梨園廠房圍堰深孔高壓旋噴施工工藝研究

1、梨園廠房圍堰深孔高壓旋噴施工工藝研究丁新強 李曉光 丁靜摘 要 為保證梨園電站廠房基坑汛期施工，在廠房尾水渠臨河一側(cè)設(shè)基坑臨時擋水圍堰，以確保廠房基坑開挖的順利進(jìn)行。圍堰堰體為土石結(jié)構(gòu)，采用高壓旋噴技術(shù)設(shè)置防滲墻。高壓旋噴深度均在35m以上，雙排孔布置，布孔間排距為0.8m。經(jīng)地質(zhì)勘探及專家論證，從經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度及可行性三方面進(jìn)行對比分析，最終選擇高壓旋噴防滲的型式進(jìn)行廠房臨時圍堰防滲施工，本文通過對梨園砂卵石地層深孔高噴圍堰的工藝研究，以期為同類工程的施工應(yīng)用提供借鑒。關(guān)鍵詞 砂卵石地層 高噴圍堰 工藝研究 1 廠房基坑圍堰的布置情況為保證梨園廠房基坑開挖順利進(jìn)行，需在廠房臨河一側(cè)設(shè)基坑擋水圍堰

2、，以確保廠房基坑開挖的順利進(jìn)行。圍堰堰體為土石結(jié)構(gòu)，采用高壓旋噴防滲墻。圍堰上部利用基坑開挖料回填形成，底部為原始河床。廠房基坑開挖水下深度為40m，高壓旋噴深度均在35m以上入巖，雙排布置，布孔間排距為0.8m,軸線長397m，高噴成孔36700m。由于工期緊、任務(wù)重，選擇高壓旋噴防滲施工速度快，施工強度高，可以保證在短期內(nèi)形成防滲體，滿足廠房基坑開挖的工期需要。圖1 廠房圍堰平面布置圖圖2 廠房圍堰剖面布置圖2 廠房基坑圍堰施工環(huán)境根據(jù)設(shè)計提供的地質(zhì)資料，廠房圍堰布置位置的地質(zhì)情況為沖洪積層和沖積層混合體。沖積層（Qal）中含砂、卵、礫石夾漂石、孤石，在河床部位，厚度一般小于15m；沖洪積

3、層（Qal+pl）中含碎塊石、漂石、卵石夾砂土、粉土。下伏基巖為P2d4黑褐色、灰褐色杏仁狀玄武巖、褐鐵礦化杏仁狀玄武巖、致密玄武巖、火山角礫熔巖，巖體以、類為主。根據(jù)以上地質(zhì)描述可知，高壓旋噴部位富含礫石、漂石，且有大量孤石，條件較為惡劣，高壓旋噴對復(fù)雜地質(zhì)情況的適用性有待研究和實施。3 施工重點及難點分析確認(rèn)從人、機(jī)、料、法、環(huán)各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析高壓旋噴施工的難點和重點，確定施工控制中難點為施工過程未按參數(shù)施工，塌孔、卡鉆嚴(yán)重，成孔困難，孔位布置及樁徑不合理，鉆孔參數(shù)控制不合理，高噴參數(shù)控制和工藝不合理，異常處理不到位等環(huán)節(jié)。4 施工工藝研究及質(zhì)量控制4.1 嚴(yán)格按照參數(shù)施工現(xiàn)場參數(shù)控制是本工

4、程質(zhì)量控制的關(guān)鍵，項目部組織人員參與方案討論，學(xué)習(xí)規(guī)范，確定過程控制的重點。要求參與圍堰施工的人員必須熟練掌握施工工藝流程和各項參數(shù)，嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計要求控制各項參數(shù)，進(jìn)行開孔、終孔、開噴、終噴工序的驗收，未驗收或驗收不合格的禁止進(jìn)入下道工序施工，漿液配比、漿液比重、高噴的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、漿壓、氣壓、水壓等各項指標(biāo)必須符合設(shè)計和試驗驗證的參數(shù)，否則必須進(jìn)行停工整改并處理至滿足要求。通過工藝和參數(shù)控制來控制工程質(zhì)量，確保高噴效果。4.2 卡鉆及塌孔處理技術(shù)在成孔過程中，由于地質(zhì)條件差，孔深較深（35m以上），跟管鉆進(jìn)，但卡鉆問題較為突出，為解決這一問題，經(jīng)會議討論研究，決定在鉆孔過程中加膨

5、潤土，以增加其潤滑性，經(jīng)實施解決了卡鉆問題的發(fā)生；塌孔現(xiàn)象較為普遍，僅使用PVC管護(hù)壁效果有限，安放PVC管后，再采用膨潤土進(jìn)行注漿護(hù)壁，每孔膨潤土的平均用量為11.5t，效果良好。4.3 布孔及樁徑經(jīng)驗驗算為保證圍堰高壓旋噴效果，慎重施工，對樁徑和布孔進(jìn)行驗算。根據(jù)相關(guān)工程的經(jīng)驗，防滲工程一般布置雙排或三排孔，控制原則是：如果高噴樁徑為R，則孔距為0.866R，排距為0.75R，套接的厚度不小于30cm。高噴樁徑選擇與標(biāo)準(zhǔn)貫入系數(shù)相關(guān)，但水下部分無法進(jìn)行試驗。根據(jù)設(shè)計提供的地質(zhì)描述和相鄰區(qū)域開挖揭露的情況看，河床地質(zhì)條件接近稍密或中密的粗砂和礫砂，其標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)應(yīng)在1510范圍內(nèi)，相應(yīng)三管法

6、樁徑為1.21.8m，雙管法樁徑為0.81.3m。因本工程不確定性較多，為減小風(fēng)險，設(shè)計高壓旋噴單樁樁徑1.2m。相應(yīng)的孔間距為0.866×1.2=1.04m，排距為0.75×1.2=0.9m。本工程高壓旋噴樁徑1.2m，設(shè)雙排孔，間排距為0.8m，套接0.4m。從驗算情況看，設(shè)計時充分考慮了本工程的地質(zhì)特點，接近下限的參數(shù)選擇為圍堰閉氣提供了較好的實施條件。4.4 鉆孔參數(shù)設(shè)計調(diào)整較大的孔斜使單樁之間的有效套接減少，無法形成連續(xù)體，可能產(chǎn)生孔洞，導(dǎo)致滲水甚至管涌。根據(jù)規(guī)范要求，鉆孔孔斜應(yīng)<1%，設(shè)計高壓旋噴平均孔深約35m，在最大孔斜的條件下，單孔孔底傾斜35m&#

7、215;1%=35cm?？紤]到雙孔套接時使孔斜影響加倍，而雙排孔布置會使孔斜影響減半，兩者影響互相抵消。設(shè)計套接厚度為40cm，則最大孔斜的影響仍在可控范圍之內(nèi)。為盡量減小孔斜對旋噴套接成墻的影響，實際施工中除按照設(shè)計和規(guī)范控制孔斜外，還做好導(dǎo)正器的加工、率定及校正工作，保證投入施工生產(chǎn)設(shè)備滿足鉆孔孔斜控制要求。施工人員還通過鉆機(jī)支架校正，鉆進(jìn)前調(diào)整鉆機(jī)垂直度和鉆進(jìn)時隨時檢測等手段，盡可能的減小孔斜。施工過程中，質(zhì)檢員對鉆機(jī)性能進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時停鉆處理，嚴(yán)格按照設(shè)計要求的孔徑、孔距及孔斜控制。4.5 通過試驗驗證工藝和高噴控制參數(shù)在圍堰施工之前，組織專家在2009年12月15日進(jìn)行方案討

8、論，主要考察工藝的適應(yīng)性和參數(shù)選擇。隨后編制試驗大綱，在主體開始施工前，在圍堰上選擇兩處作為試驗段，分別驗證三管法與兩管法的適應(yīng)性。 試驗段工藝及參數(shù)在圍堰上游側(cè)軸線轉(zhuǎn)彎處，鉆孔編號為G-6G+6，使用三管法施工其參數(shù)選擇見表1。表1 試驗段參數(shù)選擇表項目單位數(shù)據(jù)編組備注第一組第二組第三組水壓MPa363840氣壓MPa0.60.70.8漿壓MPa0.80.91.0旋轉(zhuǎn)速度r/min569提升速度cm/min568水灰比110.810.61進(jìn)漿比重1.51.7；孔位偏差50mm；鉆孔孔斜 <1%；孔口回漿密度1.3d/cm3確定其施工工藝為：測量放線鉆機(jī)就位跟管鉆孔鉆機(jī)移位下pvc套管膨

9、潤土護(hù)壁鋼套管拔出高噴臺車就位下噴射管旋噴注漿高噴臺車移位質(zhì)量檢查試驗段鉆孔深度為32.745.2m，平均孔深38.4m，鉆孔總長度1036.8m，水泥總用量669.8t。高壓旋噴每米水泥用量為521.74768.4kg，平均每米水泥用量為627.5kg。 試驗物探檢驗梨園水電站物探檢測中心于2009年11月15日20日，采用單孔聲波、跨孔聲波對試驗段進(jìn)行了檢測。從物探檢測情況分析，G-4存在兩段質(zhì)量缺陷，長度分別為1.6m和1.4m。從G-4的高噴記錄看，提升速度為5cm/min，高噴每米水泥用量為623.19kg，僅略小于平均值627.5kg，其他各項參數(shù)均正常，因此問題可能是由于高噴遇到

10、孤石造成的。G-4的問題可以采用在G-4與G-5之間補孔重新高噴進(jìn)行處理，仍在可控范圍內(nèi)。 試驗結(jié)果工藝的適應(yīng)性：圍堰高噴試驗段的試驗基本是成功的，施工選用的各項施工參數(shù)均適用于本工程施工。工藝的改進(jìn)：塌孔現(xiàn)象較為普遍，僅使用PVC管護(hù)壁效果有限，安放PVC管后，采用膨潤土進(jìn)行注漿護(hù)壁，最后拔出套管，每孔膨潤土的平均用量為11.5t，效果良好。高噴段地下水豐富，出現(xiàn)漏漿、串漿時在水泥漿液中摻加水玻璃進(jìn)行高噴灌漿處理。參數(shù)確定：根據(jù)試驗結(jié)果，高噴參數(shù)確定見表2。表2 高壓旋噴參數(shù)表施工工藝漿液配比水壓氣壓(MPa)漿壓(MPa)旋轉(zhuǎn)速度(r/min)提升速度（cm/min）三管法0.6：11：1

11、32400.50.80.625958兩管法0.7：10.9：10.50.8354047464.6 異常情況處理異常處理主要是噴漿中斷后復(fù)噴和孤石處理，中斷復(fù)噴處理不當(dāng)會形成斷樁或滲漏通道，孤石處理不當(dāng)會減小旋噴樁有效直徑。針對這些情況，制定相應(yīng)的處理措施。中斷處理：若高噴中途要拆卸噴射管時，搭接段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長度應(yīng)不小于0.2m。因故中斷后再恢復(fù)施工時，對中斷段進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度不小于0.5m。孤石處理：高噴施工前布置先導(dǎo)孔，選取510個點位試鉆，了解圍堰軸線處詳細(xì)的地質(zhì)狀況。鉆孔時隨時監(jiān)測鉆進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)孤石后采取孔內(nèi)爆破的方法處理，確保處理后的孤石不會影響高噴防滲墻的性能。5 效果檢查圍

12、堰高壓旋噴施工在2010年4月15日全部完成，因高壓旋噴深度較大且基坑尚未開挖完成，無法進(jìn)行鉆井檢查或做開挖檢查。為此，梨園水電站物探中心于2010年4月26日5月21日，采用單孔聲波、全孔壁數(shù)字成像、電磁波吸收系數(shù)層析成像（簡稱電磁波CT）技術(shù)對梨園水電站左岸廠房圍堰高壓旋噴樁進(jìn)行了防滲測試工作。電磁波CT檢測情況見圖3。 圖3 剖面ZK06ZK10電磁波CT反演吸收系數(shù)色譜圖 綜合單孔聲波、全孔壁數(shù)字成像、電磁波CT檢測情況和施工情況分析：圍堰高壓旋噴整體施工效果良好；個別部位因孤石影響未形成有效套接，可能形成滲水點。從基坑開挖的情況看，圍堰高壓旋噴閉氣效果良好，基坑滲水量控制在了設(shè)計范圍內(nèi)，高壓旋噴施工達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。6 總結(jié)通過圍堰高壓旋噴施工，可以看出在不良地質(zhì)條件下進(jìn)行高壓旋噴施工時，必須做到以下幾點：盡可能充分的掌握第一手的地質(zhì)資料，確保工藝選擇和參數(shù)確定依據(jù)充分；施工人員應(yīng)熟練掌握施工工藝和設(shè)計參數(shù)