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1、 高压旋喷防渗墙在实际工程中的运用 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平安保障和进度保障。 关键词:围堰 施工 高压旋喷 防渗 进度引 言水利水电工程建立中，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、平安、节资的施工方法。一、工程概况1
2、.概况大山口二级水电站工程等别为等，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34.9108m3。大山口水文站年径流量系列统计参数采用矩法估算，经P-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CvCs5102550759095110.450.211.26155141.6122.4105.893.485.382.22.工程地质条件围堰堰址附近河道宽98m，现代河床宽64.
3、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2.40 g/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1.0710-2cm/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Vp3500-4200m/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
4、.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、为46.0-46.5、浸水后抗剪强度c为0.8-1.0MPa、为42.5-43.5。3.围堰结构与防渗体设计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1349.5 m，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与1:1，一期围
5、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+0000+130段采用高压旋喷防渗墙深入基岩0.5m，0+1300+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+2000+501.52段采用粘土心墙与粘土截水槽防渗，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，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，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塑性砼防渗墙进展防渗。施工期堰基渗水辅助大功率水泵强排
6、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m23865二.施工工艺流程高喷灌浆防渗墙施工工艺流程见图1。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与夯实下 喷 浆 管制 浆终 孔 验 孔喷 射高喷台车就位高压水压缩气试 喷图1 高喷灌浆施工工艺流程图三 施工措施1.风、水、电布置 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0.81.0mpa,高喷台车后架上配置一台进展供风。 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
7、其中一台备用，从开都河中抽水以满足本工程的生产用水。 供电与照明：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
8、台。 3.施工排污系统在施工场面排污进展全面规划，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.根底防渗形式确定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
9、供地质的描述与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15.519.0m，中等密实，分布的孤石最大粒径为40cm。经综合比拟，为满足围堰防渗要求，高喷灌浆形式选用旋喷。高喷灌浆种类确定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
10、.0m。适用于加固软土根底。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左右压力将浆液从喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa0.8MPa 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，在一样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与粉土、砂土、砾石、卵碎石等地层的防渗加固。作为在单管和二管法根底上开展起来的三管法，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
11、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。 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。 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，将其外表冲刷剥离干净，新的浆液再与之凝结。根据本工程进度要求与施工特点，结合施
12、工区地质情况，高压喷射灌浆防渗墙采用切割式。高压旋喷墙其他参数确实定如下表表3 高喷灌浆施工参数表高喷灌浆确定参数水压力(MPa)3840气压力(MPa)0.60.8流量(L/min)7080喷嘴个2喷嘴个2流量m3/min0.81.2喷嘴直径mm1.701.90环状间隙mm1.01.5浆压力(MPa)0.21.0密度g/cm1.60(水灰比0.75:1流量(L/min)65喷嘴个1浆嘴直径mm612回浆密度g/cm31.2转速r/min0.81.0V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
13、管钻机钻进造孔，下设直径110mm的PVC管。钻头对准孔位中心。为保证到达设计要求，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，先施工序孔，再施工序孔。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。 钻孔与钻孔记录：钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根
14、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、粒径与架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度与埋深。 钻孔验收：钻孔完毕后，对钻孔孔深、孔斜进展验收，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根底多布漂石与砾卵石，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列图5-1。高喷灌浆分序施工，先施工序孔，后施工序孔。高压水压力采用3840Mpa，空压机风压压力0.60.8MPa；灌浆泵压力为0.21.0mpa，提升速度为11cm/min。图2 高压旋喷
15、布孔图 高喷灌浆工艺流程台车行走、就位与调试喷具组装与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，使之到达设计值，待孔口返浆比重符合要求后，开场提升，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、回浆比重与旋转、提升速度等参数是否符合要求。 高压喷射灌浆应自下而上进展，灌浆过程中应到达：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
16、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。 三重管机具试运转时的高压水泵泵压保持3840 MPa，流量7080L/min；空压机风压保持0.60.8MPa；泥浆泵泵压保持0.21.0MPa，排量65L/min，同轴喷射。 水泥浆液应进展严格的过滤，防止喷嘴在喷射作业时堵塞。 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/cm，施工当中浆液密度应保持上述指标时。 因故停喷后重新恢复施工前时，应对中断孔段进展复喷，搭接长度不得小于0.5m，采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升与喷射灌浆，并应记录中断深度和时
17、间。 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、提升速度与耗浆量。当出现异常情况时，必须查明原因，与时进展处理。 喷射作业完成后，应利用回浆或水泥浆与时进展回灌，直到孔口浆面不下降为止。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36068708038400.81.20.60.8650.21.01.60112.3 特殊情况处理 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
18、要尽力缩短中断时间，假设短时间不能恢复的，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继续进展喷射灌浆。 高喷过程中喷具出现堵塞时，提出喷具进展处理并记录中断深度。处理完毕后，假设孔深能满足深度要求，下入喷具到中断深度以下0.5m继续进展喷灌作业，不能满足要求的，重新造孔。 高喷灌浆过程中，假设孔发生严重漏浆，可采取以下措施进展处理： 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。 降低喷射压力、流量，进展原位灌浆。 在浆液中掺入速凝剂。 加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等。 向孔填入砂、土等堵漏材料。 高喷灌浆过程中发生串浆时，应填堵串浆孔，待灌
19、浆孔高喷灌浆完毕后，尽快对串浆孔扫孔，进展高喷灌浆，或继续钻孔。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、放慢提升速度的方法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使柱体连续完整。 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，采取加大注浆压力与降低提升速度的方法进展解决。五高压旋喷防渗墙的效果施工过程中， 对前20m进展了外观开挖检查，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。施工完成后按规进展了压水试验，实验全部合格。在一期围堰的后期使用中，防渗效果好，为进水口与泄洪冲沙闸的施工提供了平安保障。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SDJ275-88； 水利水电工程高压喷射灌浆技术规DL/T52002004； 通用硅酸盐水泥GB1752007；14 / 14
