劈裂试验方案

1、南水北调中线一期工程总干渠鹤壁1标掏砂洞处理劈裂试验施工方案中国水电二工程局南水北调中线鹤壁段施工项目部2010年6月10日批准核定审查编写 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 1试验说明1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1工程概况1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1.2试验原理1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.3试验目的2 HYPERLINK l bo

2、okmark22 o Current Document 2试验场区地质条件2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3试验方法2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1试验场地布置2 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3.2试验设备33.3施工主要技术参数43.3.1注浆深度、布孔、段高43.3.2注浆材料选择4 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 4劈裂灌浆试验施工4 HYPERLINK l boo

3、kmark40 o Current Document 4.1劈裂灌浆施工工艺流程44.2劈裂灌浆施工方法44.2.1钻孔施工44.2.2灌浆施工5 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 5资料整理6南水北调中线一期工程总干渠鹤壁1标掏砂洞处理劈裂试验施工方案1试验说明1.1工程概况南水北调中线一期工程总干渠鹤壁段第一标起于卫辉市安都乡马林庄 北仓河渠倒虹吸出口导流堤末端，止于淇县桥盟农场附近，起点桩号 IV144+600，终点桩号IV155+600，设计长度11KM，渠道截面为底小顶大的 等腰梯形，底部宽度19m，顶部宽度52.92m，渠道两侧为郑

4、州至北京的快 速通道，宽度合计约100m。项目于2009年5月开工建设，在桩号IV148+900IV152+770段进行 强重夯施工、土挤密桩施工和基坑开挖过程中发现较多的坑洞，后经多次 施工现场查勘，并组织现场人员对该类坑洞进行了初步调查，查明出露的 坑洞均为上世纪八、九十年代当地人掏砂时所留下的砂洞，洞径一般2m以 下，多位于高程+75+85m之间的中细砂及粗砂层。由于人工掏砂的随意性， 洞内结构错综复杂，分支洞较多，呈多层、密集、交错分布。同时由于掏 砂洞存在已有较长一段时间，大部分掏砂洞的洞口已被掩埋，部分砂洞洞 身坍塌，洞顶上移。为保证项目施工和今后渠道运行的安全，需对沿线范 围内的

5、掏砂洞进行处理。由于本次掏砂洞处理工作的特殊性，其中探查孔 间距的合理性、灌浆压力等施工工艺参数缺乏可参照执行的依据，需要通 过试验论证来求取参数。1.2试验原理当向土体内的孔内压水或灌浆时，作用在孔壁上的径向压力引起孔的 扩张，使孔壁土体受劈裂挤应力，而当这些应力超过土体的抗拉强度时， 就会在土体内产生一些裂缝，这种裂缝的产生过程称之为劈裂。当土体一 定范围内存在洞穴时，由于洞穴内壁无侧限阻力的特性，裂缝将首先沿洞 穴部位产生，其它部位不会产生开裂。1.3试验目的南水北调中线一期工程总干渠鹤壁段I标掏砂洞处理生产性试验劈裂 试验的主要目的：通过试验确定不同孔距条件下掏砂洞探查的灌浆压力；通过

6、试验确定掏砂洞探查灌浆的最佳孔位布设；通过试验分析掏砂洞探查灌浆钻孔间距的合理性。2试验场区地质条件根据河南省水利勘测有限公司南水北调中线一期工程总干渠鹤壁段 第一标段人工掏砂洞(桩号IV148+850IV154+000)勘察报告，场区第四 系松散层自上而下主要由：黄土状重粉质壤土、中细砂、含泥砂卵石、黄 土状粉土、钙质结核、中细砂、砂卵石、粉土、中细砂、砂卵石及粉质粘 土组成，砂层与土层相互交替，以互层形态存在，各层层厚在渠线的不同 部位分布不均，黄土状土具湿陷性。场区地下水主要以潜水的形式赋存于第四系深层砂卵石中，地下水位 高程在+60m左右，人工掏砂洞主要分布于不含地下水的第四系中上部砂

7、卵 石层中，掏砂洞埋深高程一般在+83m+75m之间，洞高大部分为0.62.2m， 洞径2m左右，最大不超过4m。3试验方法3.1试验场地布置试验场地选择在桩号149+750渠底板，该处已开挖揭露一掏砂洞。试 验钻孔沿掏砂洞周边环形布设，按孔距1m、2m、4m、6m、8m、10m布置， 具体见下图：掏砂洞8m6m10m1m制浆站注浆泵JT记录仪3.2试验设备用于本次劈裂试验的主要机械设备见下表：主要施工机械配置表序号设备名称规格型号单位数量技术参数备注1地质钻机XY-150台1最大钻孔深度为150m钻孔设备2泥浆制浆机NTJ-I台1400L/min制粘土浆设备3高速制浆机ZJ-400A台140

8、0L/min制水泥浆设备4搅拌桶ZJ-2000台12000L/min制混合浆设备5泥浆泵BW320台1250L/min灌浆设备6灌浆自动记录仪NW2005-W套13参数灌浆记录7长轴泵RKB-50台11.5-24m3/h浆液循环设备8离心泵3PN台1300L/min供水设备9清水泵Sns-50台1200L/min供水设备10柴油发电机75kw台1供电设备3.3施工主要技术参数3.3.1注浆深度、布孔、段高注浆深度：为钻孔深度，设计孔深16m20m。布孔：采用沿掏砂洞不同孔距环形布孔，孔距按1m、2m、4m、6m、 8m、10m六个级别布设。段高：采用孔口封闭，全孔一次灌注法。3.3.2注浆材料

9、选择选用生产性试验使用的水泥粘土复合浆材，浆材配合比1： 2.5:3.5, 浆液比重1.361.38。4劈裂灌浆试验施工4.1劈裂灌浆施工工艺流程钻孔一制浆一灌浆一终灌一封孔4.2劈裂灌浆施工方法4.2.1钻孔施工钻孔采用回转钻机钻进，泥浆护壁；钻孔孔径0 130110mm。钻孔开孔位置与设计位置偏差不得大于10cm。钻孔有效深度应达到设计深度。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情 况。4.2.2灌浆施工4.2.2.1孔口管埋设和注浆管安装注浆钻孔时埋设孔口管，以防止孔口塌落及孔口返浆。钻孔验收合格 后，首先应根据钻孔深度制作好注浆管和孔口管。注浆管采用050mm PVC

10、管材，长度与孔深一致。孔口管为双层管，外管为PVC注浆管，内管为1 寸镀锌管，管长1m左右，外管与内管之间的空隙用浓水泥浆充填，并在管 周边夯压密实。4.2.2.2 制浆采用粘土制浆机湿法制浆，随时测定泥浆密度，控制达到设计要求， 浆液比重为1.361.38。4.2.2.3灌浆及观测启动灌浆泵浆液从注浆管底部射浆管涌出，自下而上，沿小主应力作 用面，从压力大处向压力小处逐渐流动发展。土体一定范围内存在洞穴时， 由于洞穴内壁无侧限阻力的特性，浆液劈裂首先在该部位发生。当洞穴与 钻孔之间的土体被劈开后，此时反应在自动记录仪上的数值变化是灌浆压 力突然降低或消失，浆液流量急剧增大。随着灌浆时间的延续，洞穴被逐 步充填饱满，灌浆压力逐渐提高，浆液流量也随之减少。本次试验选择在已开挖揭露的掏砂洞附近按不同距离环形布孔施灌， 观测更直观。灌浆时按钻孔距离掏砂洞由近至远的顺序依次施灌，逐孔做 好灌浆记录及相关数据的收集。4.2.2.4 终灌由于本次试验主要目的是了解不同孔距条件下击穿掏砂洞所需灌浆压 力和击穿掏砂洞的极限孔距，在施灌过程中当发现灌浆压力突然降低、浆 液流量增大，同时掏