高压摆喷灌浆在水库除险加固工程中的应用

高压摆喷灌浆在水库除险加固工程中的应用

小海子水库位于甘肃省河西走廊中部的张庆市高台县。这是一个地势平坦的水库。水库分为上、中、下三个库。水库线路长10.95公里，库库价值1048.1万元。这是一个具有灌溉、养殖和调节蓄水功能的中型水库。虽经过多次加固处理,但由于该水库地处祁连山山前冲洪积平原缘顶与细土平原过渡带上,坝基地质条件差,多为第四系全新统冲洪积层,埋深在2.2m以下,分两层,上层为浅砖红色或灰黄色粘土层,厚度为3m～3.3m,下层为灰黄色粉细沙、中细沙,厚度大于20m。由于坝基渗漏严重,导致2007年4月19日发生了溃坝决口。为了解决坝基渗漏问题,经设计单位认真勘察与方案比较,最终确定了采用高压摆喷灌浆防渗墙方案对溃坝决口段(桩号2+650～2+750段)和其它坝段(桩号0+766～0+866段、1+080～1+210.5段、1+675～1+775.5段、2+500～2+650段、2+750～3+200.5段)前坝坡脚基础以下土层与粉细沙层进行了高压摆喷灌浆防渗处理,形成了6m～12m深度的高压摆喷防渗墙。本次除险加固自2009年8月16日开工,至12月8日竣工,采用三管法施工,防渗效果明显。一、试验结果表明，确定了布置和喷洒浆砌石的技术1喷灌设计施工过程高压喷雾设备2爆炸试验施工技术的确定二、固壁砂浆制作第一,布孔放线。按照设计图纸及施工进度要求,提前用经纬仪精确测放轴线、桩位及钻孔的位置,用木桩加以标明,每一段的轴线控制桩均用水泥桩进行埋设。第二,钻孔方法。钻孔采用泥浆护壁、合金钻头回转钻进的方法进行造孔。固壁泥浆采用临近优质粘土(临泽县板桥镇出产的红粘土)作为制浆用主要材料,孔内坍塌严重时可使用膨润土等标准制浆材料进行泥浆配制。第三,钻孔施工。钻孔施工分二个阶段进行。第一阶段为先导孔,沿前坝坡脚外2m处灌浆轴线方向每30m左右布置一个先导孔,利用先导孔采取芯样,准确分清沙土分层界线,为后续施工提供可靠的钻孔依据。第二阶段为灌浆孔,按现场试验确定的孔距沿防渗墙轴线布设灌浆孔。钻孔采用回转钻进、泥浆护壁的方法进行施工,经灌浆试验结果论证,最终设计方将钻孔孔距调整确定为1.5m,终孔孔径不小于110mm,实际孔深须大于设计深度0.3m。本工程共完成钻孔696个,钻进累计进尺5398m。水泥浆配比及过滤本工程使用水泥为山丹水泥厂生产的铁骑牌32.5级普通硅酸盐水泥,各项性能符合规范要求。浆液配制水灰比为1:1～0.8:1,浆液比重为1.50g/cm3～1.65g/cm3。水泥浆采用二级搅拌,二级过滤。一级搅拌时间不少于90s,经过滤后进入二级搅拌机,边搅拌、边过滤、边使用。孔底静喷孔底布置第一,地面试喷。高压摆喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格、高喷台车就位并对准孔口后,依施工轴线为准进行地面试喷,一方面检查各设备正常运转时能否达到各项参数,一方面检查检验摆角是否在轴线两侧均匀布置。第二,孔底静喷。喷射管下入到预定深度后,供浆、水、送风开始静喷,等各压力参数和流量参数均达到设计要求值,水泥浆液已返出孔口,且孔口返出浆液密度达到1.2g/cm3以上时,按试验确定的提升速度自下至上进行连续摆喷作业。为保证孔底灌浆质量,孔底静喷时间不少于2min。第三,高喷灌浆。高喷灌浆应保持全孔连续一次作业,作业中拆卸喷射管等停顿后,重复喷射灌浆长度不小于0.5m;在高喷灌浆过程中,出现压力突降或骤增,孔口回浆浓度和回浆量异常,甚至不返浆等情况时,查明原因后及时处理。2剩余污泥三、施工现场记录高喷灌浆属于一次性的隐蔽工程施工,施工质量的好坏取决于各个施工参数是否能保持正常,因此在施工过程中必须安排专人负责施工现场的记录,及时做好施工过程中的原始记录。应按施工机械运转记录、钻孔记录、高喷灌浆记录分别逐一记录,记录应做到详细、准确、清晰,认真反映施工中的真实情况。同时,各段施工完毕后,对各种原始记录及时进行汇总整理,填报相关质检表格,落实好监理工程师现场签证和阶段验收的准备工作。四、对于尚未使用绩效较高的纤维,对样品进行了处理施工中在造孔和高喷灌浆施工过程中出现过多次的塌孔、漏浆、串孔、灌浆中断等情况,对不同情况采取了相应的处理措施。实践证明处理措施实用可行,保证了进度,也保证了质量。pvc护壁钻孔出现塌孔时,先采取了加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土等方法进行护壁,但本段内地下水位高,原地层与回填料间相对稳定性差,孔内塌坍严重,无法保证喷射管下到设计深度。而后采用了PVC管护壁,钻孔方法采用跟管钻进法,即造孔时先跟入￠146钢套管,造孔完成后,在￠146钢套管内下入￠120PVC管,最后将钢套管拔出,用￠120PVC管进行护壁。PVC管选用薄壁、脆性、易冲破的管材,喷射管可直接下入￠120PVC管内进行高压摆喷。漏浆后提升促进剂及措施在漏浆地段钻孔时加大了泥浆浓度,泥浆中掺加了适量的水玻璃等堵漏材料。灌浆中发生漏浆后,采取了降低提升速度、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度或水泥黏土浆等措施。采取以上措施但孔口返浆量仍旧很小时,停止喷射管的提升,降低喷射压力和流量,待处理到孔口返浆量正常后才能提升喷射管。对串浆孔的限制通过对被串孔的孔口回浆进行测试,发现一部分串浆孔的回浆比重较小,这是由于压缩空气将通道中的地下水逼出了孔口,属于正常现象;而另一部分串浆孔的回浆比重较大,影响灌浆孔的正常返浆量,因此采取了将串浆孔孔口开挖至一定深度后封闭并压重,降低浆液外渗量,以保证灌浆孔的正常返浆量。灌浆孔结束后,尽快对串浆孔进行复钻并完成灌浆。3由于突然中断而中断五、横向钻孔取芯检查本工程高喷灌浆施工结束后,采取了大开挖直观检查和防渗墙体取芯实验室检测方法对高喷防渗墙质量进行了检测。大开挖直观检查即沿摆喷防渗墙体两侧进行了开挖,挖深一般2m～2.5m,用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离和衔接情况,在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等各项指标,共开挖了3段19m长,结果是板墙对接完好,成墙最小厚度>20cm。对高喷防渗墙进行取芯实验室检测,在高喷防渗墙桩号0+780、1+122、1+720、2+525.5、2+665、2+888.5处共取芯6组,检测结果高喷墙体渗透系数k=1.10×10-7cm/s～9.08×10-8cm/s,小于设计渗透系数值k=1×10-6cm/s,质量满足设计要求。摆喷灌浆工程本次高喷灌浆区分段不连续、战线长,采用分段施工法进行总体施工布置,即以每一区段为一个独立的施工单元,将浆液搅拌站设置在坝外公路边,以利于水泵等设备的搬迁和水泥进场道路的畅通。灌浆结束后,由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩,高喷墙体的顶部会产生凹穴,需用浆液及时进行静压回灌填补,所以回灌应充分利用孔口回浆,分间断多次进行,直至填筑到孔口,浆液面不再下降为止。有些区段高喷墙顶端在地面以下较深,为保证回灌质量,在提出喷射管的过程中,利用高压水射流将上端孔径扩大,防止因孔径缩小而影响回灌质量。在大坝决口段桩号2+685～2+730段造孔时,由于抢险时在坝基冲坑内回填了块石和砂砾石垫层,钻孔过程中出现严重的塌孔现象,导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。在2+250～2+280段和2+740～2+770段施工时,由于地层中砂土层结构松散、密实度差,且存在少量的渗透通道,在造孔及高喷灌浆时漏浆严重,孔口返浆量变少。在高压摆喷施工中曾多次出现了相临钻孔间的串浆现象,特别在桩号2+685～2+730决口段串孔较为严重,出现了连续5个孔的同时串浆,这是因为人工回填的块石及砂砾石料级配差,存在较大的通道。在施工中因机械故障、水泥供应不及、突然停电等原因,曾发生过多次的灌浆突然中断。对突然中断灌浆的施工孔,首应尽快消除中断因素,及早恢复施工对中断时间超2h的孔段,进行扫孔后重新灌浆;中断时间2h以内的孔段,重新开喷后按规范要求必须进行复喷处理,复喷搭接长度不得小于0.5m。摆喷灌浆工程原设计拟定摆喷孔距为2m,高喷轴线设计在前坝坡脚外2m处,采用三管法高喷轴线对接式施工,施工后基础内形成一道板状高喷防渗墙墙体,墙体高度为6m(决口段高度为12m),高喷深度以实际地层情况而定,基本保证粉沙层4m、土层2m,喷射摆角15°,墙体最小厚度不小于20cm。测放孔位→造孔→下放射浆管→制浆→静喷(调整高喷参数)→摆动提升→浆液回灌。本工程的主要施工设备见表1。根据规范及合同要求,在正式施工前必须进行摆喷灌浆试验,通过具有代表性的现场试验以求得最佳设计施工技术参数,从而