浅基坑砂卵石围堰振冲灌浆防渗技术研究

1、 土石围堰气浆振冲注浆防渗技术研究土石围堰气浆振冲注浆防渗技术研究(2010(2010年年7 7月月20112011年年7 7月）月） 承担单位：中国水利水电第七工程局有限公司甲米电站项目经理部承担单位：中国水利水电第七工程局有限公司甲米电站项目经理部 项目负责人：唐项目负责人：唐 勇勇目目 录录 一、课题立项背景一、课题立项背景 二、课题研究的主要内容二、课题研究的主要内容 三、项目工程施工情况三、项目工程施工情况 四、研究人员投入情况四、研究人员投入情况 五、取得的成果五、取得的成果 六、经费使用情况六、经费使用情况 七、推广应用情况及应用成效七、推广应用情况及应用成效 第一章第一章 课题

2、立项背景课题立项背景 一、应用前景一、应用前景 近年来，我国水利水电建设快速发展，建设项目的数量和规模达到了近年来，我国水利水电建设快速发展，建设项目的数量和规模达到了前所未有的水平。小型水利水电枢纽工程也越来越多，而一个水电站项目前所未有的水平。小型水利水电枢纽工程也越来越多，而一个水电站项目不论大小，导流是必不可少的一个重要环节，围堰为其一个重要部分，围不论大小，导流是必不可少的一个重要环节，围堰为其一个重要部分，围堰防渗成功与否直接关系到水电工程建设的顺利，围堰及围堰防渗工程在堰防渗成功与否直接关系到水电工程建设的顺利，围堰及围堰防渗工程在水电建设工程中占据重要地位，直接关系到水电建设工

3、程的进度和投资。水电建设工程中占据重要地位，直接关系到水电建设工程的进度和投资。围堰防渗施工，根据围堰堰体及堰基覆盖层厚度及地层组成情况，常用的围堰防渗施工，根据围堰堰体及堰基覆盖层厚度及地层组成情况，常用的防渗方法主要有高压喷射灌浆、混凝土防渗墙、粘土芯墙、水泥或粘土水防渗方法主要有高压喷射灌浆、混凝土防渗墙、粘土芯墙、水泥或粘土水泥灌浆、自凝灰浆槽、板桩灌注墙、防渗土工膜等。现有各种工艺均较为泥灌浆、自凝灰浆槽、板桩灌注墙、防渗土工膜等。现有各种工艺均较为成熟，然而都有各自的局限性。成熟，然而都有各自的局限性。 基于振冲法和高压喷射灌浆法进行改进，对振冲器进行技术创新改进基于振冲法和高压喷

4、射灌浆法进行改进，对振冲器进行技术创新改进，形成一种新的方法，形成一种新的方法-气浆振冲注浆。气浆振冲注浆防渗施工具有速度气浆振冲注浆。气浆振冲注浆防渗施工具有速度快、投资小，节约水泥用量、环保等特点，可达到节约成本和节约工期的快、投资小，节约水泥用量、环保等特点，可达到节约成本和节约工期的目的，气浆振冲注浆土石围堰较为适合，可为水利水电工程围堰防渗施工目的，气浆振冲注浆土石围堰较为适合，可为水利水电工程围堰防渗施工探索一条新的施工方法。探索一条新的施工方法。 二、立项背景二、立项背景 投标施组围堰防渗为高喷灌浆，高喷防渗墙工程量投标施组围堰防渗为高喷灌浆，高喷防渗墙工程量1872m21872

5、m2。实施阶段。实施阶段根据首部枢纽地质情况，一期工程围堰防渗轴线长度根据首部枢纽地质情况，一期工程围堰防渗轴线长度240m240m，二期围堰防渗，二期围堰防渗轴线长度轴线长度180m180m，防渗深度，防渗深度10m10m，围堰防渗工程量，围堰防渗工程量4200m24200m2。同时，由于首部枢。同时，由于首部枢纽地基处理工程量大幅增加，采用原高喷防渗墙方案，首部枢纽工程度汛纽地基处理工程量大幅增加，采用原高喷防渗墙方案，首部枢纽工程度汛形式非常严峻、且投入增加。课题组经方案比选，基于振冲法和高压喷射形式非常严峻、且投入增加。课题组经方案比选，基于振冲法和高压喷射注浆法进行改进，对振冲器进行

6、技术创新改造，形成的一种新的方法注浆法进行改进，对振冲器进行技术创新改造，形成的一种新的方法气浆振冲注浆技术。气浆振冲注浆技术。 优势：该方法不但具有振冲法成孔快、对孔壁具有振密的特点，还具优势：该方法不但具有振冲法成孔快、对孔壁具有振密的特点，还具有高压喷射注浆法良好的加固效果；同时，气浆振冲注浆所能达到的有效有高压喷射注浆法良好的加固效果；同时，气浆振冲注浆所能达到的有效桩径均高于振冲法及高压喷射注浆法，从而能够更有效的止水或提供更高桩径均高于振冲法及高压喷射注浆法，从而能够更有效的止水或提供更高的复合地基承载力，由于振冲器的振动作用，气浆振冲注浆法还可有效的的复合地基承载力，由于振冲器的

7、振动作用，气浆振冲注浆法还可有效的消除地基液化问题；另外，相对高压喷射注浆法，它在设备、资金、材料消除地基液化问题；另外，相对高压喷射注浆法，它在设备、资金、材料投入相对较少，施工成本低，工序简单易于操作，缩短工期，水泥浆液流投入相对较少，施工成本低，工序简单易于操作，缩短工期，水泥浆液流失相对较少，在环保上具有明显的优势，对浅基坑砂卵石围堰防渗较为适失相对较少，在环保上具有明显的优势，对浅基坑砂卵石围堰防渗较为适合合 。 三、施工技术难点三、施工技术难点 （1 1）坝基岩层包括覆盖层和基岩两大部分：坝基覆盖层厚）坝基岩层包括覆盖层和基岩两大部分：坝基覆盖层厚31.431.435.15m35.

8、15m，分分8 8个小层，依次为个小层，依次为卵石层，厚卵石层，厚3.853.856.35m6.35m，结构稍密，地基承载力为，结构稍密，地基承载力为0.48Mpa0.48Mpa，细砂层，厚细砂层，厚2.162.163.41m3.41m，结构松散稍密，承载力为，结构松散稍密，承载力为0.14MPa0.14MPa0.28Mpa0.28Mpa，粘土及粉质粘土层，厚度粘土及粉质粘土层，厚度8.948.9412.67m12.67m，棕色，结构松散稍密，棕色，结构松散稍密，渗透系数渗透系数1.381.381010-4-41.591.591010-5-5cm/scm/s，承载力为，承载力为0.125Mpa

9、0.125Mpa，粘土夹碎石层，粘土夹碎石层，坝址上游有出露，坝址上游有出露，卵石层，该层地基承载力较高，卵石层，该层地基承载力较高，细砂层，厚度细砂层，厚度3.143.146.55m6.55m，含少量卵砾石，稍密，地基承载力较低，埋深，含少量卵砾石，稍密，地基承载力较低，埋深3030多米。基础宜多米。基础宜置于第置于第卵石层上，其下作防渗和地基加固处理。卵石层上，其下作防渗和地基加固处理。 （2 2）本工程首次采用气浆振冲注浆进行围堰防渗，无任何经验借鉴。）本工程首次采用气浆振冲注浆进行围堰防渗，无任何经验借鉴。 （3 3）采用气浆振冲注浆主要应防止防渗幕墙在围堰轴线及竖直方向不连续，）采用

10、气浆振冲注浆主要应防止防渗幕墙在围堰轴线及竖直方向不连续，导致幕墙不密闭，使防渗失败。强透水情况下应快速成墙并对透水点补漏。导致幕墙不密闭，使防渗失败。强透水情况下应快速成墙并对透水点补漏。 第二章第二章 课题研究的主要内容课题研究的主要内容1 1、振冲设备选型及改造。、振冲设备选型及改造。2 2、气浆振冲注浆施工技术用于围堰防渗的施工工艺、施工技术参数、质量、气浆振冲注浆施工技术用于围堰防渗的施工工艺、施工技术参数、质量控制。控制。3 3、探索气浆振冲注浆施工技术用于砂卵石围堰防渗的可行性、经济性；、探索气浆振冲注浆施工技术用于砂卵石围堰防渗的可行性、经济性；第三章第三章 项目工程施工情况项

11、目工程施工情况 由于首部枢纽工程地基处理工程量巨幅增加，使首部枢纽工程度汛目标形由于首部枢纽工程地基处理工程量巨幅增加，使首部枢纽工程度汛目标形式异常严峻，围堰防渗成败，是首部枢纽工程之关键。式异常严峻，围堰防渗成败，是首部枢纽工程之关键。一期围堰（上游、下游、纵向围堰，围堰气浆振冲抓紧总长一期围堰（上游、下游、纵向围堰，围堰气浆振冲抓紧总长240m240m）气浆振）气浆振冲注浆施工冲注浆施工20092009年年1212月月2828日开始，日开始，20102010年年1 1月月5 5日结束，工期日结束，工期9 9天。二期围堰（上天。二期围堰（上游围堰、下游围堰，围堰气浆振冲注浆总长游围堰、下游

12、围堰，围堰气浆振冲注浆总长180m180m）气浆振冲注浆施工）气浆振冲注浆施工20102010年年1212月月1 1日开始，日开始，20102010年年1212月月1717日结束（日结束（1212月月5 5日日1515日振冲器故障），工期日振冲器故障），工期6 6天。天。 采用气浆振冲注浆防渗效果良好，满足了基坑施工要求。采用气浆振冲注浆防渗效果良好，满足了基坑施工要求。第四章第四章 研究人员投入情况研究人员投入情况序号姓名职 称专 业课题中分工（投入课题）时间段1唐 勇工程师水工总负责2010.072010.072011.072011.072邓 鹏工程师水工技术总负责2010.072010.

13、072011.072011.073范镇鸿工程师土木工程经营管理2010.072010.072011.072011.074王建兴工程师水工现场管理2010.072010.072011.072011.075胡忠良工程师工程力学技术负责2010.072010.072011.072011.076吴 明助理工程师水工质量负责2010.072010.072011.072011.077陈健助理会计师财会财务负责2010.072010.072011.072011.078李双林助理工程师工程机械设备物资负责2010.072010.072011.072011.079李勇助理工程师水工测量负责2010.072010

14、.072011.072011.0710姜明助理工程师水工现场技术管理2010.072010.072011.072011.0711范祖光助理工程师土木工程现场技术员2010.072010.072011.072011.0712唐雄助理经济师经济管理预算负责2010.072010.072011.072011.0713蒲隆进助理工程师交通工程质量检查2010.072010.072011.072011.0714刘斌技术员水工测量2010.072010.072011.072011.0715张敏技术员水工测量2010.072010.072011.072011.07第五章第五章 取得的成果取得的成果 一、施工

15、原理一、施工原理 （1 1）振冲器改造原理）振冲器改造原理 振冲器由偏心振动体、潜水电动机、射水管总成、上接套、密封垫、减震振冲器由偏心振动体、潜水电动机、射水管总成、上接套、密封垫、减震器、高压胶管及导向管总成等组成，各部均用螺栓联接成一体。改造后的气液器、高压胶管及导向管总成等组成，各部均用螺栓联接成一体。改造后的气液注浆式振冲器是在原振冲器的内部，增加了压气管总成，并在振冲器端头设置注浆式振冲器是在原振冲器的内部，增加了压气管总成，并在振冲器端头设置小孔径的出气孔，外部配置高压胶管与空压机相连。小孔径的出气孔，外部配置高压胶管与空压机相连。 （2 2）施工原理）施工原理 气浆振冲注浆是基

16、于振冲法及高压喷射注浆法进行改进后的一种施工方法，气浆振冲注浆是基于振冲法及高压喷射注浆法进行改进后的一种施工方法，在原有振冲在原有振冲+ +水的基础上，将水管用于输送浆液，同时增设了空气喷射通道，即水的基础上，将水管用于输送浆液，同时增设了空气喷射通道，即振冲振冲+ +浆液浆液+ +气体三相结合进行岩土施工。它是利用气浆振冲器的振动，对原土气体三相结合进行岩土施工。它是利用气浆振冲器的振动，对原土层进行扰动，重新组织土颗粒的排列方式，重塑土层结构。在振动过程中，不层进行扰动，重新组织土颗粒的排列方式，重塑土层结构。在振动过程中，不断喷射空气流、注入水泥浆，空气流对土体中原有的空隙及裂缝再次加

17、大，形断喷射空气流、注入水泥浆，空气流对土体中原有的空隙及裂缝再次加大，形成浆液通道，同时借助空气流的搅动，使土层中的细小颗粒或腐殖质等在气流成浆液通道，同时借助空气流的搅动，使土层中的细小颗粒或腐殖质等在气流及浆液流的浮力作用下，溢出孔口而排出，并通过浆液与土体间的凝聚作用，及浆液流的浮力作用下，溢出孔口而排出，并通过浆液与土体间的凝聚作用，使加固土体硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，与土层组成使加固土体硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，与土层组成复合地基以提高土体承载力，相互搭接成墙以降低土体的渗透性能。复合地基以提高土体承载力，相互搭接成墙以降低土体的渗透性能

18、。二、施工参数二、施工参数 （1 1）设备选型）设备选型 根据设计地质勘探资料，本工程选用了根据设计地质勘探资料，本工程选用了ZCQ150ZCQ150型号的气浆振冲器造孔。型号的气浆振冲器造孔。 （2 2）孔距）孔距 孔径为桩径与两倍搭接长度之差，搭接长度一般取孔径为桩径与两倍搭接长度之差，搭接长度一般取10cm10cm，由于该种方法首，由于该种方法首次用于围堰防渗，故按次用于围堰防渗，故按0.6m0.6m孔距布置，搭接成槽，成墙厚度孔距布置，搭接成槽，成墙厚度0.7m0.7m1m1m，孔深，孔深10m10m。 （3 3）注浆量）注浆量 本工程用于围堰防渗，浆液量本工程用于围堰防渗，浆液量60

19、L60L140L/140L/分钟，浆液浓度分钟，浆液浓度0.6:10.6:1 1:11:1，采用采用42.5R42.5R早强水泥。早强水泥。 （4 4）注浆压力）注浆压力 由于气浆振冲法利用振冲及喷射气流造孔，浆液填充颗粒空隙，故注浆压由于气浆振冲法利用振冲及喷射气流造孔，浆液填充颗粒空隙，故注浆压力相对较小，压力力相对较小，压力0.30.30.5Mpa0.5Mpa。 （5 5）气压）气压 气浆振冲注浆法喷气压力与地层的力学指标、施工环境及施工要求有关，气浆振冲注浆法喷气压力与地层的力学指标、施工环境及施工要求有关，孔隙率大，粘聚力较小的地层，较少气压即可吹入充分浆液，反之则需要较大孔隙率大，

20、粘聚力较小的地层，较少气压即可吹入充分浆液，反之则需要较大压力，首部枢纽闸坝基础以下压力，首部枢纽闸坝基础以下10m10m范围均为砂卵石、粉细沙层，两侧岸坡部位为范围均为砂卵石、粉细沙层，两侧岸坡部位为淤泥质砂土，故采用淤泥质砂土，故采用0.50.50.8Mpa0.8Mpa风压。风压。 （6 6）振冲器贯入速度及提升速度）振冲器贯入速度及提升速度 振冲器贯入、提升速度受注浆量、基础地质条件、注浆空位位置的控制，振冲器贯入、提升速度受注浆量、基础地质条件、注浆空位位置的控制，对于注浆量大、上部压力大、注浆孔深的部位，可适当加速，由于围堰止水要对于注浆量大、上部压力大、注浆孔深的部位，可适当加速，

21、由于围堰止水要求高，其提升速度应小于地基处理。振冲器正常贯入速度：求高，其提升速度应小于地基处理。振冲器正常贯入速度：8080100cm/min100cm/min，振，振冲器提升速度：冲器提升速度：303050cm/min50cm/min。 三、施工工艺及质量控制三、施工工艺及质量控制 （1 1）清理整平场地、确定灌浆轴线，沿轴线开挖宽）清理整平场地、确定灌浆轴线，沿轴线开挖宽1.5m1.5m，深，深0.6m0.6m基槽，测基槽，测放孔位，孔距放孔位，孔距60cm60cm，并插签标识。，并插签标识。 （2 2）在振冲器起吊连接管上按）在振冲器起吊连接管上按50cm50cm刻度做好标识，施工机具

22、就位，起吊振刻度做好标识，施工机具就位，起吊振冲器对准孔位，孔位偏差控制在冲器对准孔位，孔位偏差控制在5cm5cm，钻孔的孔斜率控制在，钻孔的孔斜率控制在1%1%以内；以内； （3 3）采用高速搅拌机按）采用高速搅拌机按0.6:10.6:1拌制水泥浆，并在高速搅拌机出浆口设置滤拌制水泥浆，并在高速搅拌机出浆口设置滤网，技术人员对每桶水泥浆测量比重，严格控制水泥浆液浓度；网，技术人员对每桶水泥浆测量比重，严格控制水泥浆液浓度； （4 4）造孔注浆：启动动力箱，待振冲器运行正常后，开动压浆泵送水泥浆）造孔注浆：启动动力箱，待振冲器运行正常后，开动压浆泵送水泥浆液，使振冲器徐徐贯入，施工过程中，现场

23、技术人员采用吊锤从正面、侧面测液，使振冲器徐徐贯入，施工过程中，现场技术人员采用吊锤从正面、侧面测量垂直度，防止偏斜，待振冲器达到设计孔深后，电流达到量垂直度，防止偏斜，待振冲器达到设计孔深后，电流达到100A100A，再徐徐提升，再徐徐提升，至孔口至孔口50cm50cm时停止注浆，以保证浆液不溢出孔口。各项施工参数必须每孔观测时停止注浆，以保证浆液不溢出孔口。各项施工参数必须每孔观测检查，发现不符合要求的必须立即纠正，记录每孔水泥用量；检查，发现不符合要求的必须立即纠正，记录每孔水泥用量； （5 5）施工过程中，观察围堰内侧渗水情况，如果渗水内含有较浓水泥浆，）施工过程中，观察围堰内侧渗水情

24、况，如果渗水内含有较浓水泥浆，说明该部位渗漏点多，空洞大，需放慢钻孔速度，或反复钻进、提升，同时调说明该部位渗漏点多，空洞大，需放慢钻孔速度，或反复钻进、提升，同时调整加浓该部位水泥浆液（整加浓该部位水泥浆液（0.6:10.6:1），直至围堰内侧渗水逐渐变为清澈、渗水逐渐），直至围堰内侧渗水逐渐变为清澈、渗水逐渐变小，电流达到变小，电流达到100A100A，即可向下钻进。对于有架空，涌水基础部位，可抛填袋，即可向下钻进。对于有架空，涌水基础部位，可抛填袋装水泥、黄土，利用振冲器巨大的横向集振力集中、快速封堵。装水泥、黄土，利用振冲器巨大的横向集振力集中、快速封堵。 （6 6）关闭振冲器，关闭空

25、压机，停止供浆，清洗灌浆管。）关闭振冲器，关闭空压机，停止供浆，清洗灌浆管。 （7 7）为了保证防渗幕墙快速凝结成墙，将原确定采用的）为了保证防渗幕墙快速凝结成墙，将原确定采用的32.5R32.5R普通硅酸盐普通硅酸盐水泥水泥改为水泥水泥改为42.5R42.5R普通硅酸盐水泥，水泥使用前，需由实验室进行检测试验。普通硅酸盐水泥，水泥使用前，需由实验室进行检测试验。 （8 8）严格值班制度，每班配置）严格值班制度，每班配置1 1名值班队长、名值班队长、1 1名技术员、名技术员、1 1名修理工、名修理工、1 1名名电工、电工、1 1名经验丰富的起重机操作手、名经验丰富的起重机操作手、8 8名工人，

26、在施工过程中，技术员须随时名工人，在施工过程中，技术员须随时对每个孔检查、记录各项数据，观测渗水情况并记录、拍照，值班队长与起重对每个孔检查、记录各项数据，观测渗水情况并记录、拍照，值班队长与起重机操作手的默契配合，是保证施工进度的关键，同时消除人为操作造成的缺陷，机操作手的默契配合，是保证施工进度的关键，同时消除人为操作造成的缺陷，并须做到人停机不停，力争连续并须做到人停机不停，力争连续2424小时作业。小时作业。 （9 9）停工处理：由于停电、设备故障等原因停工后，需对搭接头进行处理。）停工处理：由于停电、设备故障等原因停工后，需对搭接头进行处理。在搭接头处能在原孔部位钻孔的可继续钻孔，如果不能在该部位钻孔，可在相在搭接头处能在原孔部位钻孔的可继续钻孔，如果不能在该部位钻孔，可在相邻部位重新钻孔，与已形成幕墙段搭接邻部位重新钻孔，与已形成幕墙段搭接1m1m。 （1010） 缺陷处理：围堰