大隆水利樞紐工程高噴板墻防滲墻施工技術(shù)

大隆水利樞紐工程高噴板墻防滲墻施工技術(shù)

1地層及砂粒特征結(jié)果表明，水庫河床的砂礫卵石層非常厚，深度約為7.21m。其中，左河床厚度為6.5.12m，沙洲區(qū)厚度約為13.8.21m，右河床厚度為4.19m。覆蓋層滲透系數(shù)為1×10-2～1×10-1cm/s,屬強(qiáng)透水層。河床覆蓋層大致可分為2層:第一層,厚度為0～5m,此層為含卵礫石的中粗砂,有效粒徑d10=0.12～0.32mm,不均勻系數(shù)Cu=6.56～39.17,小于2mm的砂粒含量53%～59%,其平均粒徑0.46mm,含泥量很少,卵礫石以小于100mm為主;第二層5m～基巖,厚度4.3～17.4m,卵礫石含量較第一層多,粒徑增大,常有大于200mm的漂石、漂礫。河床基巖一般為弱風(fēng)化巖體,沿順河向斷層兩側(cè)局部有強(qiáng)風(fēng)化巖石,厚度小于5.5m。2壩基滲流的影響大隆水利樞紐工程的大壩是采用堰壩結(jié)合擋水,導(dǎo)流洞導(dǎo)流,無基坑施工方法。防滲墻位于壩軸線上游15m處,它是在河流截流、壩基填砂振沖后開始施工的。因此,防滲墻的施工和堰壩的穩(wěn)定將受到壩基滲流的影響。為了保證防滲墻的施工質(zhì)量,同時(shí)也確保第一個(gè)汛期間堰壩度汛安全,設(shè)計(jì)在壩體上游處設(shè)置一道高噴板墻。2.1高噴孔-放射墻墻高噴墻軸線位于上游戧堤后壩上0-188.50處,軸線起止樁號(hào)分別為0+170.00和0+510。在高噴墻上設(shè)有墻帽,墻帽右端插人巖層3m,左端根據(jù)現(xiàn)場開挖的地質(zhì)情況,決定深入的長度。墻頂設(shè)計(jì)高程為18.00m,上端伸入上部填筑粘土區(qū)2m,下端嵌入基巖0.5m。墻的厚度不小于12cm。高噴孔在軸線上單排布置,孔距為1.2～1.3m,分Ⅰ、Ⅱ序孔,經(jīng)高噴孔噴漿在平面上呈折線擺噴搭接成墻。擺噴角度為30°,擺噴起始線與軸線夾角為5°。2.2噴射管的安裝高噴墻必須滿足防滲要求,并具有一定的耐久性,其滲透系數(shù)應(yīng)小于i×10-5cm/s,與土和強(qiáng)風(fēng)化層之間要有良好的連接。高噴施工采用三管法,在正式施工前進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)中高噴主要的技術(shù)參數(shù)是:高壓水水壓為35～40MPa,流量為75L/min;壓縮空氣的風(fēng)壓為0.6～0.8MPa,風(fēng)量為1～2m3/min;水泥漿液采用P.O32.5的普通硅酸鹽水泥配制,水泥漿漿壓為0.4～0.6MPa,漿量75L/min,進(jìn)漿密度1.6～1.7g/cm3,回漿密度不小于1.2g/cm3。要求噴射管噴嘴直徑1.8～2.0mm(雙噴嘴)。施工中噴射管擺角以及擺噴起線與軸線夾角的允許誤差為±2°。噴射管的提升速度,在砂礫石層中為8～15cm/min,在卵礫層中為5～10cm/min,擺動(dòng)速度為9次/min。3生產(chǎn)力試驗(yàn)3.1高噴灌漿試驗(yàn)為了獲取適合本工程地質(zhì)條件并滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)施工參數(shù)和高噴工藝,了解鉆孔工效、高噴工效和高噴材料的用量等,需進(jìn)行高噴灌漿試驗(yàn)。生產(chǎn)性試驗(yàn)包括現(xiàn)場試驗(yàn)和PVC管破壞試驗(yàn)。現(xiàn)場試驗(yàn)是在軸線上選定一個(gè)區(qū)段,根據(jù)設(shè)計(jì)初定的高噴技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。PVC管破壞試驗(yàn),是針對(duì)設(shè)計(jì)提出的壓力要求,用高壓水在不同厚度和材質(zhì)PVC管內(nèi)進(jìn)行射水試驗(yàn),再根據(jù)管子破壞的程度確定所用的PVC管。3.2高噴孔的布孔試驗(yàn)段的選擇主要考慮當(dāng)時(shí)大壩施工的總體情況和防汛要求等因素,經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主批準(zhǔn),決定在高噴板墻軸線的中間部位布孔進(jìn)行試驗(yàn)。高噴孔單排布置,樁號(hào)為0+359.6～0+372.8,軸線長度13.2m,孔距1.2m,共11個(gè)孔,Ⅰ序孔6個(gè),Ⅱ序孔5個(gè),見圖1。高噴孔分序施工,相鄰孔間隔24h。3.3試驗(yàn)段開挖情況Ⅰ、Ⅱ序高噴孔的深度基本上差不多。兩序鉆孔深度的范圍為19.1～19.9m,Ⅰ、Ⅱ序平均孔深分別為19.58m和19.82m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和鉆孔巖屑鑒定,它們都入巖0.5m以上。除施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的參數(shù)和工藝進(jìn)行外,還采用開挖方法來檢查高噴板墻的質(zhì)量。試驗(yàn)段施工完成14d后,對(duì)高噴孔P164(Ⅱ序孔)～P167(Ⅰ序孔)進(jìn)行開挖檢查,開挖長度5m,深度1.5m,包括3個(gè)折線搭接點(diǎn)。對(duì)開挖段觀察結(jié)果表明:砂礫間的水泥漿充填飽滿,漿液擴(kuò)散范圍較大;高噴形成的水泥土結(jié)石牢固;板墻間連接緊密,搭接厚度大,板墻最薄處厚15cm,最厚達(dá)40cm。試驗(yàn)結(jié)果說明,試驗(yàn)段高噴墻墻體密實(shí),滿足了設(shè)計(jì)墻厚大于12cm的要求。因此,設(shè)計(jì)提出的施工技術(shù)參數(shù)和工藝是可行的,能夠保證工程質(zhì)量,它們可以在以后高噴施工中應(yīng)用。PVC管破壞試驗(yàn)中,先后將兩種PVC管在地面用高壓水對(duì)其進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。在管內(nèi)噴射的高壓水達(dá)到20～25MPa壓力時(shí),兩種PVC管都被沖成約1cm寬的縫,其中一種管子很快破成碎片。在試驗(yàn)段施工中就采用這種易被破壞的PVC管。試驗(yàn)段開挖時(shí),沒有發(fā)現(xiàn)大的PVC管片,僅能找到小碎片。這表明高噴孔內(nèi)的PVC管,不僅在鉆孔拔出套管后可起到保護(hù)孔壁的作用,而且在高壓水的作用下能迅速被破壞,從而有效地噴漿。3.4有效利用和材料用量由試驗(yàn)段各孔的統(tǒng)計(jì)資料得出如下結(jié)果。(1)4.3高噴孔的純挖效率基本相同Ⅰ、Ⅱ序平均純鉆效率分別是3.18m/h和3.25m/h,兩者孔深也接近,試驗(yàn)段的巖性基本一致。(2)序高噴時(shí),序孔多且充填的范圍Ⅰ、Ⅱ序孔平均純灌效率分別是4.27m/h和4.98m/h,說明先開始的Ⅰ序高噴時(shí)周圍土體需要充填漿液的范圍大,效率較低;Ⅱ序孔高噴時(shí),在與Ⅰ序孔接觸處已經(jīng)被漿液充滿,因此充填的范圍較小,效率就較高。另外,兩者平均純灌效率相差16.6%,證明即使是1.3m間距,同樣可以滿足設(shè)計(jì)的防滲要求。(3)地層條件m兩序孔平均水泥單耗達(dá)到539.7kg/m,基本上符合地層條件。由于Ⅰ序孔先施工,所以水泥單耗為571.9kg/m,比Ⅱ序孔水泥單耗501.5kg/m高些。4高噴墻、高噴孔孔正式施工時(shí)基本上是按照試驗(yàn)時(shí)的技術(shù)參數(shù)和工藝進(jìn)行的。在施工中實(shí)際的高噴板墻軸線樁號(hào)為0+138.95～0+504.05,高噴墻的長度為365.1m。為了與左岸齒槽相連,形成可靠的防滲體系,故在左岸延伸較多。高噴孔孔距為1.2～1.3m,分兩序施工。包括試驗(yàn)的工程量在內(nèi),施工共完成鉆孔285個(gè),總進(jìn)尺4069.7m,平均深度14.28m,最大孔深達(dá)26.2m。4.1鉆機(jī)及降低成本2005年元月上旬設(shè)計(jì)正式提出“在上游壩坡腳增設(shè)高噴墻”的方案,并要求高噴墻必須在最短的時(shí)間內(nèi)完成,工期相當(dāng)緊。壩基地層中砂卵礫石覆蓋層較厚,卵礫石多且粒徑大,常有大于200mm的漂石、漂礫分布;加之,高噴板墻施工是在經(jīng)過150kW振沖器振沖處理后的地基中進(jìn)行的,地層密實(shí)度較高,給鉆孔帶來很大困難。因此,選擇鉆機(jī)是高噴施工的關(guān)鍵。若采用傳統(tǒng)的巖芯鉆機(jī),工效很低,成孔較難。為保證工程按期完工,鉆孔設(shè)備選用具有跟管鉆進(jìn)功能、移動(dòng)輕便的2臺(tái)YG-60型沖擊回轉(zhuǎn)鉆機(jī)(另備用1臺(tái))。每臺(tái)鉆機(jī)配1臺(tái)YB30型液壓拔管機(jī),起拔力30×9.8kN。還配備2臺(tái)英格索蘭空壓機(jī),風(fēng)量分別為23m3/h和17m3/h。因?yàn)殂@進(jìn)難,備用的1臺(tái)鉆機(jī)很快投入施工。鉆孔孔徑為?146mm,跟管鉆進(jìn),鋼套管護(hù)壁。鉆進(jìn)中隨時(shí)校正鉆機(jī)方位,控制孔斜,終孔時(shí)用測斜儀檢測。驗(yàn)收后在鋼套管內(nèi)下入PVC護(hù)壁管,然后用拔管機(jī)將鋼管拔出。盡管使用了YG-60型鉆機(jī),操作也很熟練,但由于卵(礫)石及漂石在地層中的含量約占60%～70%,因而鉆進(jìn)效率仍偏低。從試驗(yàn)段的11個(gè)高噴孔的情況看,平均純鉆效率只有3.21m/h。在靠近右岸幾十米范圍內(nèi),鉆進(jìn)更加困難,平均純鉆效率只有2.95m/h。鉆孔中鉆頭、導(dǎo)向器、管靴等鉆具消耗超標(biāo),大大增加了成本。高噴實(shí)際施工時(shí)間僅40d,其中主要是鉆孔起制約作用。結(jié)果表明,鉆進(jìn)的孔深和孔斜都滿足設(shè)計(jì)的要求,鉆孔驗(yàn)收全部合格。4.2地層被冒漿的情況本工程的高噴灌漿設(shè)備有:3臺(tái)GD1500-6型高噴臺(tái)車,3臺(tái)3D2-SZ型高壓水泵,3臺(tái)BW150型泥漿泵,3臺(tái)空壓機(jī),風(fēng)量為6～9m3/h。高噴臺(tái)車就位平整穩(wěn)定并對(duì)準(zhǔn)孔口后,為了檢查高壓系統(tǒng)的完好性以及是否能夠滿足使用要求,首先在地面試噴。試噴正常后,將三重管噴桿一次下入孔底,即可開噴。待水氣漿的壓力和流量參數(shù)均達(dá)到要求,且孔口返出漿液密度不小于1.2g/cm3(誤差不大于0.1g/cm3)時(shí),即按既定的提升速度進(jìn)行擺動(dòng)噴射灌漿。噴漿過程中遇到不同地層時(shí),在孔口冒漿的情況也不一樣。為了保證噴漿質(zhì)量,要根據(jù)情況決定噴桿是否提升,或者提升快慢。一般孔口冒漿量不大于注漿量的20%時(shí),正常連續(xù)地提升和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行噴漿作業(yè)?？卓诓幻皾{時(shí)停止提升,直到開始冒漿。當(dāng)長時(shí)間孔口不冒漿,或冒漿不正常時(shí),在靜噴一定時(shí)間后,以低于正常提升速度提升,待恢復(fù)正常后,按常規(guī)速度提升。當(dāng)孔口冒漿量大于注漿量的20%時(shí),適當(dāng)加快提升速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。噴漿作業(yè)到孔口后,對(duì)孔內(nèi)漿面下沉部分,用冒出的漿液進(jìn)行回填補(bǔ)平。噴漿作業(yè)過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況。(1)卵礫石或砂礫石地層空隙率較大,或有通道存在,漏漿現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,有時(shí)較為嚴(yán)重。即使在該處靜噴40～50min仍不返漿,既費(fèi)水泥又費(fèi)時(shí)間。此時(shí),從孔口填入碎石或砂子加以封堵,以便控制漿液的過度擴(kuò)散。這種情況在Ⅰ序孔較為突出,水泥單耗量達(dá)536.2kg/m(不計(jì)回漿利用),P-243號(hào)孔達(dá)1187.1kg/m。(2)高噴作業(yè)分兩序進(jìn)行,可省去不少鉆機(jī)移位時(shí)間。但地層嚴(yán)重漏漿時(shí),由于孔距較小,噴漿漿液會(huì)滲入附近已完成鉆進(jìn)但未噴漿的孔內(nèi),造成已通過驗(yàn)收的孔要重新鉆孔。發(fā)現(xiàn)這種情況后,當(dāng)某孔噴漿時(shí)一般離開未噴孔4～6個(gè)孔距,以防串漿。(3)截流后高噴軸線處地下水位上升,鉆孔至不足4m深時(shí)就有大量地下水在壓縮空氣的作用下返出,這很容易稀釋噴漿漿液的濃度。為保證高噴質(zhì)量,要確保進(jìn)漿密度均大于1.65g/cm3,返漿密度在1.2g/cm3以上。(4)因停電、拆卸注漿管、卡鉆處理等原因使噴漿中斷,并在停頓后重新開噴時(shí),控制噴射搭接長度都大于0.5m。5板墻單元?jiǎng)澐指邍姲鍓κ┕し秶鸀?+138.95～0+504.05,板墻軸線全長365.1m,共劃分為5個(gè)單元。根據(jù)規(guī)范要求,在軸線上布置一個(gè)圍井,進(jìn)行注水試驗(yàn),檢查高噴板墻的質(zhì)量。5.1圍井及噴漿參數(shù)控制依據(jù)監(jiān)理對(duì)圍井質(zhì)量檢查方案的批復(fù),在混凝土高噴板墻軸線0+375.8～0+377.0上,孔號(hào)P-172(Ⅰ序)與P-173(Ⅱ序)之間的下游側(cè)布置兩個(gè)高噴灌漿孔,構(gòu)成一個(gè)圍井,在圍井中設(shè)一個(gè)注水孔,見圖2。圍井周長377.28cm;圍井面積為0.789m2。圍井高噴灌漿Ⅱ序孔的鉆孔與Ⅰ序孔噴漿時(shí)間的間隔不少于24h。鉆孔達(dá)到基巖面,孔斜率控制在1%以內(nèi)。在鉆孔結(jié)束驗(yàn)收合格后噴漿,噴漿參數(shù)同正常高噴施工參數(shù)。圍井注水檢查孔采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn),孔深16m。5.2井周邊水保護(hù)試驗(yàn)和成果(1)然地層地下水位圍井檢查孔鉆孔結(jié)束后進(jìn)行清孔,在注水試驗(yàn)前,向孔內(nèi)注水4～8h,使圍井內(nèi)天然地層呈飽和狀態(tài)。每5min觀測一次孔內(nèi)地下水位,連續(xù)4次讀數(shù)中相鄰的兩個(gè)地下水位值之差小于5cm,即可停止觀測,以最后一次觀測的數(shù)據(jù)作為地下水位?，F(xiàn)場觀測到的地下水位基本穩(wěn)定在高程14.52m(孔口高程為17.80m)。(2)注水量測定注水方法采用固定水頭,即將水位保持孔口,用500mL量筒向孔內(nèi)注水,每隔5min測讀一次流量值,計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)注水量。連續(xù)4次注水量中最大值與最小值之差小于最終值的10%,或最大值與最小值之差小于1L/min,即結(jié)束試驗(yàn),最終的單位注入流量為計(jì)算值。(3)圍井周邊高噴墻軸線長度據(jù)開挖檢查測量和計(jì)算可得:高噴板墻平均厚度0.26m,圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底的深度16.0m,地下水位至井底的深度12.72m,測定