黄润鑫,付 鹏
(1.中国水利水电第十二工程局有限公司,浙江杭州310004;2.江西省峡江水利枢纽工程管理局,江西南昌330046)
峡江水利枢纽工程位于江西省吉安市峡江县境内,枢纽主要由有砼泄水闸、混凝土挡水坝、河床式发电厂房、船闸、左右岸灌溉进水口、鱼道等建筑物组成。水库总库容 11.87亿m3,电站装机容量360 MW;船闸设计最大吨位1 000 t,属于大(一)型水利枢纽工程。
峡江水利枢纽工程采用分期导流方式,施工导流共分三期,其中三期围护剩下的11孔泄水闸施工基坑(左起7#~17#泄水闸),导流标准为10年一遇,9月~次年2月时段的洪峰流量8 490 m3/s。三期上、下游围堰过水体部分设计标准为10年一遇全年洪水,相应设计洪峰流量17 400 m3/s。
峡江水利枢纽工程三期上游横向围堰的河床地面高程一般为29~30 m(黄海高程,下同),基岩面高程一般为 26.5~28.2 m,覆盖层厚度一般为 1.2~2.6 m,由粗砂组成。下游横向围堰的河床地面高程一般为28.7~30.2 m,基岩面高程一般为 25.6~28 m,覆盖层一般厚 2~4 m,局部深槽部位覆盖层厚约7 m,由粗砂或砾砂组成,深槽部位分布有砂卵砾石。纵堰河床地面高程一般为29~30 m,基岩面高程一般为 27~29.4 m,覆盖层一般厚1~2 m,由中砂或砾砂组成。
河床砂及砂卵砾石结构松散,允许承载力基本满足土石堰体对地基要求,但具中至强透水性,渗透系数1.95×10-3~4.57×10-2cm/s,须采取防渗措施。为确保围堰防渗施工质量,综合考虑采用双管法高压喷射灌浆防渗,并为加快施工进度,选用钻孔高喷一体机。
本工程采用双管法旋喷,即采用高速射流水泥基质浆液,外侧同时环绕压缩空气的高喷灌浆方法,压缩空气起保护高速浆流和升扬地层颗粒的作用。
施工工艺流程图见图1。
4.3.1 布孔
按照设计图纸,用测量仪器测放出高喷灌浆孔的中心线及其里程桩号,间隔20 m做一放样点。根据放样点用钢尺放出各孔孔位,并用标明孔号、孔序的毛竹签做出相应标记(见图2)。
4.3.2 钻孔
钻喷一体机的钻杆为方形管,方形管内为喷射管,喷射管内有两根不相通的管道,分别为喷气管道和喷浆管道,钻头采用自制三角钻头,有利于成孔。钻孔的位置与设计位置偏差不大于5 cm。造孔保证铅直,偏斜不得大于孔深的1%,孔深深入相对不透水层不小于0.5 m。为了保证钻孔孔深深入相对不透水层不小于0.5 m,钻至岩石后需采取岩心并保留,由地质工程师现场确定是否满足要求。
图1 围堰高喷防渗墙施工工艺流程图
图2 上游围堰高喷平面布孔示意图(单位:m)
4.3.3 制浆
制浆采用WJG80型搅拌机,灌浆泵采用SGB6-10型。高压旋喷所用的固化浆液采用普通硅酸盐P.O.42.5水泥,水灰比宜采用 0.8~1.0,制浆时严格控制水灰比,经常用比重计法检测浆液浓度,保证浆液浓度、无颗粒、均匀稳定、流动性好。为提高墙体塑性,可加少量粘土浆,但加入量不宜超过水泥量的10%,用高压搅拌机搅拌而成,搅拌时间不少于2 min,超过4 h浆液废弃。
4.3.4 喷射灌浆
当喷射注浆管插入预定深度后,开始先送高压水,再送水泥浆和压缩空气,且待注入浆液冒出孔口后,即开始由下而上进行旋喷。每次最大灌浆量按设计要求控制,对孔底及各地层分界部位,除静喷3~5min外,还将喷杆下插50cm进行复喷。
旋喷灌浆量Q计算式:
式中:H—旋喷长度(m);
v—旋喷管提升速度(m/min);
q—泵的排浆量(L/min);
β—浆液损失系数,0.1~0.2。
旋喷过程中,冒浆应控制在10%~20%之间。双管法施工使用的参数如表1。
施工工艺技术参数的选择直接影响高喷灌浆的质量、工效与造价。施工过程中,值班技术人员须时刻注意检查浆液初凝时间,注浆流量、风量、风压、提升速度等是否符合设计要求,并且随时做好记录,绘制作业过程曲线。
4.3.5 充填灌浆
喷射结束后浆液凝固析水,凝结体顶部会出现凹陷,应随即在喷射孔内进行静压充填灌浆,直至孔口液面不再下沉。
4.3.6 机具冲洗移位
表1 双管旋喷法施工主要技术参数表
旋喷灌浆结束后,立即将液体、管路、搅拌机冲洗干净。管内、机内不得残存水泥浆,以防堵塞,通常将浆液换成水,在地面上喷射,以便把泥浆泵喷射管中内的浆液全部排出,直至出现清水为止。合格后将机具移至下一根桩再进行施工。
由于围堰底部砂砾层较厚,地层空隙多且大,因此在高喷灌浆过程中部分孔出现了不返浆的现象,说明高喷范围还有其他渗漏通道。针对此种现象,我们立即采取措施:停止提升,浆液正常送入,旋喷正常进行;若3~5 min仍不返浆,从孔口回填细砂;回填细砂仍无效时,采取提升10~20 cm即停止,在该处喷射 2~3 min,继续提升10~20 cm,直至孔口返浆。
冒浆过大的主要原因,一般是有效喷射范围与注浆量不相适应,注浆量超过旋喷体凝结所需浆量所致。冒浆过大时,须提高喷射压力,加快提升和旋转速度,对冒出的浆液应迅速地过滤,沉淀除去杂质和调整浓度后予以回收利用。
防渗工程高喷灌浆质量检查项目主要是墙体的渗透性,同时要求墙体连续、均匀,厚度符合要求。高喷灌浆质量难以直观检查,本工程采用开挖观察、取样试验进行检查,从取出的凝结体中发现水泥粘土浆液与粗砂、卵石胶结成一体,厚度均匀,岩芯成圆柱状,有一定强度。
高喷灌浆防渗墙工程是围堰防渗工作的重点,通过后期基坑排水,观察围堰的防渗性优良,证明双管旋喷,钻喷一体技术在峡江水利枢纽工程得到了成功应用。该工艺提高了施工工效,缩短了工期,实现了度汛目标,节约了成本,确保工程质量,具有较广的应用前景。