高壓旋噴灌漿施工技術(shù)在荔金水電站工程中的應(yīng)用研究

錢怡

摘要：該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，廠房尾水處多為砂礫石為主, 圍堰枯水期河水位300.6m。河床部位為人工雜填砂礫石、沖積砂卵礫石層及淤砂層所覆蓋,對(duì)圍堰常規(guī)處理，施工難度極大,滲水處理比較困難；但通過(guò)高壓旋噴灌漿施工的順利實(shí)施。從目前基坑抽水情況來(lái)看，高壓旋噴灌漿施工達(dá)到了預(yù)期防滲效果。為確保高壓旋噴灌漿施工的順利實(shí)施，本文介紹了旋噴灌漿施工過(guò)程中各主要工序的質(zhì)量控制，為類似于此工程的高壓旋噴灌漿施工有較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水電站；高噴灌漿；施工工藝

引言

荔金水電站位于習(xí)水河下游官渡鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址以上流域面積1230km，多年平均流量23.3m/s，河長(zhǎng)93.5km，河道加權(quán)平均比降9.5，流域形狀系數(shù)0.141。工程主要建筑物有攔河壩、動(dòng)力渠道、隧洞、壓力前池、壓力管道及發(fā)電廠房等。河床布置4臺(tái)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組廠房。電站裝機(jī)容量140MW，工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程，樞紐主要建筑物為3級(jí)。高噴孔設(shè)計(jì)孔徑為140mm，雙排布孔，排距2.0m、孔距1.0m，孔深入基巖0.5m，采用全液壓多功能工程鉆機(jī)配合氣動(dòng)沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，兩管法自下而上旋噴成墻。

1 施工難點(diǎn)

1)圍堰較窄同時(shí)需交通進(jìn)行，造成施工場(chǎng)地狹窄，施工機(jī)具布置緊湊，相互干擾較大，在一定程度上影響了正常的高噴施工。

2)砂礫石結(jié)構(gòu)松軟，礫石粒徑以小于2mm的居多，漿液滲透能力較高。其開(kāi)孔高程比河面水位低，存在自然水位差。因此，造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，給噴灌帶來(lái)了很大影響。造孔完成后，在起鉆桿的過(guò)程中由返水壓力帶出的小粒徑砂礫石卡在鉆頭與套管之間，從而在起鉆的過(guò)程中把套管或PVC護(hù)壁管帶起來(lái)，造成塌孔與廢孔事故發(fā)生。

3)在噴灌過(guò)程中受涌水的影響，漿液擴(kuò)散極不穩(wěn)定，孔口返漿較大。這樣，灌漿時(shí)效就相對(duì)較低，水泥耗量大，其人工工時(shí)及機(jī)械臺(tái)時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超定額發(fā)生。

2施工技術(shù)

針對(duì)上述施工難點(diǎn)，在施工過(guò)程中通過(guò)實(shí)踐與摸索，采用了以下施工技術(shù):

1)、根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，選用全液壓多功能工程鉆機(jī)(阿特拉斯A66CBT)配合氣動(dòng)沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，由于造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，起鉆桿過(guò)程中易產(chǎn)生事故導(dǎo)致發(fā)生報(bào)廢孔。因此，在鉆至終孔時(shí)，起鉆前一定要將孔底的殘留余渣吹盡以防止砂礫石進(jìn)入套管造成卡鉆。

2）、鉆機(jī)或旋噴機(jī)就位時(shí)機(jī)座要平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位對(duì)正，傾角與設(shè)計(jì)誤差一般不得大于0.5° 3）、在下入PVC管前，先用無(wú)紡布將PVC管底部密封住，以避免殘留余渣進(jìn)入PVC管從而影響下一步的高噴施工質(zhì)量。如在起拔套管過(guò)程中，因孔口涌水過(guò)大促使PVC管也被隨同帶出情況時(shí)，由于PVC管是底部是全密封的，可在管內(nèi)注入適量水增加自重來(lái)避免這一情況的發(fā)生。

4)、為解決在噴灌過(guò)程中受涌水的影響，漿液擴(kuò)散極不穩(wěn)定，孔口返漿較大這一問(wèn)題，在施工中只有降低噴灌提速、旋轉(zhuǎn)頻率并且適當(dāng)加大漿液濃度待孔口返漿穩(wěn)定后方可恢復(fù)到正常施工狀態(tài)。

5）、 冒漿的處理，在旋噴處理中，往往有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。通過(guò)對(duì)冒漿的觀察，可以及時(shí)了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量的20%為正常。超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。

3施工工藝

3.1施工方法

二管法是用高壓泥漿泵產(chǎn)生35～40MPa或更高壓力的漿液，用壓縮空氣機(jī)產(chǎn)生0.7～0.8MPa的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過(guò)具有兩個(gè)通道的噴射管，在噴射管底部側(cè)面的同軸雙重噴嘴中同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣兩種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和它外圍環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量比單管法顯著增大，噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體。

3.2施工工藝流程

場(chǎng)地平整壓實(shí)→布孔、鉆機(jī)就位→校準(zhǔn)角度、造孔→測(cè)斜→下PVC管、起拔導(dǎo)管→高噴臺(tái)車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。

3.3主要技術(shù)參數(shù)

高噴板墻在不同地層的滲透性能和抗壓強(qiáng)度，按表1的要求進(jìn)行控制。

表1高噴板墻性能指標(biāo)要求

地層 滲透系數(shù)K/(cm/s)透水率q/Lu 抗壓強(qiáng)度/MPa

粉土層 i×10－5 <10.5～2.0

砂土層 i×10－5 <1 1.5～5.0

礫石層i×10－5～i×10－5≤5 3～10.0

卵(碎)石3×10-4－～i×10-4 10～1 3～10.0

3.4鉆孔

鉆孔施工采用全液壓多功能工程鉆機(jī)配合氣動(dòng)沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔的工藝進(jìn)行，沖擊鉆頭采用(130～152)mm合金球齒偏心鉆頭，跟進(jìn)套管采用140mm無(wú)縫鋼管，絲扣連接;用高風(fēng)壓空壓機(jī)供風(fēng)。鉆進(jìn)過(guò)程中，詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)行情況判斷地層分層深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、動(dòng)水等情況。鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，取出全部鉆具，再?gòu)?40mm跟進(jìn)套管中下入薄壁100mm的PVC管護(hù)壁，然后起拔140mm跟進(jìn)套管。記錄員認(rèn)真校測(cè)鉆具長(zhǎng)度及PVC護(hù)壁管下置深度，檢查是否與孔深相符，并由質(zhì)檢員會(huì)同監(jiān)理人進(jìn)行復(fù)核。鉆進(jìn)結(jié)束后，孔口應(yīng)妥善保護(hù)，并根據(jù)鉆孔情況繪制簡(jiǎn)易鉆孔柱狀圖及說(shuō)明供高噴灌漿使用。

3.5漿液配制

高噴漿液采用的水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，要求水泥細(xì)度通過(guò)4900孔/cm2，篩余量≤5%。主要灌漿材料及漿液配合比根據(jù)設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)結(jié)果確定。施工漿液的拌制時(shí)間、漿液密度、漿液流動(dòng)性、漿液的沉淀速度和沉淀穩(wěn)定性、漿液的凝結(jié)時(shí)間(初凝和終凝)以及漿液固結(jié)體密度、強(qiáng)度、彈性模量和透水性均通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。漿液存放時(shí)間:當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以下時(shí)，存放時(shí)間不超過(guò)5h;當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以上時(shí)，存放時(shí)間不超過(guò)4h;當(dāng)漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按監(jiān)理人指示進(jìn)行處理。

采用高速攪拌槽攪制漿液時(shí)，攪拌時(shí)間不少于7min。漿液在使用前應(yīng)充分過(guò)濾，自制備到用完的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)4h。在供漿過(guò)程中遇到故障，應(yīng)立即通知噴灌作業(yè)人員停止提升噴具，待事故妥善處理后再進(jìn)行噴灌作業(yè)。供漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)用比重秤測(cè)量漿液密度，工作結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)該孔的各種灌漿材料用量。

3.6高噴灌漿

1)高噴灌漿施工工序臺(tái)車行走、就位及調(diào)試→噴具組裝及檢查→地面試噴→下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。

2)高噴采用XL-50旋噴鉆機(jī)灌漿，當(dāng)噴具下入到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)旋擺機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使之達(dá)到設(shè)計(jì)值，待孔口返漿密度符合要求后，開(kāi)始提升，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過(guò)程中，要時(shí)刻注意檢查施工機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，風(fēng)水漿的流量、壓力，進(jìn)漿、回漿密度及旋轉(zhuǎn)、提升速度等參數(shù)是否符合要求。

3)高噴灌漿結(jié)束后，由專人負(fù)責(zé)用棄漿進(jìn)行孔口注漿，直到回填密實(shí)，漿面不再析水下沉為止。

4)特殊情況的處理高噴因故中斷后應(yīng)停止提升，記錄中斷深度，并盡快恢復(fù)。若短時(shí)間不能恢復(fù)的，應(yīng)提出噴具，用水沖洗干凈。待故障處理后，將噴具下入原中斷位置以下1.0m左右繼續(xù)進(jìn)行噴射灌漿。在漂卵石(塊、碎石)架空地層、透鏡體砂層和地下水中施噴時(shí)采用以下措施進(jìn)行處理:

①下噴具前，預(yù)先注入膏狀泥漿進(jìn)行噴灌前堵漏;

②噴具停止提升，靜壓注漿，直到孔口返漿符合要求為止;

③在孔底靜噴較時(shí)長(zhǎng)間后，如果孔口仍然不返漿，為了防止噴具被埋住，可采用間隔提升的辦法，即全參數(shù)切割地層→提升一定高度→靜噴→全參數(shù)切割地層，待返漿后將風(fēng)、漿等參數(shù)調(diào)整至正常值繼續(xù)進(jìn)行噴灌;

④降低噴射壓力，增大供漿量，加濃漿液，孔口摻砂、水玻璃和鋸末等措施。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、回漿量增大，應(yīng)降低風(fēng)壓并加大進(jìn)漿密度或進(jìn)漿量。高噴灌漿應(yīng)全孔連續(xù)作業(yè)。高噴灌漿過(guò)程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時(shí)，應(yīng)查明原因，及時(shí)處理。高噴過(guò)程中若相鄰孔串漿，將串漿孔封堵后繼續(xù)進(jìn)行，待高噴灌漿結(jié)束后，盡快對(duì)被串孔進(jìn)行掃孔至原鉆孔深度。接、卸、換管要快，并作好噴具接頭保護(hù)，防止噴具堵塞和鑄管。接、卸、換管后的下管，比原停噴高度下落1.0m，確保墻體能上下連接。對(duì)于地層中出現(xiàn)的厚度50cm以上的大塊(漂、孤)石的孔段進(jìn)行高噴灌漿時(shí)，為了確保漿液對(duì)大孤石的裹履效果，使用靜噴，加大供漿量、復(fù)噴等方法，以利于在大孤石處保證成墻效果。下噴具過(guò)程中如出現(xiàn)下不到底時(shí)，采用通風(fēng)、水、漿并旋轉(zhuǎn)噴具的方法處理，使噴具下到設(shè)計(jì)深度。噴具不能下到設(shè)計(jì)深度時(shí)重新造孔。

4施工檢查和效果分析

1)施工質(zhì)量檢查

通過(guò)對(duì)所有鉆孔的孔位偏差、孔斜偏差、孔內(nèi)沉積物厚度以及高噴中噴具入孔深度、高壓水壓力、水量、空壓機(jī)氣壓、氣量、水泥漿漿量、漿壓、進(jìn)漿和返漿密度提、升速度、旋轉(zhuǎn)速度等的檢查結(jié)果表明高噴灌漿質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，施工的過(guò)程控制符合規(guī)范要求。

2)施工效果分析(見(jiàn)表2)

表2 高噴灌漿耗材單元

從表2中看出:出水渠段右導(dǎo)墻基礎(chǔ)高噴灌漿平均單耗量590kg/m，其中:二排Ⅱ序孔灌漿單耗量大，主要是此處施工為已澆筑混凝土蓋板，大量的地表水從混凝土底部和覆蓋層間的接觸面涌出，導(dǎo)致此處的覆蓋層比較松散，高噴時(shí)大漿液量從接流觸面失所致。其他部分的灌漿單耗量較小，主要原因是原為狀第四紀(jì)千年古河床沉積，地層比較密實(shí)，實(shí)際噴灌時(shí)，一排和二排的Ⅰ，Ⅱ序孔返漿都比較大，故耗灰量比較小，符合高噴灌漿規(guī)律。

5結(jié)束語(yǔ)

文章根據(jù)水電站工程具體情況，介紹了深層覆蓋層下的兩管法旋噴處理砂礫石層所采用的施工技術(shù)、施工工藝等，并對(duì)施工效果進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和評(píng)價(jià)。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。