帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿與水泥土攪拌樁技術在水庫的應用

蘇理

摘 要：本文結(jié)合工程案例，針對泌陽縣石門水庫工程施工中，通過帷幕灌漿技術、高壓旋噴灌漿技術以及水泥土攪拌樁技術的應用，進行了探討分析。

關鍵詞：壩體；壩基防滲處理；帷幕灌漿；高壓旋噴灌漿；水泥土攪拌樁

中圖分類號：TV697 文獻標志碼：A

1 工程概況

石門水庫位于駐馬店市泌陽縣官莊鄉(xiāng)，屬長江流域唐白河水系泌陽河支流，控制流域面積45km2，總庫容2069萬m3，是一座以防洪灌溉為主結(jié)合養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的中型水庫。

石門水庫樞紐工程現(xiàn)由主壩、副壩、溢洪道輸水涵管等建筑物組成。主壩全長905.0m，河槽段位于主壩南面，為心墻沙殼土壩，壩頂高程186.5m，最大壩高18.85m，壩頂寬4m左右。在大壩上游壩坡180.90m高程處設有2.0m寬戧臺一道。上部坡率1︰2.5，下部坡率1︰3。下游壩坡180.9m高程和173.5m高程處各設有1.5m和2.8m寬戧臺各一道，從上至下的坡率分別為1︰2.7；1︰3.0和1︰3.0。主壩臺地段壩位于主壩背面，為均質(zhì)土壩，最大壩高13.97m。副壩位于主壩南面，坡長198.0m，為均質(zhì)土壩，壩頂高程186.5m，最大壩高12.2m。石門水庫始建于1958年，至今已運行50多年，根據(jù)2007年5月現(xiàn)場檢查及安全評價，大壩工程存在如下問題：

（1）臺地段及副壩段壩基為強風化巖基，存在接觸滲漏及壩基滲漏現(xiàn)象。

（2）河槽段壩基存在中細沙層含水層，屬承壓水，1958年初建施工時未作徹底清除及地基處理，大壩下游蓋重不滿足要求，存在滲漏破壞問題。

（3）臺地段及副壩均質(zhì)土壩壩體原施工時填筑質(zhì)量差，壓實度低，填筑土方質(zhì)量僅有46%滿足規(guī)范要求，壩體存在局部散浸及滲水現(xiàn)象。

2 壩體、壩基防滲處理設計

2.1 設計對臺地段及副壩段壩基為強風化巖基，存在接觸滲漏及壩基滲漏現(xiàn)象，采用帷幕灌漿處理方案。

2.2 設計對石門水庫主壩河槽段（樁號0+050-0+350）壩基存在中西砂層含水層，1958年水庫初始施工時未作徹底清除及地基處理，現(xiàn)存在滲漏破壞問題，采用高壓旋噴灌漿處理方案。

2.3 設計對臺地段及副壩均質(zhì)土壩壩體原施工時填筑質(zhì)量差，壓實度低，壩體存在局部散浸及滲漏現(xiàn)象，采用水泥土深層攪拌樁處理方案。

3 帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿及水泥土攪拌樁施工

3.1 基礎帷幕灌漿工程施工

帷幕灌漿孔布置在壩軸線上，采用三序施工，終孔間距2.0m，孔深按10Lu控制。

3.1.1 主要施工設備

鉆孔設備為150型地質(zhì)鉆機。灌漿設備為BW-200灌漿泵。漿液攪拌機采用1m3高速漿液攪拌機，保證灌漿用量。

3.1.2 灌漿材料

水泥采用PO 42.5普通硅酸鹽水泥，灌漿用水、拌合料、外加劑等質(zhì)量符合國家有關行業(yè)規(guī)范要求。

3.1.3 灌漿孔布置

沿壩頂布置一排帷幕灌漿孔，在其帷幕軸線下游側(cè)再布一排帷幕灌漿孔，孔距2m，梅花型布置。

3.1.4 灌漿方法

灌漿孔灌漿采用自上而下、分段灌漿法，先獨立灌壩體和基巖的接觸段，并待凝固，然后再對基巖裂隙進行灌漿。灌漿液初始灌漿水灰比為5︰1，灌漿濃度共分為7級，最濃水灰比為0.5︰1。灌漿從最稀一級開始，根據(jù)基巖收漿量逐級變濃，直至基巖達到基本不再吸漿時才結(jié)束灌漿。

3.1.5 灌漿孔封孔

灌漿結(jié)束后經(jīng)監(jiān)理檢驗合格后進行封孔，封孔采用靜壓回填法，封孔材料采用1.65kN/m3的1︰1水泥砂漿。

3.1.6 帷幕灌漿質(zhì)量檢查

防滲標準為：ω≤5Lu，帷幕灌漿檢驗以分析檢查孔壓水實驗成果為主，結(jié)合鉆孔，取巖心材料灌漿記錄和測試成果等評定其質(zhì)量，經(jīng)檢驗，帷幕灌漿質(zhì)量符合巖石水泥灌漿規(guī)范和設計要求。

3.2 高壓旋噴灌漿工程施工

3.2.1 施工準備

本工程高壓旋噴灌漿施工場地位于大壩壩軸線（0+050-0+350）段，施工前先清除樁位處砌石等，并填筑鉆機平臺，設置排漿溝和集漿池，做好回漿排放和環(huán)境保護措施。

3.2.2 主要施工設備

鉆孔設備采用兩臺300型地質(zhì)鉆孔和造孔，灌漿采用一臺高噴臺車、一臺高壓清水泵、一臺空壓機和一臺灌漿泵組成一套高噴設備進行施工。

3.2.3 施工程序

高壓旋噴灌漿分三序孔進行，施工程序為：施工臨建（包括水管、電纜鋪設、排污系統(tǒng)和制漿站建造），高噴灌漿實驗，高噴鉆孔，高噴灌漿和墻體實驗。

3.2.3.1現(xiàn)場高壓噴射注漿實驗

在現(xiàn)場高壓噴射注漿作業(yè)前，首先在水庫大壩下游主河槽段，地質(zhì)條件具有代表性區(qū)段，按設計和室內(nèi)試驗選定的配合比進行了高壓噴射注漿的圍井工藝試驗，以調(diào)整噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數(shù)。實驗結(jié)束后，結(jié)合注水試驗、開挖檢查、取芯資料、灌漿記錄和測試成果等綜合評定圍井實驗參數(shù)是否合理，確定高噴灌漿參數(shù)，并將實驗結(jié)果提交監(jiān)理人，以便監(jiān)理人對高噴灌漿質(zhì)量的控制。

3.2.3.2 鉆孔

鉆孔機械采用兩臺300型地質(zhì)鉆孔造孔，均質(zhì)壩黏土層采用泥漿鉆進，壩體黏土適合自然造孔，沖洗液采用清水沖洗，造孔方式以不破壞壩體黏土結(jié)構為原則，砂礫石層采用合金牙輪鉆進，泥漿護壁基巖段，造孔采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進方法。鉆孔孔徑、孔斜度、鉆孔深度嚴格按行業(yè)規(guī)范和設計要求進行控制，如孔斜偏差不滿足規(guī)范要求，及時采用有效的糾偏措施，直至達到規(guī)范要求。

3.2.3.3 制漿

制漿材料采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥嚴格按設計要求稱重，誤差不大于5%，水泥漿攪拌時間使用高速攪拌機不少于30s，自制備至用完的時間不大于4h，使?jié){液達到攪拌均勻，在篩后使用并及時檢測密度，漿液溫度保持在5℃～400℃，并做好記錄。endprint

3.2.3.4 高壓旋噴灌漿

鉆孔和漿液經(jīng)監(jiān)理人檢驗合格后，進入灌漿作業(yè)。首先高噴臺車就位，進行調(diào)平、支撐點墊實、墊穩(wěn)，全面檢查噴漿設備是否完好，各種管道是否暢通，下管時將噴頭進行密封，以防漿、氣、水管道堵塞，下到設計深度后，按漿、氣、水順序依次進入，各種參數(shù)達到設計要求和孔口返漿正常后，再按要求進行正常提升噴射。施工采用三重管法自下而上實施。三重管即以漿、氣、水3種介質(zhì)同時作用于砂礫地層，使?jié){液與地層顆粒成分混合、攪拌、置換、充填、滲透形成固結(jié)體防滲墻。

3.3 水泥土攪拌樁工程施工

3.3.1 施工準備

3.3.1.1攪拌樁施工現(xiàn)場首先進行平整、清除樁基處地上、地下一切障礙。

3.3.1.2 攪拌樁水泥選用PO42.5普通硅酸鹽袋裝水泥，以便于計量。

3.3.1.3 水泥攪拌樁機械配備電腦記錄儀及打印設備，以便了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度，監(jiān)理工程師每天收集電腦記錄一次。

3.3.1.4 施工機械必須具備良好的穩(wěn)定性能，鉆機開鉆之前，由監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部質(zhì)檢員組織檢查驗收合格后方可開鉆。

3.3.2 施工工藝流程

樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調(diào)整鉆機→正循環(huán)鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3-0.5m→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環(huán)提鉆至地表→施工下一根樁。

3.3.3 施工質(zhì)量控制

3.3.3.1 控制水泥攪拌樁樁體垂直度符合設計和規(guī)范要求。

3.3.3.2 按照設計要求，水泥攪拌配合比為0.45～0.5，水泥摻量12%，每米攪灰量46.25kg，高效減水劑0.5%。

3.3.3.3 對每根成型的攪拌樁質(zhì)量檢查重點是水泥用量，水泥漿拌制灌數(shù)，壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象，噴漿攪拌提升時間及復攪次數(shù)。

3.3.4 認真填寫施工原始記錄

現(xiàn)場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內(nèi)容主要包括：①施工中樁號、施工日期、天氣情況；②噴漿深度、停漿樁高；③灰漿泵壓力，管道壓力；④鉆機鉆速；⑤鉆進速度、提升速度；⑥漿液流量；⑦每米噴漿量和外加劑用量；⑧復攪深度。

3.3.5 質(zhì)量檢驗

①觸探實驗

水泥攪拌樁成樁7天后，采用輕便觸探法檢驗攪拌樁均勻性，用輕便觸探器中附帶的勺鉆，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥富集的“結(jié)核”或未被攪均勻的土團。水泥攪拌樁28天后，用鉆孔取芯法檢驗其完整性，樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監(jiān)理工程師現(xiàn)場指定相對均勻部位送檢測中心實驗室（3個一組），28d齡期的無側(cè)限抗壓強度試驗，并留一組試件做3個月齡期的無側(cè)限抗壓試驗，以測定樁身強度。鉆孔取芯頻率為7%，經(jīng)檢驗全部合格。

②外觀鑒定

經(jīng)現(xiàn)場外觀檢查：（A）樁體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象；（B）攪拌均勻，凝體無松散。

4 效果分析

4.1 石門水庫經(jīng)過帷幕灌漿加固，原臺地段及副壩段壩基強風巖基接觸性滲漏及壩基滲漏等問題，得到了有效解決。

4.2 主壩河槽段（樁號0+050-0+350）壩基存在中細沙層含水層，原主壩施工時未徹底清理和處理，存在滲漏破壞問題，經(jīng)過高壓旋噴灌漿加固措施，也得到了有效解決。

4.3 臺地段及副壩段均質(zhì)壩壩體，原施工時土方填筑質(zhì)量差，壓實度低，壩體存在散浸及滲水現(xiàn)象。經(jīng)過水泥土深層攪拌樁加固措施，有效處理了壩體的散浸和滲水問題。

結(jié)語

石門水庫除險加固工程經(jīng)過帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿和水泥土深層攪拌樁加固處理，壩體的整體性、穩(wěn)定性和防滲能力明顯提高。原壩體、壩基滲漏問題得到了有效解決，達到了理想的效果和施工效益。

參考文獻

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