基礎(chǔ)遇深層粉細沙層巖溶.doc

深層充填粉細沙層巖溶采用新三管中壓漿往復(fù)高噴成墻施工技術(shù)中國水利水電第九工程有限公司劉啟國【摘要】在大型水庫基礎(chǔ)處理施工中，不可避免的遇到深層巖溶處理問題，在深層巖溶中遇到粉細沙層時處理尤為困難，高水頭水庫防滲帷幕要確保滲流系數(shù)達到防滲標準，需要徹底解決帷幕線區(qū)域內(nèi)的巖溶地質(zhì)。四川武都水庫基礎(chǔ)處理難度為國內(nèi)僅有，世界少有難度的基礎(chǔ)處理工程，在底層廊道KS1沙層段采用常規(guī)帷幕灌漿施工時出現(xiàn)灌漿效果差，灌后無法成孔等現(xiàn)象，無法形成完整的帷幕墻，為解決這一重大技術(shù)難題，中國水利水電基礎(chǔ)局有限公司、中國水利水電第九工程局有限公司聯(lián)合四川省設(shè)計院、國電貴陽勘測設(shè)計研究院及國內(nèi)知名水電基礎(chǔ)處理專家開展了技術(shù)創(chuàng)新，取得了深層粉細沙層巖溶基礎(chǔ)處理國內(nèi)首創(chuàng)、國際領(lǐng)先的新工藝，同時形成了全液壓潛孔鉆高精度造孔施工工藝，取代了長期以來地質(zhì)回旋鉆垂線孔造孔工藝。由于在深層全充填粉細沙層巖溶基礎(chǔ)處理防滲效果顯著，技術(shù)先進，工效較高，故有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。【關(guān)鍵詞】深層巖溶 粉細沙層 新三管中壓漿 往復(fù)噴1 工程概況四川武都水庫工程位于四川省江油市武都鎮(zhèn)上游約4km，是涪江上一座具有防洪、灌溉、發(fā)電、供水、改善環(huán)境、旅游和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用效益的龍頭水庫，水庫總庫容5.72億m3，電站裝機容量為350MW，樞紐主要建筑物有碾壓混凝土重力壩和壩后式廠房等。水庫壩址位于涪江武都河段上游約4km的摸銀洞，壩型為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程660.34m，壩頂長度736.0m，最大壩高120.34m。在底層帷幕軸線上經(jīng)專項探測發(fā)現(xiàn)分布有粉細沙層，樁號為底洞0+031.00底洞0+051.00樁號、高程EL498EL518區(qū)域，形狀及厚度不規(guī)則，上下游范圍不確定，在該部位下游排帷幕灌漿施工時出現(xiàn)灌后塌孔、孔口返細沙等現(xiàn)象，為檢驗該沙層段帷幕灌漿效果，在該部位下游排帷幕軸線上布置臨時檢查孔，檢查孔在砂層段不能成孔，常規(guī)水泥灌漿效果不明顯。2010年4月2日，業(yè)主在組織召開了“武都水庫底層帷幕灌漿深層巖溶處理施工與技術(shù)方案研討會”并形成會議紀要，與會的專家達成一致意見，對該部位粉細沙層段防滲帷幕先采用高噴處理。2 該技術(shù)特點（1）利用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔替代地質(zhì)回旋鉆機垂線孔造孔工藝，工效提高10倍以上，并能以較高工效穿越深層粉細沙層巖溶，并能將部分粉細沙吸出孔外，降低了沙層的密實度，造孔精度也遠高于地質(zhì)回旋鉆垂線孔造孔精度。（2）采用新三管法中壓漿往復(fù)噴施工工藝巧妙的解決了以往施工中的高噴成孔難、水漿噴嘴易堵、水壓單一切割半徑小、漿液濃度低等問題。（3）該施工工法工效高、工程質(zhì)量較易保證。3工藝原理采用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔穿過粉細沙層巖溶，利用高噴機將三重噴管下至巖溶沙層頂部，用高壓水（大于35MPa）、中壓漿（大于15MPa）、中壓風(fēng)（大于0.8MPa）從頂部旋轉(zhuǎn)切割沙層下噴，噴至穿過沙層進入基巖50cm，到達底部后，待孔口返漿達到設(shè)計標準后開始旋轉(zhuǎn)切割上噴，轉(zhuǎn)速與提升或下降速度根據(jù)沙層的密實度確定，利用高壓水和中壓濃漿結(jié)合風(fēng)壓保護水擊和排氣，將粉細沙與水泥漿液結(jié)合在一起，形成密實帷幕防滲墻體。4 施工工藝流程及操作要點4.1施工工藝流程施工準備 全液壓潛孔鉆機造孔施工 新三管中壓漿下降噴射 新三管中壓漿提升噴射 置換封孔 檢查孔施工。4.2操作要點4.2.1全液壓潛孔鉆造孔施工造孔孔徑及施工工藝根據(jù)巖石條件、巖溶埋深、粉細沙層厚度等因素確定，可采用全液壓潛孔鉆偏心正循環(huán)帶鋼套段鉆進和直沖反循環(huán)抽沙鉆進，對深層巖溶沙層一般較密實，沙層較薄，一般為5m20m厚，因為沙層埋深較深，在施工中較易采用直沖反循環(huán)抽沙鉆進，穿過沙層進入基巖0.5m，（直沖正循環(huán)鉆孔施工工藝流程參見圖1，直沖反循環(huán)成孔鉆孔成孔示意圖參見圖2，以下為施工中的具體要求及注意事項和施工方法：圖1直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程圖 圖2直沖反循環(huán)鉆孔成孔示意圖1、施工要求及注意事項1）嚴格控制鉆機開孔精度，為方便鉆機就位和錨固，混凝土蓋板上沿高噴軸線鋪設(shè)兩榀工字鋼，每榀工字鋼的長度與高噴軸線長度一致，用水準儀對工字鋼進行校平后固定。2）根據(jù)施工控制點，利用全站儀現(xiàn)場測量放孔，將要鉆進的高噴孔的孔位測放點，高噴孔孔位與設(shè)計孔位的偏差不大于2cm；鉆機就位后，用地錨鋼筋將鉆機固定在工字鋼上，校正鉆機立軸，進行鉆孔施工，孔口導(dǎo)向管需高出混凝土蓋板20cm，防止鉆孔中流出的細沙倒灌。 3）鉆進過程中每1.5米加一個孔斜扶正器，確保鉆孔精度，同時及時用高精度測斜儀進行孔斜測量。如發(fā)現(xiàn)孔斜超過設(shè)計標準孔斜，立即停止鉆進，進行糾偏或?qū)⒃谆靥詈笾匦麻_孔，該造孔工藝孔斜保證率較高，一般情況下不會出現(xiàn)孔斜偏大。4）鉆孔到達沙層頂部后立即起用反循環(huán)鉆程序鉆進，將孔壁部分細沙抽出孔外，作用有兩個方面，一方面可有效阻止細沙封堵潛孔錘氣眼，另一方面可減少孔內(nèi)沙量，提高沙層內(nèi)的成孔率。5）鉆孔時，遇到孔內(nèi)涌水、漏氣、斷層、塌孔、掉塊、洞穴（沙層）等特殊情況做詳細記錄，分析鉆孔和地質(zhì)情況后進行對應(yīng)處理。6）鉆孔進入沙層后，對鉆機的進度及孔內(nèi)返回的雜質(zhì)進行詳細分析，確保鉆孔穿過沙層進入完整基巖50cm，保障后期高噴質(zhì)量。7）鉆孔結(jié)束后對孔口做好保護，防止施工異物掉進孔內(nèi)，影響下一步高噴施工效果。2、施工方法鉆孔時采用171mm金剛石開孔器開孔，鉆孔深度1.0m左右后（具體長度可根據(jù)實際情況確定），下入168mm孔口導(dǎo)向管(長1.2m左右)，孔口導(dǎo)向管外漏20cm，管外用水泥砂漿固結(jié)；然后用150mm沖擊器鉆進，鉆穿溶洞頂板后，起用反循環(huán)程序穿過沙層進入基巖0.5m，確保溶洞底部0.5m高噴灌漿的設(shè)計要求。終孔后，起拔鉆桿和沖擊器后沙層段出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象不做處理，高噴時采用往復(fù)噴法，如沙層段以上部位出現(xiàn)塌孔鉆孔可采用正循環(huán)帶鋼套管鉆進，用高壓水清理干凈套管內(nèi)的沉砂后，下入PVC管，最后逐級起拔套管。鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關(guān)鍵因素，施工時采取以下措施進行防斜：1）鉆機加設(shè)底座，力求鉆機工作時保持平穩(wěn)。鉆機就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整好鉆機，使開孔鉆具保持鉛垂狀態(tài)，用地錨將鉆機與調(diào)試好工字鋼焊接為一體。2）隨時校對立軸垂直度，加長粗徑?jīng)_擊器，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的沖擊器，除開孔外，不得使用短沖擊器，沖擊器長度宜保持在2.0m左右，并在鉆進時合理使用鉆進參數(shù)。3）鉆孔時每1.5米進尺加一個孔斜扶正器，全孔扶正，扶正器直徑與孔徑相同。4）鉆孔每5m進行一次孔斜測量，對鉆孔過程適時檢測，如孔斜偏差較大，采取回填封孔法進行糾偏，終孔測斜發(fā)現(xiàn)孔斜大于設(shè)計要求的，作為廢孔處理。因沖擊鉆造孔工效較高（可達5 m/h），糾斜主要采用回填封孔糾斜法，當(dāng)某一孔段偏斜值較大而采用糾斜方法效果不理想時可采用混凝土封填。由于封填混凝土凝固后與偏斜孔段巖石硬度相等或略高，可避免糾斜鉆進時又回到原偏斜孔段里，因而能取得較好的糾斜效果?？孜豢仔闭`差見表1。表1 深層巖溶高噴施工潛孔鉆機造孔孔斜、孔位、孔深允許誤差表項目孔斜孔位孔深允許誤差0.7%2cm20cm4.2.2新三管中壓漿往復(fù)噴射施工1、新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝，三管噴射裝置輸送水、氣、漿三種介質(zhì)，分別用高壓水泵、空氣壓縮機、高壓泥漿泵輸送至噴射裝置，三管噴射裝置由三管噴管體、三管噴頭、三管噴嘴組成；高壓噴射注漿的成套設(shè)備分造孔、供水、供氣、供漿、噴注等五大系統(tǒng)和其他配套設(shè)備等六個部分。2、高噴施工主要工序與技術(shù)措施1)地面試噴將高噴機移至孔口處，先進行地面漿、氣、水試噴，檢查各管路是否暢通，檢驗合格后向成孔內(nèi)下入噴射管。2)技術(shù)措施 高壓噴射灌漿采用新三管法施工工藝，為新工藝施工，本次高噴孔孔深最深處達80米，施工時要求使用高壓水、高壓漿、壓縮空氣。與常規(guī)三管法相比工藝有以下幾方面改進： 漿壓由老三管的0.2 MPa 1.0 MPa改為15MPa20MPa，進漿密度由常規(guī)新三管法的1.45Kg/L1.50Kg/L提升至1.70Kg/L1.75Kg/L，漿液壓力在老三管法的基礎(chǔ)上提升，進漿密度在新三管法的基礎(chǔ)上提升，充分吸取了常規(guī)新老三管高噴的各自優(yōu)點，對高噴的質(zhì)量進一步加強， 高噴采用往復(fù)噴射，解決了沙層段成孔難、易堵嘴、噴射時PVC管消耗量大等因素。具體噴射方法：高噴管下至沙層頂部后，按氣、水、漿順序開啟，待孔口返出水泥漿后，達到回漿標準，開始按表2中參數(shù)要求進行高壓噴射灌漿。高噴灌漿先為自上而下均勻連續(xù)進行，穿過沙層到達設(shè)計孔底后，回漿達到設(shè)計要 求標準后開始自下而上噴射施工，提升過程中因拆卸噴射管而中斷時，重復(fù)高噴灌漿長度不小于0.5m。噴漿中因機械故障中斷時，盡量縮短中斷時間，及早恢復(fù)灌漿，且續(xù)噴時應(yīng)復(fù)噴0.5米以保證高壓旋噴體的連續(xù)性。如中斷時間超過2小時，則應(yīng)掃孔后重新噴射。高噴時具體參數(shù)見表2。 表2 新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝參數(shù)表項 目高噴注漿技術(shù)參數(shù)備注水壓力(MPa)35水壓必須保證大于35MPa流量(L/min)7595下降時取小值噴嘴孔徑(mm)及個數(shù)2.2 (2個)氣壓力(MPa)0.61.2上噴時取大值流量(m3/min)0.81.2噴嘴個數(shù)2個漿壓力(MPa)15壓力不易過大，容易堵嘴流量(L/min)80100一般情況取大值水灰比0.6：1進漿密度(g/cm3)1.651.75一般情況取大值回漿密度(g/cm3)1.2必須大于1.2 g/cm3噴嘴孔徑(mm)及個數(shù)2.6(2個)可取一個，孔徑適當(dāng)加大下降或提升速度(cm/min)1015提升時取小值旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)/min)1015提升時取小值水漿噴嘴間距（cm）204.2.3置換封孔及工程質(zhì)量檢查技術(shù)1、封孔高噴結(jié)束后，從孔底逐級起拔噴管，并及時進行孔口補漿，漿液沉淀后采用水泥砂漿置換孔內(nèi)泌水，孔口搗實磨平。2、工程質(zhì)量檢查工程質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗結(jié)合物探測試及孔內(nèi)錄像的檢測手段檢測進行，主要對壓水呂榮值和沙層部位取芯抗壓技術(shù)進行分析，以及對工程資料和測試成果的分析，綜合評定。檢查孔壓水試驗應(yīng)在高噴結(jié)束14d后進行。程度的簡化了施工工序和施工成本，并減少了PVC管對水漿噴射的阻力，更易保證工程質(zhì)量。5 施工及質(zhì)量情況鉆孔施工共計有效時間為36天（高噴施工時停止鉆孔），共計完成鉆孔6190m，投入2臺鉆機，單機月完成強度2600m/月，鉆孔時采用全液壓潛孔鉆機返循環(huán)直沖鉆孔，每鉆進1.5米加一個與孔內(nèi)徑一致的扶正器，每鉆進10米進行一次孔斜檢測，鉆孔將穿過沙層進入基巖0.5米，孔斜檢測最大0.66%，最小的0.15%，孔斜保證率為100%。高噴采用新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝，對現(xiàn)鉆穿的一序孔進行高噴施工，施工參數(shù)與上述參數(shù)一致，高噴共計完成895m，共計耗水泥953噸，單位耗灰1061Kg/m，其中一序孔456m，耗灰551噸，一序孔單耗1208Kg/m，二序孔439m，耗灰402噸，二序孔單耗918Kg/m，對沙層段采用上下往復(fù)噴射施工，在二序孔施工過程中孔內(nèi)返沙相對一序有明顯減少，沙層得到有效的凝固和置換。采用潛孔鉆加扶正器返循環(huán)造孔新三管中壓漿往復(fù)高噴施工工法處理后，為確保水庫防滲體系安全可靠，進行了檢測水庫的滲透呂榮值和巖芯強度檢測，均滿足水庫設(shè)計防滲標準要求。施工全過程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，工程質(zhì)量評為優(yōu)良，無安全生產(chǎn)事故發(fā)生，6 結(jié)語高噴造孔采用全液壓潛孔鉆加扶正器高精度造孔工藝，施工工效較以往回旋鉆垂線孔造孔工藝提高10倍多，常規(guī)造孔工效約0.3m/h，該工法造孔工效達4m/h，最好可達6m/h，施工工期短；且造孔孔斜精度遠高于回旋鉆垂線孔造孔工藝，工程質(zhì)量易保證，因其造孔孔斜精度高，高噴孔間排距可適當(dāng)加寬，可節(jié)約工程投資。