高噴灌漿技術(shù)在卵礫石層地下水庫構(gòu)筑中的應(yīng)用

1、高噴灌漿技術(shù)在卵礫石層地下水庫構(gòu)筑中的應(yīng)用摘要：以煙臺市夾河地下水庫工程為例，采用高噴灌漿技術(shù)的半圓相向?qū)姾碗p排擺噴菱形構(gòu)造的新的施工方案，成功地在夾河卵礫石層中構(gòu)筑了地下水庫截滲壩工程。在分析場地水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件的根底上，研究了地下水庫截滲壩的構(gòu)造形式與工程布置，討論了施工工藝和質(zhì)量控制問題。論文聯(lián)盟.LL.編輯。關(guān)鍵詞：高噴灌漿地下水庫截滲壩半圓相向?qū)婋p排擺噴菱形構(gòu)造據(jù)統(tǒng)計，全國有310個城市以開采利用地下水作為供水水源，約占全國城市供水的71。其中54個城市以地下水為主要供水水源，北方城市占46個，南方城市占8個。經(jīng)綜合論證，建立地下水庫，尤其是建立河谷型地下水庫，是開發(fā)利用地下

2、水資源的重要途徑1。目前，地下水庫已成為世界上解決供水問題的有效措施和根本手段。歐洲一些國家專門利用地下水庫進(jìn)展人工補(bǔ)給地下水后取水使用。以色列為了滿足全國供水，使用地下水庫作為供水水源的中間調(diào)節(jié)庫，解決了水資源短缺問題。地下水庫由以下工程系統(tǒng)組成：補(bǔ)源工程、地表攔蓄工程、排污工程、地下帷幕工程。截滲壩工程、提水工程、供水工程、咸水排泄工程、管理監(jiān)測系統(tǒng)。地下截滲壩工程是地下水庫的重要組成部分，與地表攔蓄工程親密配合，將最后一道攔蓄閘和地下截滲壩上下連接共同攔蓄水資源。高壓噴射灌漿highpressurejetgruting是利用能量較大的水氣同軸噴射切割摻攪地層，同時將凝結(jié)材料，如水泥漿，灌

3、注摻攪地層，形成要求性狀的凝結(jié)體。過去一直認(rèn)為，高噴灌漿技術(shù)只適用于均勻細(xì)顆粒松散地層，對其他地層，多持慎重或疑心態(tài)度。但經(jīng)多年的研究和工程試驗證明，只要控制措施和工藝參數(shù)選擇得當(dāng)，在各種松散地層均可采用該技術(shù)2,3。作者以煙臺夾河卵礫石層地下水庫建立為例，研究了高噴灌漿技術(shù)的應(yīng)用。1工程概況夾河地下水庫是一項解決煙臺市水資源緊缺、防止海水入侵、改善生態(tài)環(huán)境的新建大型工程，位于煙臺市福山區(qū)，壩址西起朱甲山經(jīng)永福園至宮家島，壩線全長2511。水庫控制流域面積2200k2，含水層厚度15.527.6，給水度=0.350.45，總庫容2.0510.83，調(diào)節(jié)庫容0.6510.83。水庫建成后可增加市

4、區(qū)供水量96010.43。根據(jù)SL252-2000水利水電工程等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，夾河地下水庫為大(二型工程，屬二等工程、二級建筑物，工程區(qū)地震烈度為Vll度。經(jīng)科學(xué)分析，采用高壓噴射灌漿技術(shù)構(gòu)筑地下水庫截滲壩。工程于2000年11月16日開工至2001年8月10日開工。夾河地下水庫截滲壩工程，壩軸線以永福園基巖隆起為界分為東西兩壩段，詳見圖1。東壩段工程：西起永福園東至宮家島，樁號為3486.l4444.3，長958，其中樁號3486.13754.4、4277.64444.3為單排擺噴防滲墻，樁號3754.44277.6為雙排擺噴防滲墻。壩頂高程0.5，壩底高程-129.53，平均壩高15，最大壩

5、高29.3。建檢查圍井6個，建水位觀測井8個。西壩段工程：西起朱甲山東至永福園，樁號為0629.22+182.2，長1553，其中樁號0629.2l520為雙排半圓噴防滲墻，樁號15202182.2為單排擺噴防滲墻。壩頂高程-3.5，壩底高程-4.134.5，最大壩高31。建檢查圍井5個，建水位觀測井8個。a-雙排擺噴防滲墻；b-雙排半園噴防滲墻；-單排擺噴防滲墻圖1夾河地下水庫截滲壩縱剖面示意2場地水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件壩軸線地處夾河沖積平原下游，距夾河入?？?.2k，地勢較為平坦。西起朱甲山經(jīng)永福園至宮家島，勘探全線長4620，被永福園基巖隆起分為東西兩壩段。東壩段第四系厚度633，西壩段第

6、四系厚度1238，東、西壩段各地層巖性分布和浸透系數(shù)見表14。表1東、西壩段各地層巖性分布和浸透系數(shù)地點層底埋深層底高程地層巖性浸透系數(shù)(s-1)東壩段4.608.207.4018.2022.3021.8020.0033.00未揭穿0.13-4.07-2.20-14.59-12.73-17.50-14.59-28.20未揭穿全新統(tǒng)沖洪積、海積層，主要由粉砂、細(xì)砂組成全新統(tǒng)海積層，主要由淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥組成上更新統(tǒng)沖洪積層，主要由中粗砂礫石組成，夾薄層粉質(zhì)粘性土透鏡體中更新統(tǒng)沖洪積層，主要由砂、砂礫石及卵礫石組成，夾薄層粘土透鏡體，粒徑最大110，大于30的含量占10%30%，

7、230占50%左右基巖層，巖性主要為云母片巖、透閃巖、石墨透閃大理巖(無巖溶發(fā)育)i10-3i10-4i10-2i10-1i10-6西壩段2.3010.208.0013.1611.0025.223.5537.91未揭穿-2.28-5.82-3.81-8.93-6.42-20.92-19.36-33.99未揭穿全新統(tǒng)沖洪積、海積層，主要由粉土、粉質(zhì)粘土及中砂組成全新統(tǒng)海積層，主要由淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)土及淤泥組成上更新統(tǒng)沖洪積層，巖性多為中砂、粗砂及含礫粗砂，顆粒呈次棱角及次圓狀，分選性中等，粒徑一般為0.2510，最大可達(dá)5中更新統(tǒng)沖洪積層，巖性較單一，多為卵礫石，顆粒多為次棱角狀，粒徑一般為10

8、50，最大可達(dá)200，浸透性好，為強(qiáng)富水層基巖層，巖性主要為透閃大理巖、大理巖及變粒巖(無巖溶發(fā)育)i10-3i10-5i10-2i10-1i10-6轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3地下截滲壩的構(gòu)造形式與工程布置的特點3.1地下截滲壩的構(gòu)造形式根據(jù)場地水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件，對東、西壩段高噴防滲墻采用不同的構(gòu)造形式。東壩段：東壩段設(shè)計壩頂高程為0.5，為確保砂礫石層成墻質(zhì)量，在樁號3754.44277.6段采用雙排擺噴防滲墻，排距為0.8，兩排鉆孔平行對應(yīng)布置，孔深2232，通過現(xiàn)場試驗確定孔距為1.6。其余壩段中粗砂層和粉細(xì)砂層采用單排擺噴防滲墻，樁號36223754.4、4277.64312段，孔深

9、1222，孔距為1.6；樁號3486.13622、43124444.3段，孔深512，通過現(xiàn)場試驗確定孔距為1.8。設(shè)計允許最大孔斜率為0.7。設(shè)計和施工后形成雙排孔平行布置擺噴折線連接菱形構(gòu)造，見圖2(a、。西壩段：西壩段設(shè)計壩頂高程為-3.5，為確保砂礫石層成墻質(zhì)量，在樁號0630l520段采用雙排半圓噴防滲墻，排距為0.8，兩排孔梅花形布置，孔深3043，通過現(xiàn)場試驗確定孔距為2.0。其余壩段礫粗砂層和粉細(xì)砂層采用單排擺噴防滲墻，樁號15202149.2，孔深1330，孔距為1.6，樁號2149.22182.2段，孔深1213，孔距為2.0。設(shè)計允許最大孔斜率為0.7。設(shè)計和施工后形成雙

10、排半圓相向?qū)姌?gòu)造，見圖2(b、d)。圖2雙排擺噴菱形構(gòu)造和半園相向?qū)姌?gòu)造(單位：)圖3高噴灌漿中常規(guī)雙排孔布置的幾種形式圖4雙排擺噴菱形構(gòu)造和半園相向?qū)姌?gòu)造圖5試驗圍井構(gòu)造(單位：)轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4地下截滲壩施工技術(shù)參數(shù)確實定夾河地下水庫截滲壩工程在開工前，選擇與壩上地質(zhì)條件相符合的場地進(jìn)展單噴和圍井試驗，試驗時采用多種技術(shù)參數(shù)，通過試驗可以反映出高噴灌漿擺噴、半圓噴構(gòu)造對該工程所起到的防滲效果。開挖可直觀看到高噴防滲墻的連接形式、噴射長度、厚度、形狀、強(qiáng)度等，通過試驗結(jié)果確定壩上高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)，以確保各地層灌漿技術(shù)參數(shù)的可靠性。設(shè)計擺噴有效長度為2.0，半圓噴有效半徑為0

11、.8。試驗圍井構(gòu)造平面圖、剖面圖見圖5。根據(jù)圍井試驗結(jié)果，對高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)展修正，修正后的施工技術(shù)參數(shù)見表2、表3。設(shè)計要求防滲墻插入基巖全強(qiáng)風(fēng)化1.0，基巖浸透系數(shù)k=i10-6/s，強(qiáng)風(fēng)化部分裂隙發(fā)育，施工中對漏漿孔進(jìn)展特殊處理，噴灌時先進(jìn)展靜壓灌漿直到不漏漿為止。半圓噴采用90雙向噴頭，起點沿壩軸線方向外擺90。擺噴墻采用180雙向噴頭，擺噴起點與壩軸線呈5夾角，外擺30，一序表2東壩段高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)高壓水壓縮氣水泥漿漿液比重擺噴壓力/Pa流量/(Lin)壓力/Pa流量/(3in)壓力/Pa流量/(L/in)送漿/(g3)回漿/(g3)砂土層提升速度/(in)粗砂層提升速度

12、/(in)礫石層提升速度/(in)基巖提升速度/(in)擺動次數(shù)/(次in)3638750.60.711.200.2801.651.751.21.31212856812孔與二序孔呈折線連接，擺噴折線夾角為110。為了確保防滲墻成墻質(zhì)量，轉(zhuǎn)折點采用旋噴連接，雙排防滲墻體厚度為0.8，單排防滲墻體厚度為0.30.6。表3西壩段高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)高壓水壓縮氣水泥漿漿液比重擺噴壓力/Pa流量/(Lin)壓力/Pa流量/(3in)壓力/Pa流量/(L/in)送漿/(g3)回漿/(g3)砂土層提升速度/(in)粗砂層提升速度/(in)礫石層提升速度/(in)基巖提升速度/(in)擺動次數(shù)/(次in)36

13、38750.60.811.200.2801.71.751.21.3121086465地下截滲壩施工工藝與質(zhì)量控制5.1施工設(shè)備及工藝流程高噴灌漿施工用的主要設(shè)備有地質(zhì)鉆機(jī)、鉆孔測斜儀、高噴臺車、高壓水泵、空壓機(jī)、攪灌機(jī)、灌漿泵、螺旋上料機(jī)、電焊機(jī)等。施工用主要材料是425#抗硫鹽免檢)水泥，施工時一套設(shè)備每天庫存80t水泥，施工用粘土每天存放20t，施工用水采用鉆水井抽水，施工時一套設(shè)備每小時用水153，施工用電一套設(shè)備需200k。施工工藝流程見圖6。圖6高噴灌漿施工工藝流程5.2施工質(zhì)量控制指標(biāo)5.2.1鉆機(jī)造孔質(zhì)量控制指標(biāo)(1定孔壩軸線允許誤差1，孔位誤差不超過2；(2)鉆孔鉆機(jī)對準(zhǔn)孔位誤

14、差不超過2；3孔口徑開孔口徑大于150，終孔口徑大于130；(4)鉆進(jìn)機(jī)體要平穩(wěn)、結(jié)實，每鉆進(jìn)5測量機(jī)體、立軸垂直一次；5泥漿護(hù)壁粘土泥漿容重為1.11.25g/3；(6)先導(dǎo)孔分層界面取芯，孔深進(jìn)入基巖1.3取芯；7鉆孔深度按設(shè)計要求孔深進(jìn)入不漏漿的基巖全強(qiáng)風(fēng)化層2；(8)終孔終孔后用新漿液將孔內(nèi)巖粉置換干凈，保證高噴順利下管；9測斜孔深東壩段大于20、西壩段大于30的孔斜率不大于0.7；10)記錄鉆進(jìn)過程中要詳細(xì)記錄地層變化、漏漿位置、深度、時間，記錄表經(jīng)監(jiān)理、技術(shù)員、機(jī)臺長簽字后當(dāng)天送交技術(shù)組。5.2.2高噴灌漿質(zhì)量控制指標(biāo)1分序施工一序孔與二序孔如圖2所示灌漿施工間隔時間不小于24h：

15、(2)下噴射管下至設(shè)計深度，下落深度不夠時請示監(jiān)理部門批準(zhǔn)；(3)擺噴方向擺噴以施工軸線呈5夾角為起點，外擺30，允許誤差2，半圓噴以施工軸線為起點，外擺90，允許誤差5；4提升速度提速允許誤差不超過5in；5擺動速度擺速允許誤差不超過1次in；6水壓力控制在3638Pa之間，水咀直徑1.81.9；7氣壓力控制在0.60.8Pa之間，氣咀直徑9；(8)制漿采用425#抗硫鹽水泥，純水泥漿，送漿比重控制在(1.61.65)g/3之間；利用回漿，送漿比重控制在1.71.75g/3之間，每隔30in測量送漿比重、回漿比重一次，要詳細(xì)記錄；9水泥對所進(jìn)水泥按批號分開堆放，按先后順序分批使用；10水泥檢

16、驗所進(jìn)水泥每400t取樣化驗一次，檢測水泥安定性和強(qiáng)度指標(biāo)，不合格的水泥嚴(yán)禁使用；11水泥用量統(tǒng)計每一個孔的水泥用量，每20個水泥袋捆成一捆：12灌漿記錄噴射過程中對冒漿情況、漏漿位置、深度、時間要詳細(xì)記錄；13終噴充填終噴后用比重1.71.75g/3漿液將孔內(nèi)充填滿，直到孔口漿面不再下沉為止；14終噴驗收終噴經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員簽字驗收；15高噴記錄記錄表要填寫清楚、整潔，經(jīng)監(jiān)理、技術(shù)員簽字后，當(dāng)天將記錄表當(dāng)天交技術(shù)組；16)回灌噴射完畢將孔內(nèi)充填滿后及時利用冒漿回灌到地面，嚴(yán)禁使用帶有黃泥和淤泥的冒漿進(jìn)展回灌，做好原始標(biāo)記；17)因各種原因使噴射中斷超過30分鐘，恢復(fù)噴射時，要下落0.

17、5再開噴；超過2h，恢復(fù)噴射時，要下落0.7再開噴。5.3施工中質(zhì)量問題及處理東壩段施工中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題及處理措施如下：鉆孔施工過程中有28個孔是在強(qiáng)風(fēng)化大理巖中漏漿，有2個孔是在卵礫石層漏漿，采用稠粘土漿堵漏；高噴灌漿施工時因漏漿埋管15孔次，掃孔、重新下管，采用稠水泥漿先靜灌充填飽滿后高噴灌漿；在第二排鉆孔施工時有3個孔遇到第一排防滲墻的水泥凝結(jié)體，深度在3.815.8，地層巖性為淤泥質(zhì)砂和中粗砂，說明該孔巖性密實度松散，高噴半徑到達(dá)2，高噴孔遇水泥凝結(jié)體是噴不出去的，通過補(bǔ)孔來保證高噴防滲墻體的有效連接。西壩段施工中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題及處理措施如下：在施工軸線上地下埋設(shè)有管線，在鉆孔和高噴灌

18、漿施工過程中有3個孔因掉鉆和埋高噴管造成報廢，通過移孔和補(bǔ)孔來保證高噴防滲墻體的有效連接。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.6地下截滲壩的防滲效果東壩段和西壩段單元工程高噴灌漿完畢后，根據(jù)工程構(gòu)造形式和深度選用圍井或其他方法進(jìn)展檢查高噴防滲墻的質(zhì)量。檢查部位宜布置在地層復(fù)雜的部位、漏漿嚴(yán)重的部位、可能存在質(zhì)量缺陷的部位。表4各地層巖性及浸透系數(shù)及高噴防滲墻的浸透系數(shù)地層巖性狀態(tài)密度底板埋深/底板埋深/原地層浸透系數(shù)k/(s-1)防滲墻浸透系數(shù)k/(s-1)東壩段粉細(xì)砂淤泥質(zhì)砂中粗砂砂礫石基巖強(qiáng)風(fēng)化松散軟塑稍密中密堅硬4.68.23.814.20.09.80.015.30.52.24.68.27.418.217.321.820.