细记录a、b、c的定位数值。定位点布置方式见图8-1。图8-1 定位点布置图（5）、孔位放样利用永久性控制点，以两个永久性控制点为基准点，采用钢尺对拉精确测量放样孔位，放样过程中要确保钢尺拉直，保证每个孔位之间定距等分，各段的累计误差要在对应控制点内分摊消除。（6）、要求钻机开孔偏差不得大于5cm，开孔之前质检人员应对钻孔孔位进行准确校核，孔位无误后方可进行开孔。8.6、施工顺序的组织高喷施工中钻孔和喷灌作业是相辅相成、相互影响和制约的两道工序，故其工作面和施工顺序的组织显得尤为重要。钻孔和喷灌作为高喷灌浆中最重要

21、的两道工序，其所有施工部署均需满足此工序施工的要求，并尽可能的减少其相互之间的影响。钻孔和喷灌作业的相互影响主要表现在两方面，钻孔和喷灌在同一工作面上，若顺序不合理，容易出现钻机和高喷台车多次往返交错施工，互相影响进度和工效；钻孔顺序不合理可能出现钻机因高喷灌浆凝期不够而待孔的情况，造成窝工而降低功效。而高喷施工的最大特点就是质量要求高、工期紧，所以合理的施工顺序对保证质量和工期是非常重要的，一般情况施工顺序应注意以下两点：（1）、钻机摆放应是尾部朝着钻孔顺序前进的方向，即退着钻进，这样钻机就最大限度的少侵占已钻进成孔的工作面，为钻孔验收、测斜及喷灌创造时间。（2）、一般宜按2030个孔划分为

22、一个单元，按2个单元联合施工布置工作面，即两个单元的序孔按顺序一次性钻完(高喷灌浆跟着进行)，然后再按顺序钻进序孔， 这样可以给序孔充足的待凝时间，最大限度的减少钻孔与喷灌的交叉干扰。9、钻孔9.1、孔斜控制标准的制定钻孔作为整个高喷灌浆施工工序的第一步，如何确保钻孔精度、降低孔故发生率，钻孔孔斜的控制对施工质量、进度、成本消耗等至关重要。根据水利水电工程高压喷射灌浆技术规范DL/T 5200-2004规定，孔深不超过30m时，钻孔偏斜率不超过1%；而本围堰高喷防渗孔深超过50m，规范对孔深超过30m后的孔斜率尚无定量的规定。按本高喷防渗工程设计桩径1.2m、孔距0.8m及钻孔孔斜率1%控制，

23、考虑极端状况按最大偏斜计算，高喷桩体在20m以下将出现开叉，难以满足设计防渗要求，故规范规定不能满足此工程需要，应根据钻孔的不同深度，制定出标准高同时科学、合理的钻孔偏斜率，以适应本工程需要。根据该工程孔深深的特点，针对不同的钻孔深度，结合钻孔设备、工艺，按设计桩径、孔距，以保证孔底有效搭接的原则，建立钻孔偏斜的立体模型（理论计算模型见图9-1），采用层次分析法掌握钻孔偏斜率对不同孔深的影响范围和程度，以确保墙体的均匀连续为基础，制定不同孔深的孔斜控制标准。孔斜的计算依据，双排孔设计孔距为1.0m，排距为0.6m，按梅花形布置，根据设计桩径1.2m，前排与后排最大偏斜可为0.6m，考虑两排孔出

24、现极端状况呈反向偏斜故单孔最大偏距可按0.3m控制。单排孔设计桩径1.2m、孔距为0.8m，单孔最大偏距可视其出现搭接的临界状况且呈反向偏斜，控制在0.2m0.4m之间。通过计算本工程孔斜控制标准见表9-1.表9-1 孔斜控制标准序号孔深范围控制标准备注1h52m0.8%双排孔2h200.8%单排孔320mh30m0.7%单排孔4h30m0.6%单排孔图9-1 理论计算模型9.2、钻孔工艺的选择由于地质条件恶劣，为保障钻孔施工精度、钻孔施工质量和整体施工进度，试验表明：选用合理的钻孔设备、机具及可靠的材质性能，结合使用孔斜的分段控制技术，根据各种钻孔工艺的优点及缺点，充分考虑各种钻孔工艺与地层

25、的匹配性，采取相对合理的综合钻孔工艺及工法，是确保钻孔质量及进度的关键所在。本工程主要采用了偏心跟管钻孔工艺、卡式扩孔钻头同心跟管钻孔工艺及同心跟管钻孔工艺（配置高频顶驱冲击器）3种钻孔工艺。其成孔原理及适用范围如下。（1）、偏心跟管钻孔工艺偏心跟管钻具由稳杆器、中心钻头、偏心钻头三件套组成（偏心跟管钻具结构及工作示意图见图9-2）。图9-2 偏心跟管钻具工作示意图偏心式跟管钻孔工艺依靠中心钻头破碎底部岩石钻进，偏心钻头对孔壁周围的岩石进行破碎扩孔，稳杆器带动外壁套管跟进护壁成孔，偏心式跟管钻具能重复使用。优点为适用地层范围广，功效高。不足为在遇孤石、飘石等地层，扩孔过程受偏心头影响，钻进速度

26、较慢、孔斜不宜控制。（2）、卡式扩孔钻头同心跟管钻进工艺卡式扩孔钻头同心跟管钻具由同心式中心钻头、扩孔钻头组成（卡式扩孔钻头同心跟管钻具结构及工作原理见图9-3）。图9-3 卡式扩孔同心跟管钻具结构及工作原理卡式扩孔钻头同心跟管钻进成孔原理由中心钻头和扩孔钻头同步扩孔同心钻进，扩孔钻头采用大于套管直径的环形均匀镶嵌的合金柱齿钻头，扩孔钻头与同心钻头同步旋转，配合冲击器高频冲击及回转钻进实现跟管护壁成孔。优点为适用于大孤石、漂石等复杂地层，较偏心跟管钻进精度高，对密实、坚硬地层扩孔迅速，进尺快，不易卡钻，避免了因卡钻、跳钻对机械设备损伤，提高了钻孔功效，节约了施工成本。不足为当地层较柔软或出现架

27、空现象时，扩孔套、中心钻头易脱落，加大孔故频率和施工成本，影响施工进度。（3）、同心跟管钻孔工艺同心跟管钻具由中心钻头、外管扩孔钻头两件套组成（同心跟管钻具结构及工作原理见图9-4），该工艺的特点是在动力头安装高频顶驱冲击器。图9-4 同心跟管钻具结构及工作原理同心跟管钻进成孔原理由中心钻头和外管扩孔钻头进行扩孔同心钻进，扩孔钻头采用大于套管直径的环形均匀镶嵌的合金柱齿钻头，扩孔钻头与套管连接为整体，套管及扩孔钻头在顶驱冲击器作用下与中心钻头、钻杆同步回转，配合冲击器、顶驱高频冲击及钻进回转实现跟管护壁成孔；该工艺特点是在动力头安装新型高频顶驱冲击器，遇较硬地层钻进缓慢时，打开顶驱冲击器，通过

28、套管、钻杆将顶驱冲击传至外管扩孔钻头、中心钻头可提高钻进速度。优点是适用范围为粘土层、细沙层等柔软密实的地质条件，钻孔精度易控制，进尺速度快、功效高。缺点是在原始河床、大孤石、漂石较多的复杂地层，进尺困难，使用局限性较大。（4）、成孔质量及功效的量化参数分析针对钻孔工艺的使用及改进采用量化标准的动态性试验方法，在依托工程中按不同的地质情况采用相应的综合钻孔工艺进行针对性的处理，能将孔斜控制在可靠的标准范围内，并能最大限度的满足对钻孔功效的要求，单班进尺达3035m（按8h/班计算），为成本、进度及质量控制的最优结合点（综合钻孔工艺在不同孔深及地层下的技术性能对比见表9-2）。表9-2 综合钻孔

29、工艺在不同孔深及地层下的技术性能对比序号工艺名称适用地层孔深范围最优孔斜控制功效指标实施效果1偏心跟管孤漂石含量1020%035m0.6%3234m/8h良好孤漂石含量50%以上035m1.0%2426m/8h较差孤漂石含量2030%052m0.8%2830m/8h一般2卡式同心孤漂石含量1020%035m0.6%2829m/8h一般孤漂石含量50%以上035m0.6%3133m/8h良好孤漂石含量2030%052m0.6%2930m/8h一般3同心跟管孤漂石含量1020%035m0.6%3235m/8h良好孤漂石含量50%以上035m0.9%2326m/8h一般孤漂石含量2030%052m0.6%3235m/8h良好通过对各种工艺的研究、分析与对比，综合钻孔工艺使用范围如下：、偏心跟管钻孔工艺，钻进中、下游【（围）0-074.0（围）0+190.0】孤石、漂石含量少、孔深035米左右的地层。、卡式扩孔钻头同心跟管钻孔工艺，钻进上游【（围）0-441.104（围）0-074.0】