赵铁军
(湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410007)
百色水利枢纽水库淹没区汪甸防护工程位于右江乐里河支流上,堤防工程主要建筑物有防护堤、自排涵、排涝站、排渗井等,防护堤全长1 182.9 m,地面高程(220~231)m,堤顶高程229.5 m。
2006年8月底~9月初,当库水位达到222 m高程时,发现东区防护堤基土渗水湿润严重,部分堤段(桩号1+715~2+155m)排渗井已出现涌水涌砂现象,在原水文站东面地形较低的地方(地面高程221 m以下)浸水严重,地面逐步产生沼泽化。当库水位进一步增加至正常库水位时,局部可能会出现管涌,严重危及到堤防安全,必须进行有效的防渗处理。
根据勘探,堤基地层自上而下为:
(1)堤防填土(QS):红褐色、黄褐色粉质粘土及含碎石粉质粘土等,来源于阶地上的冲积层和附近的山坡上残坡积层。
(2)粉质粘土(Qpal-2):厚度(2~5)m,较密实。可硬塑状态。渗透系数K=(5.84×10-6~6.45×10-5)cm/s。
(3)含泥漂卵石层(Qpal-1):厚(3.5~12.2)m。结构松散,但无架空现象,局部泥质胶结,底部漂卵石含泥量较少,漂石分布不均一。渗透系数K=(1.68×10-3~1.12)cm/s。
(4)基岩为T2L中厚层灰色砂岩夹浅灰色泥岩或与砂岩互层,隔水性能良好。
按照设计要求,结合堤基的水文、工程地质条件,采取双液(水泥、水玻璃)灌浆方法,对漂卵石层进行防渗灌浆处理(以下简称“双液帷幕灌浆”),灌浆自下而上分段进行。
帷幕灌浆沿堤顶纵向设置,按2排2序施工,孔距2.0 m,排距1.2 m,呈梅花形布置,孔深进入基岩(0.5~1.0)m。
针对本工程是在漂卵石层中进行帷幕灌浆,且当乐里河水位上涨时属于动水条件注浆。在这种情况下,为控制浆液不致流失太远,必须使浆液在合适的时间内凝固。
浆材配比试验选择1∶1和0.8∶1两组水灰比,分别掺加3%、5%、7%、10%的水玻璃进行了浆液初、终凝时间、流动性、析水率的测定,其成果见附表。
施工时,根据本工程的实际情况,采用4%的水玻璃掺量为基数,适时根据钻孔灌浆情况进行调整。
浆液搅拌桶采用0.6 m3立式搅拌桶。
输浆管采用软钢丝加固管和钢管,并保证能承受1.5倍的最大压力。
灌浆设备:采用专用双液灌浆泵并结合采用SGB-10型灌浆泵。
附表可使用的双液浆的配比和性能表
原浆制备主要采用宏禹岩土公司自行研制的ZJ-2000全自动集中制浆站、原浆经分送到储浆桶后,采用低速制浆机根据需要配比配浆后输往各施工点。
制浆材料必须称量,称量误差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量称量法。混合浆严格按配比配置。各类浆液必须搅拌均匀。
制浆使用与集中制浆站配套的高速搅拌机,搅拌时间不少于30 s。浆液在使用前应经二次过筛,从制浆到用完的时间不超过4 h。
(1)放线布孔。
首先根据设计图纸标明的孔位,采用皮圈尺和钢尺进行钻孔整体放样。确定施工轴线后,并逐孔定好孔位,用油漆在防浪墙上标记好,并每隔20 m设置控制性桩号。施工时,再用钢卷尺重新校测,逐孔复核孔位(防止施工过程时标记桩被移动),孔位与设计位置偏差不大于10cm。
(2)造孔。
●钻机就位。孔位确定无误后,将钻机移至核定的孔位上,按照要求进行机架、机座校正,确认导杆或立轴与钻孔倾角一致,并在同一轴线上,配备良好钻具,保证钻孔铅直开孔。
●钻进。开孔采用冲击钻,穿过覆盖层进入漂卵石层后,采用地质钻机钻进。为防止施工中过多的钻进水渗入堤身内,影响堤身稳定,堤身钻进均采用套管对土层进行有效防护隔离。钻孔结束后,再将套管拔起。
(3)钻孔记录与钻孔保护。
钻进过程中,各孔要求详细记录孔位、孔深、地层变化、换层情况和水位下降、掉钻,尤其注意分层的位置所在,遇到的特殊情况(大漂石、含泥夹层、掉钻、卡钻等)。导孔、试验孔、检查孔等均作详细地质编录,记录岩土层分层厚度、性状和观测地下水位等地质情况。
钻进至设计孔深后,待灌或灌浆结束时待钻,孔口均进行加盖处理,防止异物进入。
(1)灌浆方法。
本工程帷幕双液灌浆采用依次加密法分二序施工,自下而上分段灌浆法,段长0.5 m。
钻孔达到要求深度后,下入灌浆管至孔底(若垮孔,采用打杆法至孔底),然后用碎砾石回填孔内至含泥漂卵石层顶部,上部采用粘土填满灌浆管与孔壁之空隙,试压浆,当止浆效果较差时,再适度送入双液浆至孔口返浆为止,待凝(30~60)min,开始灌注。如果在上提灌浆管后,出现从灌浆管和土层间隙处出现冒浆,采取再次注浆后孔口返浆后待凝10 min左右的方法,使漏浆得到有效止浆。
(2)浆液水灰比:灌浆浆液浓度按先稀后浓、逐级变换的原则进行。
浆液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。一般情况下开灌水灰比采用1∶1,浆液配制要称量准确,保证误差小于5%。浆液变换按以下条件控制,即:
当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时或当注入率不变,压力持续升高时,不得改变水灰比。当某一级浆液的注入量达300 L以上或灌注时间已达30 min,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时,应改浓一级水灰比或通过控制水玻璃的加入量来控制浆液灌入量。当注入率大于30 L/min,可根据具体情况,降低压力,调整浆液胶凝时间来控制灌浆。
灌浆过程中,水玻璃最大掺量为5%,若灌浆段吸浆量太少,则适量降低水玻璃的掺量至1%~3%;若灌入量过大,降低压力,减少注入率,适当延长灌浆时间,待注入浆液逐步凝固后,在缓慢升压至结束。
(3)灌浆压力。
灌段灌浆压力最大值不得超过0.6 MPa。压力表安装于孔口进浆管路上。灌浆时,应尽快达到设计压力。但当注入率较大,可考虑分级升压。
(4)结束标准。
采用双液控制灌浆自下而上灌浆法,达到设计规定最大压力0.6 MPa,累计注入量达到750 kg/m后,上提灌浆或终孔结束。
(5)封孔。
每个双液灌浆孔全孔灌浆结束后,经监理工程师验收合格后,土层中倒入粘土球,用钻杆击实封孔,每次击实回填厚度不超过30 cm。
库水位低于堤内被保护耕地地面高程2 m以下时,堤基帷幕双液灌浆依据前述的施工工艺进行;当库水位急剧上涨,高于被保护耕地地面高程时,堤基帷幕双液灌浆需采取以下针对性措施:
(1)由于库水位升高,堤基及耕地地区地下水位将会抬升,灌注浆液在地下水流作用下,将会向耕地内侧反流,形成动水条件下施工。因此,灌浆必须严格控制其扩散半径,适当加大速凝剂掺量(5%~7%),以防浆液扩散太远,影响灌浆效果。
(2)加强对堤内被保护区的观测力度,严格控制灌浆灌入量,防止因灌浆而引起堤内抬动、击穿而出现涌、突水事件。
(3)适时检查施工使用的压力表、流量表等计量设备的灵敏度,防止因仪表失灵而导致涌、突水事件的发生。
当钻孔钻至(5~10)m时,对钻机平台和立轴钻杆进行观测,若发现异样时,及时进行孔斜测量,偏斜率不能满足要求时,及时采取纠斜措施,直至满足要求为止。终孔时,逐段进行量测孔斜,凡自检时发现综合钻孔斜率超过1%时,一律重新造孔,自检测定合格后,请监理工程师现场验收确认。保证施工形成连续一体的有效防渗帷幕,避免帷幕线不连续或开裤叉的现象。全线施工的帷幕孔由于严格的质量控制,偏斜率均控制在设计要求允许范围以内。
根据堤基漂卵石的情况,主要集中在漂卵石层较厚的部位,漂卵石分布状态及含泥量不均,砾径大小不一,帷幕灌浆过程中出现了大量吸浆、串浆、沿钻孔返浆、吸水不吸浆浆液回浓等诸多特殊灌浆问题,施工时控制灌注质量则成为帷幕是否形成的主要控制手段,基本做法如下:
(1)从钻孔入手,掌握钻孔内实际的地质资料。
钻孔时,密切注视钻探感应,对钻进速度、回水颜色、状况进行真实记录,通过简易注水试验,了解地层的渗透特性,从而用以指导灌浆施工。
(2)严格操作程序,按照技术要求进行操作。
灌浆过程中,要求灌浆管到位,浆液的制定、变比、结束标准严格遵循技术要求,保证各施工孔段得到有效灌注,形成有效的防渗帷幕。
(3)大量吸浆段的处理。
大量吸浆段主要为漂卵石层较厚的灌段。灌浆时,出现大量吸浆后,早期按要求进行水灰比变浓,同时对地表相应部位进行观察,是否从地表漏浆或与其它钻孔串通,若出现上述情况,采取封闭漏浆点等相应措施。若单位灌入量大,无法起压时则采取限流、间歇灌浆,加大水玻璃的掺合比例。
(4)孔口返浆的处理。
孔口返浆的主要途径多为孔内灌浆管封堵不密实。灌浆过程中,若出现此现象,则须将灌浆管拔起后重新下入,并重新封孔,至止浆后再灌至正常结束。帷幕灌浆过程中,所出现的孔口返浆情况,均按上述方法处理,达到了较为理想的处理效果。
(5)相邻孔串浆的处理。
相邻孔串浆主要通过漂卵石层发生。本工程系漂卵石层灌浆,在漂卵石厚度相对较小时串浆出现的概率较高。当孔距在4 m左右时,常出现串浆现象。当两孔均具备灌浆条件时,下入灌浆管,同时进行灌浆至正常结束;被串孔不具备灌浆条件时(正在钻进或灌浆设备不足),立即停止钻进,或用泥球对钻孔进行回填,当灌浆孔结束后,被串孔钻进至设计孔深,再进行灌浆至正常结束。
(6)冒浆段的处理。
帷幕灌浆时,极少数孔从堤前出现冒水冒浆,多为堤体填土个别部位在河水渗漏条件下形成渗流破坏,而为浆体冒出堤面提供了良好条件。出现冒浆时,采取降压、限流、加大水玻璃的掺合量、间歇待凝等措施进行处理。如采取降压,限流灌注一定量后仍不能结束者,采取灌注待凝,再扫孔复灌至正常结束。
(1)在灌浆过程中,应根据不同的地质条件采取相应的措施,才能从根本上保证灌注效果。本工程针对地基的地质条件,采取了浓泥浆护壁造孔,及时调整浆液浓度、水玻璃掺和量和一次性预埋射浆管等多种施工工艺,从根本上保证了帷幕灌浆的正常施工和施工质量。
(2)选择适宜的施工设备和有效的施工方法是工期、质量和安全保证的首要条件。
(3)工程技术人员的施工经验、技术素质是工程质量的根本保证。本工程施工中配备了相关专业的工程技术人员,从而能及时对工程钻孔和灌浆过程中揭露的地质条件,出现的各种特殊信息进行分析,解决施工过程中的各个难题,及时采取了针对性的有效处理措施,保证了施工质量。
(4)灌浆工程施工过程中,安全隐患无处不在。因此,施工管理人员应高度重视,并应采取强有力安全保证措施,确保施工无人身、设备安全事故出现。
(5)加强施工队伍的素质、责任意识的管理是保证工程顺利完成的关键。本工程从施工进场开始,自始至终对全员进行思想、业务技术、安全质量、环境保护等多方位的培训,全员目的明确,思想统一。同时辅以相应的经济奖罚也是工程管理的相应手段。施工中做到了奖优罚劣、奖勤罚懒,激发工程施工、技术、管理人员的工作积极性,从而保证了工程的按期优质完成。