高壓擺噴灌漿防滲墻在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

高壓擺噴灌漿防滲墻在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

0高壓噴射灌漿自20世紀(jì)70年代引入中國以來，該技術(shù)已在多個行業(yè)的建筑領(lǐng)域得到普及。它通常用于建筑物的基礎(chǔ)加固，提高地基承載能力，并達(dá)到令人滿意的效果。20世紀(jì)80年代在水利工程中獲得推廣應(yīng)用,在水利水電行業(yè)中除應(yīng)用于地基加固外,更廣泛地應(yīng)用于水工建筑物的防滲工程中。高壓噴射灌漿適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂土、礫石、卵(碎)石等松散透水地基或填筑體的防滲加固。它的優(yōu)點(diǎn)是不需要開挖,不破壞壩體,不需要水庫放空,施工速度快。據(jù)統(tǒng)計我國利用該項技術(shù)已經(jīng)成功處理了100多座水庫。與現(xiàn)澆混凝土防滲墻比較,高壓噴射灌漿施工工程量小,工程投資少,成墻工效較高。在滲透和結(jié)構(gòu)方面有著獨(dú)特的穩(wěn)定性。高壓噴射灌漿形成的防滲體彈性模量較低,有較強(qiáng)的變形適應(yīng)性,在適應(yīng)地基的變形方面較混凝土防滲墻有明顯的優(yōu)越性。本文結(jié)合白家窯水庫除險加固工程實踐對高壓擺噴防滲工程適應(yīng)條件、施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)和質(zhì)量控制等方面做了詳細(xì)闡述,為今后同類工程提供了可借鑒的經(jīng)驗。1壩體結(jié)構(gòu)及洪水標(biāo)準(zhǔn)白家窯水庫位于陜西省寶雞市扶風(fēng)縣城北2.5km處,是一座以灌溉為主,兼顧養(yǎng)殖的小(一)型水庫。水庫樞紐工程由均質(zhì)土壩、溢洪道、泄水洞等部分組成。該工程建于20世紀(jì)70年代初,水庫工程分兩期建成,第一期無設(shè)計,1969年動工,至1971年建成壩高為24.5m,壩頂長為150m,壩頂寬14m,壩頂高程553.5m的土壩。1974年另作設(shè)計擬將土壩加高,至1977年11月建成壩高為31m,壩頂長為245m,頂寬10m,壩頂高程560.0m,并在土壩548m高程留有18m寬的平臺。水庫總庫容440×104m3,水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計洪水100a一遇,校核洪水200a一遇。泄水洞工程于1974年3月開工,當(dāng)年7月初竣工。溢洪道于1977年2月開始土方開挖,當(dāng)年10月底水庫工程基本結(jié)束。水庫投入運(yùn)行后不久,壩后左岸逢雨滑塌,淤塞河床,使壩后水位抬高,右壩肩在背水坡533.0m～548.0m出現(xiàn)明流。1989年11月曾進(jìn)行劈裂灌漿處理,但效果不很理想,滲漏依然存在,右壩肩18m平臺長期浸潤并有明水,常流量5L/s～7L/s,對壩體穩(wěn)定很不利。從大壩安全評價綜合結(jié)論得知:該工程防洪標(biāo)準(zhǔn)既不能滿足GB50201-94要求防洪標(biāo)準(zhǔn),又不能滿足水規(guī)21號文近期非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)。通過土工試驗報告得知:原設(shè)計壩體下游排水體體積偏小,兩壩肩原狀黃土滲透系數(shù)大于壩體滲透系數(shù),但又小于下游排水體滲透系數(shù),因而兩壩肩產(chǎn)生了不同程度的繞壩滲漏。從現(xiàn)場取樣的室內(nèi)試驗結(jié)果看:壩體土為含鈣質(zhì)結(jié)核的中塑性黃土,平均干密度為1.65g/cm3,但土樣中干密度有33%低于1.55g/cm3,壩體土滲透系數(shù)接近10-6cm/s數(shù)量級。綜合以上因素,擬對該水庫進(jìn)行除險加固,包括大壩加高、壩肩防滲處理、溢洪道和泄水涵洞加固等。2高壓擺噴試驗方案根據(jù)地質(zhì)報告和現(xiàn)場勘查,右壩肩壩0+140～0+210段存在繞壩滲漏,需進(jìn)行工程處理。設(shè)計考慮了三種加固處理方案:(1)塑性混凝土防滲墻;(2)高壓擺噴防滲墻方案;(3)劈裂灌漿方案。各方案優(yōu)缺點(diǎn)見表1所示。劈裂灌漿方案雖然造價低,施工方便,但由于水庫淤積高程達(dá)546.0m,淤積面以下防滲處理范圍土體含水量達(dá)飽和,因此較難形成防滲泥墻。塑性混凝土防滲墻方案要求施工作業(yè)面大,需擺放較大的挖槽施工機(jī)械,施工難度較大,工程造價相對較高;高壓擺噴防滲墻方案要求施工平臺寬度適中,合理選用高素質(zhì)的施工隊伍,能夠保證本工程的防滲要求,且該方案施工簡單方便,工程造價相對較低。經(jīng)綜合分析比較,該工程采用高壓擺噴防滲墻較為合理。右壩肩設(shè)計防滲范圍位于壩0+140～0+210段,采用高壓擺噴防滲墻防滲,防滲墻頂線位于原壩頂上,高程561.5m,防滲墻底線位于高程528m～535m之間,最大深度33.5m,孔距1.3m,在泄水洞處應(yīng)加密并減壓,有效成墻厚度應(yīng)大于0.3m。根據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2004),結(jié)合壩區(qū)地質(zhì)情況,確定設(shè)計墻體指標(biāo)為:抗壓強(qiáng)度R28>3MPa,彈性模量<1500MPa,滲透系數(shù)K<10-6cm/s。根據(jù)高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范及設(shè)計要求,重要的地層復(fù)雜或深度較大的高噴墻工程,應(yīng)選擇有代表性的地層進(jìn)行高噴灌漿現(xiàn)場試驗。試驗宜采用單孔和不同孔距、排距的孔群進(jìn)行,以確定高噴灌漿的方法及其適用性,求得最佳施工技術(shù)參數(shù),從而保證工程質(zhì)量。由于本工程部位地質(zhì)條件單一,主要為黃土狀壤土及古土壤,且需灌漿處理區(qū)段連續(xù),故依據(jù)規(guī)范和設(shè)計的各項技術(shù)參數(shù)及相關(guān)工程經(jīng)驗,在將試驗段合理利用的原則下,在樁號0+190.5～0+210段沿壩頂中心線(設(shè)計擺噴中心線)按2.0m、1.3m、1.0m三種孔距布孔,每種孔距布置5個孔,孔深均為26m,共布置鉆孔15個,試驗段總長19.5m。高壓擺噴灌漿試驗布置見圖1。經(jīng)現(xiàn)場試驗及對試驗區(qū)段防滲墻墻體厚度、成墻對接連續(xù)情況、抗?jié)B強(qiáng)度等檢測后,對原設(shè)計孔距、設(shè)計擺角等參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修正,修正后的擺噴參數(shù)見表2。3高壓噴射施工3.1施工機(jī)械準(zhǔn)備考慮到高噴工作的緊迫性,設(shè)備配置上力求性能好,效率高的成套設(shè)備。主要施工設(shè)備配置見表3。3.2噴管安裝及下一流程施工準(zhǔn)備→確定孔位、鉆孔→高噴機(jī)就位→調(diào)整擺噴垂直度→供氣、供漿、供水,地面試噴→低壓供水、供漿、供氣,下噴管至設(shè)計深度→擺動提升噴射至設(shè)計高程→擺噴結(jié)束提出噴管→移開高噴臺車→補(bǔ)漿→進(jìn)入下一流程(見圖2)。3.2.1鉆孔布置及布孔采用三重管法鉆孔,分兩序施工,孔距1.3m。鉆孔采用CM485鉆機(jī)配合壽力750高風(fēng)壓空壓機(jī),高壓擺噴成墻。其布孔形式見圖3。高噴灌漿分兩序施工,先施工一序孔,后施工二序孔。3.2.2孔布局高壓噴射灌漿孔孔距為1.3m,單排孔布置。3.2.3許傾斜度設(shè)置在設(shè)計的孔位上并應(yīng)保持垂直,施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于1.0%。鉆機(jī)就位后進(jìn)行水平、垂直校正,鉆桿應(yīng)與樁位吻合,偏差控制在50mm內(nèi)。鉆機(jī)采用CM485,配合壽力750高風(fēng)壓空壓機(jī)。3.2.4開孔孔位控制造孔采用CM485鉆機(jī),鉆孔方式采用Φ146套管跟管鉆進(jìn),鉆孔直徑為150mm,鉆孔深入基巖或相對不透水層1.0m。鉆孔時鉆機(jī)要平穩(wěn),開孔孔位要準(zhǔn)確,滿足孔位偏差要求時方可開鉆。鉆孔垂直度偏差≤1%,確保高噴管能順利導(dǎo)入孔底。3.2.5b-40bw高壓泵灌漿高壓噴射灌漿采用GP-50高噴臺車和GZB-40BW高壓泵進(jìn)行灌漿,噴管直徑為Φ89;臺車塔架全部升起高18m,在塔架范圍內(nèi)禁止其它作業(yè),并安排專人進(jìn)行檢查。3.2.6噴射管的制作噴漿臺車立架高度18m,提升速度調(diào)整的范圍是:6cm/min～8cm/min,噴嘴通過旋擺器定向,噴管采用三條噴射管,噴嘴直徑1.7mm～2.0mm,可使?jié){、氣、水同時噴射。在噴射作業(yè)時,當(dāng)噴射管下到設(shè)計深度并對準(zhǔn)噴射方向后先靜噴3min～5min,送入漿液并按規(guī)定的速度提升,擺角為40°,待達(dá)到設(shè)計高度后停止送漿、送氣并提出噴管。為防止噴嘴堵塞,在下入噴射管前先送水對噴嘴進(jìn)行檢查,且在下入噴射管時帶壓縮空氣送入或用不干膠帶纏繞噴嘴。若因故停噴后重新恢復(fù)施工前,將噴頭下放50cm,采取重疊搭接噴射處理。停機(jī)超過3h時,應(yīng)對泵體輸漿管路進(jìn)行清洗后方可繼續(xù)施工。噴射作業(yè)時,應(yīng)將該孔的反漿排入上一孔中進(jìn)行回灌,直到漿液面穩(wěn)定為止。在黏土層或淤泥層內(nèi)進(jìn)行噴射時,不準(zhǔn)將冒漿進(jìn)行回灌。當(dāng)噴射完成后應(yīng)及時將各管路沖洗干凈,不得留有殘渣以防管路堵塞。3.3施工過程中的問題處理措施白家窯水庫高噴灌漿施工中,在造孔和高噴灌漿施工過程中出現(xiàn)過幾次漏漿、串孔、灌漿中斷等情況,對不同情況采取了相應(yīng)的處理措施。實踐證明處理措施實用可行,保證了進(jìn)度也保證了質(zhì)量。3.3.1孔口返漿減少了漿施工中,個別孔位處由于地層中土層結(jié)構(gòu)松散、密實度差,且存在少量的滲透通道,在造孔及高噴灌漿時漏漿嚴(yán)重,孔口返漿量少。在漏漿地段,鉆孔時加大了泥漿濃度,泥漿中摻加了適量的火堿等堵漏材料。灌漿中發(fā)生漏漿后,采取了降低提升速度、在漿液中摻人速凝劑、加大漿液密度或水泥黏土漿等措施。采取以上措施但孔口返漿量仍舊很小時,停止噴射管的提升,降低噴射壓力和流量,待處理到孔口返漿量正常后再保持正常擺噴灌漿。3.3.2串漿孔回漿測量在0+257壓力洞處曾出現(xiàn)了相臨鉆孔間的串漿現(xiàn)象。通過對被串孔的孔口回漿進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)串漿孔的回漿比重較大,影響灌漿孔的正常返漿量,因此,采取了將串漿孔孔口開挖至一定深度后封閉并壓重,降低漿液外滲量,以保證灌漿孔的正常返漿量。灌漿孔結(jié)束后,盡快對串漿孔進(jìn)行復(fù)鉆并完成灌漿。3.3.3復(fù)噴施工孔在施工中,因機(jī)械故障、突然停電等原因,曾發(fā)生過多次的灌漿突然中斷。對突然中斷灌漿的施工孔,盡快消除中斷因素,及早恢復(fù)施工,對中斷時間超2h的孔段,進(jìn)行掃孔后重新灌漿,中斷時間2h內(nèi)的孔段,重新開噴后按規(guī)范要求進(jìn)行復(fù)噴處理,復(fù)噴搭接長度不得小于0.5m。3.3.4表面凹穴形成的處理噴射灌漿后漿液逐漸凝固,通常會出現(xiàn)由于表面析水沉淀而出現(xiàn)不同程度的下陷形成凹穴,處理的具體方案是向凹穴內(nèi)間斷的注入漿液2～3次,待漿液凝結(jié)后用壤土夯填。4噴射效果及墻體銜接工程高噴灌漿施工結(jié)束后,采取了大開挖直觀檢查和防滲墻體取芯實驗室檢測方法對高噴防滲墻質(zhì)量進(jìn)行了檢測。大開挖直觀檢查:即沿擺噴防滲墻體兩側(cè)進(jìn)行了開挖,挖深一般2.0m～2.5m。用肉眼直觀檢查噴射效果及墻體銜接情況,在不同部位檢查墻體厚度、強(qiáng)度等項指標(biāo),共開挖了3段19m長,板墻對接完好,成墻最小厚度>30cm。取芯實驗室檢測:在高噴防滲墻樁號0+150、0+162、0+175、0+182、0+190、0+196處共取芯6組,檢測結(jié)果高噴墻體滲透系數(shù)k為1.1×10-7cm/s～9.08×10-8cm/s,小于設(shè)計滲透系數(shù)值10-6cm/s,質(zhì)量滿足設(shè)計要求,國家驗收合格。5高噴灌漿施工技術(shù)的特點(diǎn)該工程加固中抓住了從勘測設(shè)計到施工檢驗各個環(huán)節(jié),建成兩年來,經(jīng)過枯水季節(jié)缺水和汛期行洪考驗,其截滲效果相當(dāng)好。在今后類似工程中應(yīng)該著重把握好以下幾點(diǎn):第一,加固工程在確定加固方案前,一定要對加固方案進(jìn)行技術(shù)論證,經(jīng)專家評審確認(rèn)高噴灌漿是最佳方案時,采用該項技術(shù)才會收到最好效果。第二,高噴灌漿屬于地下隱蔽工程,對施工參數(shù)必須嚴(yán)格控制才能保證施工質(zhì)量。其中,高噴管的提升速度、