高压摆喷混凝土灌浆技术在小海子水库防渗中的应用.pdf

第 4 7卷第 7期 2 0 1 1 年 7月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Ga n s u Wa t e r Co n s e r v a nc y a n d Hy d r o po we r Te c hn o l o g y Vo 1 ．4 7， No ． 7 J u 1 ． ， 2 0 1 1 施工技术 高压摆喷混凝土灌浆技术在小海子水库防渗中的应用 刘国恒， 王菊萍 ( 高台县水务局 ， 甘肃 张掖7 3 4 3 0 0 ) 摘要： 结合小海子水库除险加固决1：7 修复及完善工程施工， 按照初步设计批复“ 在工程施工过程中进一步通过实验 确定施工各项参数” 的要求， 运用高压摆喷混凝土灌浆技术在黏土均质坝基防渗工程的施工过程， 通过不同孔距、 气 压、 水压、 浆压力试验对比， 总结出了符合本工程 区域的施工各项参数。 关键词： 高压摆喷混凝土； 灌浆； 应用； 小海子水库 中图分类号： T V 5 4 3 文献标识码： B 文章编号： 2 0 9 5 — 0 1 4 4 ( 2 0 1 1 ) 0 7 — 0 0 6 3 — 0 3 1 工程概 况 小海子水库位 于河西走廊 中部张掖地 区高 台 县南华镇小海子村， 西距南华镇 7 ． 5 k m； 水库上游从 临泽县廖泉乡境 内为引水渠 口。 属引黑河水调蓄的 平原洼地 中型水库 。水库大 坝属均质土坝 ，坝长 1 O ． 1 k m。 最大坝高 8 ． 6 7 m， 集水面积 5 ． 4 k m2 , 水库分 上 、 中、 下 3个库区运行 ， 设计 总库容 1 0 4 8 ． 1万 m 。 担负着高台县南华、 骆驼城、 巷道、 宣化等 5个乡镇、 4 7行政村的 l 0万亩农 田及林草土地的灌溉任务。 水库始建 于 1 9 5 8年 ，后经 1 9 8 4年、 1 9 8 7年及 1 9 9 0年 3次加固与加高 。 水库形成分上库和下库运 行的格局。由于水库建 于大跃进时期 。 没有正规的 设计和施工方案， 先天存在坝体质量差 、 坝基渗漏严 重、 安全超高不够等问题 。 1 9 9 8年 1 0月对该水库进 行 了鉴定 ， 确定该水库大坝安全类别为三类坝， 属病 险水库 ， 急需进行除险加固。 2 0 o 7年 4月 1 9日小海子水库下库北坝发生决 口， 决 口坝段位于下库桩号 2 + 6 8 1 2 + 7 2 2 ． 5 m处 ， 决 口沿坝轴线方向长 4 1 ． 5 m， 垂直坝轴线方向长 8 9 m， 冲坑最大深度 8 ． 5 m。 2工程地质情况 小海子水库地处祁连山山前冲洪积平原前缘顶 与细土平原过渡带上 ． 地层岩性在地表为第四系全 新统湖沼相堆积和风积层下部为第 四系全新统积洪 积层 ， 深部为第四第中、 下更新统巨厚层 的松散砂卵 砾石、 砂砾石 、 中细砂夹亚黏土等 坝址区地下水 的赋存形式为平原松散岩类孔隙 水 ， 依地下水的埋藏条件分为潜水和承压水两类 ． 潜 水带为第四系全新统湖沼相堆积的粉细砂 。 亚黏土 及轻亚黏土夹砂透镜体 。 厚度 0 ～ 2 ． 2 m， 水库附近埋 深 0 ． 5 m左右 ， 水质评价为 V类 ， 承压水有多个含水 层 ， 中上更新统地层是主要含水层 ， 承压水头在地表 以下 1 m左右 ， 上层第一个承压含水层顶板埋深 0 — 2 ． 2 m， 顶板厚度 3 ． 3 — 3 ． 9 m， 下部为大于 2 0 m的含水 层 ， 水质评价为Ⅳ类 。 3 设 计 方案 由来 根据水库决 口后高密度电法物探和大量的取样 试验和测量等工作 ， 最终查明水库决 口的原因， 确系 坝基下轻粉质壤土或粉质黏土与下部砂层间的接触 冲刷破坏所致 ， 接触冲刷的临界水力比降很小 ， 比它 们各 自介质本身的临界水力比降小得多 ，所以首先 发生是的接触冲刷破坏 。进一步发展才转为砂层的 管涌破坏和土层 的流土破坏。在分析了发生接触性 冲刷是造成大坝决 口的主要原因后 ，提出已经发生 接触冲刷破坏的范围比溃 口段要大得多 ，延伸到上 游 l 0 0 m以外 。 沿坝轴线两侧在桩号 2 十 5 0 0 ～ 3 + 2 0 o m 之间。因此 ，决 I： I 修复对坝基处理渗流破坏要扩大 到这一范围。对其他可疑段如原墩仁大阴沟、原三 清北干渠 以及 电物探锁定 的渗漏通 道也应类 似处 理 。 根据大坝决 口原因分析及大坝安全评价 ，坝后 排阴沟距后坝脚较近。决I= 1 处排阴沟底部天然黏土 隔水层被贯穿 ，造成渗流在排水沟内集 中出逸并带 走细颗粒是造成本次事故的主要原因 ，对发生接触 冲刷的黏土层和砂层进行高喷墙截断后 ，如果坝后 排阴沟仍然存在黏土层缺失或黏土层过薄等缺陷， 仍然有可能形成渗流破坏。因此，必须对坝后的排 阴沟进行完善处理 ， 与坝前高喷墙一起形成完整的 收稿 日期 ： 2 0 1 1 — 0 6 — 2 2 作者简介 ： 刘国恒( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 甘肃高台人， 工程师， 主要从事水利工程施工和灌溉管理。 6 3 2 0 1 1 年第 7期 甘肃水利水电技术 第 4 7卷 防渗体系， 确保大坝运行安全。 4 高压摆喷灌浆设计与施工技术参数确定 决 口修复及完善工程高压摆喷混凝土灌浆施工 前 ， 分别以 1 ． 0 m、 1 ． 5 m、 2 ． 0 m三种不 同孔距对 高压 摆喷灌浆成墙情况做了试验 ． 经试验 ． 确定的高压摆 喷灌浆施工相关参数如下 ： ( I ) 摆喷灌浆长度为 6段 ， 长 1 0 3 0 m( 桩号 0 + 7 6 6 - 0 + 8 6 6 m、 1 + 0 8 0 -1 + 2 1 0 m、 1 + 6 7 5 — 1 + 7 7 5 m、 2 + 5 0 0 ～ 2 + 6 5 0 m、 2 + 6 5 0 ～ 2 + 7 5 0 m、 2 + 7 5 0 ～ 3 + 2 0 0 i n) 。 ( 2 ) 高喷灌浆的孔距为 1 ． 5 m； ( 3 ) 高喷灌浆的形式为摆喷 ， 摆角为 3 O 。 ； ( 4 ) 根据灌浆试验确定提升速度为 1 2 c m ／ mi n ， 摆喷在土中的摆速为 1 0次／ m i n 。 高压摆喷防渗墙相关施工参数见表 1 。 表 1 高压喷摆防渗墙施工参数 参数水压 浆压 气压 水量 浆量 气量泥浆比重 名称／ MP a／ MP a ／ MP a 几- m i n - 。 几 mi n 一 几 mi n 一 ‘ ／ g e m 指标3 6 — 3 8 0 ． 8 — 1 ． 2 0 ． 6 ～ 0 ． 8 7 0 - 8 0 6 0 — 7 0 0 ． 8 — 1 。2 1 ． 5 ～ 1 ． 6 5 技 术原 理 高压摆喷混凝土灌浆技术 。 是近年来 引进新的 一 种施工方法。本工程采用三管法高压摆喷混凝土 灌浆施工 ， 三管分别输入高压风 、 水和混凝土浆液 。 基本原理是利用高强气压冲击、 切割破碎地基土体 的同时在水平方向做一定角度的旋转 ( 本工程施工 摆角为 3 0 。 ) ， 使基础需要灌浆的部位剖开一定 的空 间 ， 在此过程中， 为了使浆液到达的地方保证设计厚 度 ， 利用高压水结合强风气流为混凝土浆液打开通 道 ， 混凝土浆液以合适的比重混入其中， 凝聚成扇形 断面拆状的连续防渗体 ． 达到提高地基抗渗透 能力 的 目的。 6施工工艺及技术要求 6 ． 1 钻 孔施 工工 艺 ( 1 ) 钻孔方法 ： 采用泥浆护壁、 合金钻头 回转钻 进的方法 ， 选用地质钻机造孔 。 ( 2 ) 钻孔要求 ：钻孔终孔直径不小于 1 1 0 mm， 终孔孔深大于设计要求 的摆喷深度 3 0 c m 以上 ， 孔 斜率不得大于 O ． 3 ％。 ( 3 )固壁泥浆 ：采用优质黏土作为制浆用主要 材料 ， 钻孔时孔 口返出的泥浆经沉淀重新利用 ， 当泥 浆 中的含砂量超过要求时 ， 予以废弃 ， 以防孔内事故 发生 ， 必要时使用膨润土等标准制浆材料 。 6 。 2高喷灌浆施工工艺 本工程采用三管法 高压摆喷灌浆施工 ， 摆喷墙 结构形式为摆喷对接式 ， 摆角为 3 O 。 。施工时分两序 64 进行， 即先施工 1 、 3 、 5等 I序孔 ， 后施工 2 、 4 、 6等 Ⅱ 序孔( 图 1 ) 。 Ⅱ序孔 图 1 孔位布置示意 6 ． 2 ． 1 摆喷施工参数 高压摆 喷灌浆试验参 数依 据 D 1 5 2 0 0 — 2 0 0 4 《 水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》 ，以及类似 工程施工经验 ， 同时结合本工程的地质情况 ， 经试验 后确定施工参数( 表 i ) 。 6 ． 2 ． 2高喷 工艺 ( 1 ) 地面试喷： 钻孑 L 验收、 高喷 台车就位并对准 孔 口后 ， 依施工轴线为准进行地面试喷 ， 一方面检查 各设备正常运转时能否达到各项参数 ，一方面检验 摆角是否在轴线两侧均匀分配。 ( 2 ) 开喷： 喷射管下到设计深度后 ， 供浆 、 水 ， 送 风开喷 。 等各压力参数和流量参数均达到要求 ， 且孔 E l 已返出水泥浆液时，即可按预定的提升速度进行 摆动喷射灌浆。 ( 3 ) 高喷灌浆应保持全孔连续一次作业 ，作业 中拆卸喷射管等停顿后 ，重复喷射灌浆长度不小于 0 ． 5 m 。 ( 4 ) 在高喷灌浆过程 中， 出现压力突降或骤增 ， 孔 口回浆浓度和回浆量异常， 甚至不返浆等情况时， 查 明原 因后及 时处 理 。 ( 5 )当孔 内出现严重漏浆 ， 应停止提升 ， 孑 L 口少 量返浆时， 应降低提升速度 ； 降低喷射压力、 流量 ， 进 行原位灌浆 ； 在浆液中掺加速凝剂 ； 加大浆液密度或 进行原地灌水泥砂浆、 水泥黏土浆等； 向孑 L 内冲填粗 砂 、 土等堵漏材料。 ( 6 ) 供浆正常情况下 ， 孔 口回浆密度变小 ， 回浆 量增大。 不能满足设计要求时。 应降低气压并加大进 浆密度或进浆量。 ( 7 ) 如灌浆过程中发生 串浆 ，则首先填堵 串浆 孔 ， 继续原孔的高喷灌浆 ； 待其结束后 ， 尽快进行被 串孔的扫孔 ， 进行高喷灌浆。 ( 8 ) 高喷灌浆因故障恢复施工时，重复高喷灌 浆长度不小于 O ． 5 m， 停机超过 3 h时 ， 应对 泵件输 浆管路进行清洗后 ， 方可继续施工 。 ( 9 ) 高喷灌浆结束后 ，充分利用孔 口回浆或水 泥砂浆对 已完成孑 L 进行及时回灌 ，直至浆液面不再 下降为止 。