深孔预固结灌浆施工方案-secret.doc
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1、深孔预固结灌浆施工方案 1、概况:调压井区内围岩主要为 V 类围岩,上部粘土夹块碎石,下部为粉砂质泥岩,粉砂岩等基岩。地面标高约 1082m,设计为开敞式调压井,断面为圆形,开挖断面直径 20m,井身高 83.2m。调压井中上部井壁 1082 高程以下为强卸荷岩体,结构面、裂隙发育,部分呈松动或松散状态,岩体完整性差,属V类围岩。这对调压井开挖施工无疑存在十分严重的安全威胁,同时导井施工亦将十分困难,为此拟采用超前预固结灌浆方法进行加固处理,同时为了加快工程进度和减少投资,指挥部组织参建各方的讨论,将我部提出的临时性预固结灌浆结合永久灌浆施工,因此,在指挥部的要求下,设计将原永久的垂直井壁的灌
2、浆改为竖直方向环绕井壁的灌浆。2、孔位布置和孔数、孔位布置和孔数 2.1 为提高调压井施工期围岩稳定性、保证调压井开挖的施工安全及后期调压井的安全运行,根据设计通知,在井壁外圈呈梅花形布置 3 排深孔固结灌浆孔,分别布置在调压井中心3.5m、R11m、R13m、R15m 圆周上,编号为分别为W1(导井施工预固结灌浆)、G1(外圈)、G2(中圈)、G3(内圈)(见图),内(圈)和中圈为 46 孔,排距 1.5m,外圈为 25 孔,G3 圈距调压井开挖外缘 1m。2.2 为进一步增强施工期井壁的安全稳定性和调压井运行期安全可靠性及调压井边坡的稳定性,根据设计通知要求 G1、G2 圈范围 135 度
3、内灌浆孔内下入 328 三角形锚束钢筋(钢筋直径为 28,根数为 3 根,长度同孔深)。全孔灌浆结束后,下入三角形锚束钢筋,然后按要求封孔。2.3 超前固结灌浆布置图超前固结灌浆布置图 超前固结灌浆布置图见图。图 2.3-1 超前加固固结灌浆孔布置图 G3圈现场灌浆试验区G1圈G2圈流向调0+00.00抬动变形序孔序孔W1圈g1g2观测孔(g1-2)2.4 工程量表工程量表(表(表 2.4-1)表 2.4-1 超前加固工程量表 W1 G1 G2 G3 抬动孔 g 孔数(个)孔深(m/孔)孔数(个)孔深(m/孔)孔数(个)孔深(m/孔)孔数(个)孔深(m/孔)孔数(个)孔深(m/孔)7 76 2
4、5 43 46 76 46 76 2 76 2.5 技术要求及施工规范技术要求及施工规范 2.5.1 严格执行设计要求 2.5.2 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL62-94 等相关技术规范。2.6 固结灌浆作业程序 灌浆试验封闭排(圈)灌浆施工(G1、G2、G3)灌浆效果检查封孔 3、灌浆试验、灌浆试验 3.1 灌浆试验指导思想灌浆试验指导思想 3.1.1 根据设计、规范相关要求,结合福堂电站调压井灌浆施工成功经验及其他先进实践经验,选用适宜的灌注材料,采用先进、可靠的工艺技术与施工方法。3.1.2 结合调压井复杂的地质体条件,分析研究灌浆机理,用以指导确定灌浆施工工艺、方法,揭示基本灌浆
5、规律。3.2 试验目的试验目的 为改善调压井围岩岩体的力学性能,恢复其整体性,提高围岩的弹性模量和抗压强度,提高围岩的安全稳定性,必须对围岩超前加固固结灌浆进行适应性试验。其主要目的为:3.2.1 确定固结灌浆钻孔工艺、相应灌浆段钻孔与裂隙冲洗方法及测试岩体灌浆前相应透水率;3.2.2 确定采用的灌浆方法及效果的可靠性和经济上的合理性;3.2.3 确定合理的施工程序、良好的施工工艺、合宜的灌浆材料和浆液配合比;3.2.4 确定孔距、排距,选定灌浆压力。3.3 室内浆液试验室内浆液试验 3.3.1 材料 1)水泥:水泥品种根据施工图纸或监理工程师指示选用,水泥标号选用P.0.42.5R。水泥应符
6、合规定的质量标准,不得使用受潮结块的水泥,水泥不应存放过久,出厂期超过三个月的水泥不得使用。2)水:采用调压井拦坝蓄水水池中的水。3)掺合料:砂、粘性土、粉煤灰等掺合料质量应符合水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)的规定。掺入量应通过试验确定,试验成果应报送监理工程师,并经审查批准后在施工中应用。砂:应为质地坚硬的天然砂或人工砂,粒径不宜大于 2.5mm,细度模数不宜大于 2.0,SO3含量宜小于 1%(以重量计,下同),含泥量不宜大于 3%,有机物含量不宜大于 3%。粘性土:塑性指数不宜小于 14,粘粒(粒径小于 0.05mm)含量不宜低于 25%,含砂量不宜大于 5%,有机物含
7、量不宜大于 3%,但由于加量直接影响结石强度,因此在调压井加固灌浆中不应使用。3.3.2 对不同水灰比、不同掺合料的浆液进行下列项目试验:1)浆液配制程序及拌制时间。2)浆液密度或比重测定。3)浆液流动性或流变参数。4)浆液的沉降稳定性。5)浆液的凝结时间,包括初凝或终凝时间。6)浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性。7)监理工程师指示的其它试验内容。3.4 现场灌浆试验现场灌浆试验 3.4.1 灌浆试验区选择灌浆试验区选择 选择调压井围岩加固区作适应性灌浆试验区,见图 2.3-1。4、工艺技术设计、工艺技术设计 4.1 施工工艺流程(图施工工艺流程(图 4.1-1)图 4.1-1 施工流程
8、图 4.2 混凝土盖重浇筑混凝土盖重浇筑 根据业主及监理要求,在上室底板覆盖范围内的灌浆孔不再重新浇筑混凝土,用上室底板混凝土代替,底板覆盖范围外浇筑约 1.3m 厚的混凝土作盖重,这就给施工带来很大的不便和对井挖的影响太明显了,直接结果是上室的有些钢筋需要截断,不能通长下料。盖重混凝土施工具体见监理联系单(NO:2005004)号。4.3 孔位测放孔位测放 测放孔位 灌浆孔分序 孔口管埋设 钻孔 待凝 24h 钻孔及裂隙冲洗 抬动变形观测 压水试验 抬动变形观测 孔口封闭器 及射浆管安装 制浆 灌 浆 抬动变形观测 终孔段检测、灌浆 抬动变形观测 封孔 检查孔 自动监测 抬动观测孔钻孔 与安
9、装 检查孔封孔 压水试验(G1、G2圈孔锚束钢筋笼)严格按照施工图纸要求和监理工程师指示布置孔位,其孔位误差在规范允许范围内,并设置标记。4.4 抬动变形观测装置安装及抬动变抬动变形观测装置安装及抬动变形观测形观测 4.4.1 抬动变形观测孔设置在 G2 圈上,共布置 2 孔。4.4.2 抬动孔钻孔使用地质钻机回转钻进,一径到底。取岩心,钻完后即安设抬动观测装置。4.4.3 钻进至终孔深度后,在孔内下置 1长为 30.5m 的钢管(距管底部 1m处焊接有对中圆形钢板,钢板上设置一橡胶塞),其底部 1m 用水泥浆封填固定,待凝 24h;4.4.4 在 1钢管外套一根211长为 28.2m 的钢管
10、,钢管底部应与橡胶塞紧密接触,钢管外壁与孔壁间隙填入粉细砂至孔口;4.4.5 用水泥砂浆将50 钢管与上部岩体(或砼盖板)铸死;在距抬动孔约0.1m 处钻孔(孔径50,孔深 2m)埋设 1钢管,1钢管穿过砼盖板进入基岩0.5m 左右,1钢管内安设 4钢管,4钢管底部用砂浆埋设 0.5m 左右;4.4.6 将各管口部分用麻丝填实,以免水泥浆进入各钢管之间将钢管铸死;4.4.7 在 1与 4钢管之间安装千分表或百分表。4.4.8 抬动观测装置安装见图 4.4.8-1。4.4.9 基岩抬动变形观测 1)抬动变形允许值为 0.1mm。2)在进行钻孔及裂隙冲洗、压水试验及在灌浆过程中均应进行抬动变形观测
11、并将测试成果报送监理工程师。图 4.4.8-1 抬动观测装置安装示意图 4.5 灌浆孔分序灌浆孔分序 4.5.1 同排灌浆孔施工必须是先施工I序孔,再施工II序孔,逐步加密。次序孔必须在前序孔已超前钻灌 15m 后再开始钻进、灌浆,其中内圈II序孔在井壁混凝土浇筑完毕之后施工。4.5.2 有多排(圈)孔时,为限制浆液向外侧远距流动,必须先施工最外排(圈)孔,以形成封闭条件。4.6 灌浆段长度分割灌浆段长度分割 1)灌浆段的长度应根据灌区地质体的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性、砂浆厚30cm干填细砂水泥浆锚固圆形铁板钢管(1)千分表1.3m麻丝堵塞干填细砂0.5m麻丝堵塞钻孔(91mm)橡胶柱水
12、泥浆锚固1m砂浆(厚10cm)保护管(112)内管(1)砼盖板圆形铁板 钻孔过程中岩性情况等因素综合确定。地层的透水性和吸浆率愈大,则灌浆段的长度愈短;反之,则可长些。2)灌浆段长度宜采用 10m,特殊情况下可适当缩减或加长。具体段长由岩性实际情况确定。3)在钻遇大裂隙及严重不返水(风)地段时,应立即停止钻进,作为一段进行灌浆。4)灌浆段岩体宜尽量属于同一岩性,不同岩性的地层,宜不作为同一段灌注。4.7 钻孔钻孔 4.7.1 由于调压室上室底板作为盖重混凝土,整个作业面布置有上室边墙的插筋和上室的结构钢筋,导致了在混凝土大面上无法布置机械设备钻孔,需要搭设高为 2.53.0m 以上的脚手架作为
13、钻孔和灌浆平台,比我部原先的施工工艺多一道工序钻孔和灌浆平台的搭设。4.7.2 钻进方法 1)由于钻孔区岩体特点为硬、脆、碎,钻进过程中易塌孔、卡钻以及易造成孔斜。超前加固预固结灌浆孔施工采用配置扶正器及防塌卡装置的潜孔锤冲击回转钻进方法。根据福堂电站调压井塌坑深厚(78m 左右)塌渣层使用配置有扶正器及防塌卡装置的潜孔锤冲击回转钻进经验,本工程深孔固结灌浆采取此种钻进方法对灌浆孔质量和施工进度是有充分保证的。2)适应性灌浆试验区先导孔及灌浆效果检查孔采用回转钻进方法。3)深孔固结灌浆潜孔锤冲击回转钻进方法 钻孔主要设备、机具 a 钻机:回转式钻机(XY2PC)b 机具:CIR110 与 CI
14、R90 冲击器配置扶正器及防塌卡装置 5)先导孔、检查孔回转钻进方法 钻孔主要设备、机具 a 钻机:回转式钻机(XY2PC)b 机具:91mm、75mm、56mm 金刚石钻具 4.7.3 孔斜要求 钻孔孔斜必须在规定的允许误差范围内(表 4.7.3-1)。表 4.7.3-1 孔斜允许值 孔 深(m)20 30 40 50 60 大于 60 最大允许偏差值(m)0.25 0.5 0.8 1.15 1.5 不大于孔距 4.7.4 孔斜控制措施 在钻进过程中,应采取措施控制孔斜:1)钻孔前,安装钻机平正稳固;钻机立轴方向应与设计孔向一致。2)埋设的孔口管的中心轴线方向必须与设计钻孔轴线方向一致。3)
15、使用带扶正器的长钻具。4)钻进过程中,每隔 10m 测量孔斜,发现偏斜超过设计要求及时纠正或采取补救措施。5)在钻进过程中,应经常校测钻机立轴方向是否与设计孔向一致。6)每次接班后,均应校测钻机立轴方向是否与设计孔向一致,钻机是否平正稳固。4.7.5 钻进过程中,钻遇结构破碎、裂隙发育、全强风化的岩层,可能会出现塌孔、埋钻、卡钻等事故。为防止这些事故的发生,在施钻过程中应注意:1)匀速、平稳、低速钻进;2)钻进过程中,发现掉块、卡钻等现象,应立即起钻。3)如遇坍塌掉块严重时,应进行固结灌浆(视情况确定待凝)后再钻进;4)施钻人员不得擅离岗位,应随时注意钻进过程中孔内的情况;如发现异常情况,应立
16、即停钻,查清原因后再继续钻进。4.7.6 钻孔质量保证措施 1)钻机固定牢固。2)校正立轴方向,按要求的孔向对准孔位开孔。3)严格执行冲击器或金刚石钻进操作规程。4)严格控制回次长度。5)钻进过程中,钻机负荷稍有增大,应提动钻具。6)使用配扶正器的长钻具。7)对于不稳定孔段,灌浆后应有足够的待凝时间。4.7.7 钻进事故的处理措施 1)处理事故的原则:分析情况、查明原因、制定方案、照章实施。2)措施:选择采用锥、套、扫、打、反及其相结合的方法进行处理。4.7.8 钻孔取芯和芯样试验 1)检查孔以及监理工程师指示的其它需钻取岩心的钻孔应采用金刚石回转钻进方法采取岩心。2)钻取的岩心应按要求编号、
17、填牌、装箱,并绘制钻孔柱状图和进行岩心描述。对每盒或每箱芯样拍两张彩色照片,并做好钻孔操作的详细记录,一并报送监理工程师。3)芯样的最大钻孔长度应限制在 3m 以内,一旦发现钻取芯样卡钻或被磨损,应立即提钻。除监理工程师另有指示,对于 1m 或大于 1m 的钻进循环,若芯样采取率小于 80%,则下一次应减少循环深度 50%,以后依次减少 50%,直至 50cm 为止。如果芯样的回收率很低,应采取有效取芯措施,保证取芯质量。4)根据监理工程师指示,对回收的岩心和混凝土芯进行试验,并将试验记录和成果提交监理工程师。5)监理工程师指示应予保存的岩芯,需按指定的地点存放,以防散失和混装。4.7.9 钻
18、孔保护 按设计要求保护施工图纸所示的所有钻孔,直到验收合格为止。4.8 钻孔冲洗及裂隙冲洗钻孔冲洗及裂隙冲洗 4.8.1 基本原则:根据钻遇情况,确定钻孔冲洗及裂隙冲洗方法。宽大裂隙孔段可不进行冲洗。4.8.2 冲洗方法 1)根据监理工程师指示采用风水联合冲洗、压水冲洗或脉冲冲洗。冲洗方法应结合地质体条件,通过现场灌浆试验确定。2)推荐采用风水联合冲洗 是将具有一定压力的风和水用灌浆管送到孔底,先打开水管注水到一定程度后,再打开风管通入压缩空气,使孔内的水与空气混合,由于汽水混合物的比重轻及压缩空气的释压膨胀,从而将水、气流断续喷出,在水、气喷出的瞬间,孔 内一定区域形成低压乃至负压区,泥质便
19、顺反向水流被带出孔外。喷出的速度越快,冲洗效果越好。3)冲洗压力 压水冲洗水压采用灌浆压力的 80%,该值若超过 1MPa,则采用 1MPa。冲洗风压采用灌浆压力的 50%,该值若超过 0.5MPa,则采用 0.5MPa。4)洗净标准:裂隙冲洗应冲洗至回水澄清后 10min 结束,且总的时间要求,单孔不少于 30min,串通孔不少于 2h;孔底残渣不超过 20cm。4.9 压水试验压水试验 4.9.1 根据钻遇情况及裂隙冲洗情况,确定是否进行压水试验。压水试验按设计要求实施。4.9.2 压水试验应在钻孔及裂隙冲洗后进行。根据钻遇情况及监理工程师指示,可采用“简易压水”、“单点法”及“五点法”进
20、行压水试验,建议采用简易压水试验。4.9.3 简易压水试验 压力为灌浆压力的 80%,该值若大于 1MPa 时,采用 1MPa。压水 20min,每 5min 测读一次压入流量,取最后的流量值作为计算流量。其成果以透水率 q表示,按式 4.9.3-1 计算。LPQq (式 4.9.3-1)式中:q吸水率,Lu;Q压入流量,L/min;P作用在试段内的全压力,MPa;L试段长度,m。4.9.4 单点法压水试验和五点法压水试验按水工建筑物水泥灌浆施工技术规范及水利水电工程钻孔压水试验规程执行。4.10 制浆制浆 4.10.1 设备:NJ300 高速搅拌机 4.10.2 配料:严格按设计配比配料,称
21、量误差应小于 5%。水泥及掺合料(粉煤灰、砂、膨润土)等固相材料采用重量称量法,水使用水表计量。4.10.3 搅拌:搅拌时间不小于 1min,浆液在使用前应过筛,从开始制备至 用完的时间应小于 4h。4.10.4 浆液搅拌均匀后,检测比重符合要求后方可使用。4.10.5 浆液温度应保持在 540。4.11 供浆供浆 在调压室下游侧平台上建立灰浆站,大小为 410m。用高速搅拌机集中制浆,制备好的浆液用 BW-200 型泥浆泵通过50PE 塑料管输送至各灌浆工作面。钢管架木板平台石棉瓦防雨棚顶高速搅拌机储浆机输浆管输浆泵 图 4.11-1 集中制浆站结构型式示意图 4.12 灌注灌注 4.12.
22、1 灌注方式、方法 灌浆方式:循环式 灌浆方法:自上而下循环式灌浆法、自下而上灌浆法 方法一:自上而下分段循环式灌浆法(前 10 米段)自上而下灌浆方法是指自上而下分段钻孔、分段安装灌浆塞进行的灌浆。采用自上而下灌浆法时,各灌浆段的灌浆塞分别安装在其上部已灌浆段的底部见其施工流程见图 4.11.1-1。如此循环直至结束。图 4.12.1-1 孔口封闭、自上而下分段灌浆法施工流程图 2自下而上分段灌浆法 自下而上分段灌浆法就是将钻孔一次钻到设计孔深,然后自下而上逐段安装灌浆塞进行灌浆的方法,根据施工需要,自下而上灌浆方法是在自上而下的灌浆结束 10 米后进行钻孔灌浆施工。详见 4.11.1-2
23、图。采用自下而上灌浆法时,灌浆塞在预定的位置塞不住,其调整的方法是适当上移或下移,直至找到可以塞住 的位置。如上移时就加大了灌浆段的长度,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范规定,当灌浆段长度大于 10 米时,应当采取补救措施。补救的方法一般是在其旁布置检查孔,通过检查孔发现其影响程度,同时可进行补灌。依次往上灌浆。详见图 4.12.1-2 方法二、自上而下、孔口封闭,分段灌浆施工方法 该法自上而下逐段钻进,随段位安设灌浆栓塞,始终将栓塞卡在灌浆段顶部0.5m 以上的位置,逐段灌浆。随着灌浆段的加深,堵塞位置亦随着加深,下栓塞的工作量和劳动强度逐渐增加,工效降低,施工愈来愈难。由于调压井围岩体破碎、
24、裂隙发育等原因,灌浆塞在规定的位置卡不住,多次上提,致使灌浆段很长,影响灌浆质量。另外,采用此施工方法,一般都要在上一段灌浆结束后,待凝 24h 以上,才可钻进下一段,以防止已灌入的浆液在未凝结以前被冲洗出来。此种方法就是封闭器安装在孔口管上,自上而下分段钻进,逐段灌浆并不待凝的一种分段灌浆方法。它的优点是:除了主要对新钻段进行灌浆以外,还可以使以上各段都能得到若干次的重复灌浆,最终都会受到最高压的“考验”,因而灌浆质量容易保证;同时它可以利用钻杆作为射浆管,避免了下栓塞工序和堵塞不严的麻烦;孔内事故大大减少,工效显著提高,施工进度加快。详见下图 4.11.1-3 以上图详见附图。调压井灌浆采
25、用方法一即先灌顶部 10 米,然后钻孔到设计高程,进行自下而上分段灌浆。4.12.2 灌浆设备、机具 1)设备 灌浆泵:BW250 灌浆泵 2)机具:射浆管、储浆筒 孔口封闭器,56mm、75mm、91mm 灌浆栓塞,50mm 钻杆。4.12.3 孔口封闭器及射浆管安装 1)所用孔口封闭器应具备以下性能:在灌浆过程中,灌浆管可在孔口封闭器中心部位灵活地转动和升降且不漏浆。2)孔口封闭器安装前应检查密封圈等是否完好;3)射浆管:采用50 外平钻杆作射浆管。射浆管管口距孔底50cm;4)灌浆过程中应经常转动和上下活动射浆管,以防射浆管在孔内被水泥浆凝住。4.12.4 灌浆压力 1)灌浆压力计算 p
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