王庆坨水库工程库区水井封堵效果试验研究

(1.天津市水务工程建设质量与安全监督站，天津 300060；2. 天津市水利科学研究院，天津 300061)

王庆坨水库工程库区水井封堵效果试验研究

杨钊1吴树香2

(1.天津市水务工程建设质量与安全监督站，天津 300060；
2. 天津市水利科学研究院，天津 300061)

王庆坨水库是天津市南水北调中线配套工程的重要组成部分，为做好库区水井封堵工作，保证王庆坨水库库区安全，防止库区内水外渗，避免库区低水位时地下水内浸，保护水质。封井部位处理后达到库底防渗要求，本文制定了试验方案、进行了水井封堵质量标准和工艺试验标准检验，通过实地采集、分析试验数据，结果表明封井质量效果良好。

库区；水井封堵；试验

1 工程概况

王庆坨水库是天津市南水北调中线配套工程的重要组成部分，是天津干线的“在线”调节水库，主要功能是调节天津市引江来水和用水的不平衡性及应急情况下的安全供水，提高城市供水的可靠性和安全性。经现场勘查，库区内相对不透水层的底部为大沽高程-0.59～-3.59m，大部分水井底高程在-0.59m以下，大部分水井穿过相对不透水层。为了做好库区水井封堵有关工作，保证王庆坨水库库区安全，防止库区内水外渗，避免库区低水位时地下水内浸，保护水质，使封井部位处理后达到库底防渗要求，本文制定试验方案，进行水井的封堵质量标准和工艺试验，采集前期试验数据、分析试验效果提出科学合理的技术标准和施工工艺，为制定切实可行的水井封堵评定验收方案，确保封井效果和质量提供数据支撑。

2 库区地质概况

王庆坨水库地质断面如图1所示。

图1 王庆坨水库地质断面示意图

3 试验依据

为保证封井部位处理后达到库底防渗要求，依据《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200—2004)、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T 5148—2012)和《水利水电工程注水试验规程》(SL 345—2007)，制定了水井的封堵效果检测方案。通过室内试验和现场相关试验，验证初步选定的封井技术方案用于库内水井封堵的合理性与可行性，提出科学的技术标准，确定合理的施工工艺。为制定切实可行的水井封堵评定验收方案，确保封井效果和质量提供数据支撑。

4 试验结果分析

4.1 库区基准渗透系数测定

在王庆坨水库库区内不透水层以上尽量均匀分布设置5个钻孔，每孔分别进行注水试验，计算每孔内土层渗透系数，最终求得王庆坨水库库区内不透水层以上平均渗透系数(见表1)，以此作为不透水层以上基准渗透系数。

表1 不透水层以上基准渗透系数

通过室内试验、现场试验和施工工艺相关试验，王庆坨水库库区内不透水层以上为粉土层，注水试验平均渗透系数为7.19×10-5cm/s，所测渗透系数最低为3.38×10-5cm/s。

4.2 现场原位渗透试验

选择6～8m深度水井10眼，按照《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200—2004)要求设计工艺参数进行封井初试，灌浆体达到28d龄期后，对封井灌浆体取芯，通过室内试验测定灌浆体的渗透系数。

现场进行注水试验，钻孔位置设置在灌浆体的过渡区，过渡区位置根据现场灌浆工艺确定，孔深度接近不透水层顶板以上，采用注水试验方法测定岩土层的渗透系数，对比过渡区内土层渗透系数与基准渗透系数。

图2 水井封堵效果注水试验示意图

水井封堵采用高压旋喷封堵，旋喷注浆前，采用合金钻头先进行管壁破碎，然后开始旋喷注浆，为了获得更好的工艺控制参数，达到最佳的封堵效果，通过改变单管高压旋喷浆液压力、浆液比重、提升速度、旋转速度、喷嘴直径、浆液流量进行试验(见图2)。

依据《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200—2004)标准，单管高压旋喷浆液压力25～40MPa，浆液比重1.40～1.70g/cm3，提升速度粉土层10～20L/min、砂土层10～25L/min，旋转速度0.80～1.00v，喷嘴直径2～3mm，项目组对封井施工工艺参数开展了相关试验，试验结果见表2。

表2 水井过渡区及普通土层现场注水试验结果

试验结果表明：王庆坨水库库区内不透水层以上为粉土层，注水试验平均综合渗透系数为7.19×10-5cm/s， 所测渗透系数最低为3.38×10-5cm/s。管体破坏后，10眼所封试验水井旋喷体边缘过渡区土层的平均渗透系数在3.06×10-5～6.88×10-5cm/s范围内。旋喷体边缘过渡区与周边普通土层相比，渗透系数均有所下降，最低下降至普通土层渗透系数的73%。

4.3 室内试验结果及分析

图3 旋喷压力与旋喷体强度关系曲线

图4 旋喷压力与旋喷体渗透系数关系曲线

4.4 封井工艺参数分析

试验结果表明：下沉时间30min左右时，下沉速度为50cm/min，管壁破碎后，无砂管骨料分布在旋喷体内(图5)，从芯样表面可以大致反映无砂管破碎情况及分布情况较均匀。

旋喷压力在22～26MPa时，桩径可达600mm。旋喷压力在28～30MPa时，桩径可达750mm，由于桩径变大，旋喷体内水泥含量减少，旋喷体渗透系数相应降低。而桩径可通过控制每米桩身喷射的水泥浆量控制，水泥浆量与流量及钻杆提升速度相关，因此，桩径可通过控制喷浆压力和钻杆提升速度实现。

图5 下沉时间为30min时旋喷体中管壁骨料分布图

综合强度及渗透系数影响因素，王庆坨水库库区内水井管井一般在300～400mm，旋喷体直径在600mm就可以达到封井效果，随着桩径增大，渗透系数增加，强度降低。试验结果表明旋喷压力不宜超过26MPa，宜在24～26MPa。根据封井试验结果，每口水井水泥用量在2600～2750kg之间，平均每米水泥用量200kg左右(见表3)。

表3 封井工艺参数及试验结果

根据施工经验，单管高压旋喷一般水泥用量在150～200kg/m，按照每米水泥用量为200kg计算，旋喷压力为26MPa，提升速度为14cm/min，转速为20r/min，水灰比为1∶1，水的密度为1g/cm3，普硅42.5水泥密度取3g/cm3。

水泥浆密度=水泥浆重量(水重量+水泥重量)/(水体积+水泥体积)

=(1+1)/(1+1/3)=1.5g/cm3

按每米水泥用量200kg计算，每米桩水泥浆液体积为(水泥用量+水用量)/浆液密度=(200+200)/1.5g/cm3=267L，提升速度为14cm/min，喷浆流量=267×14/100=37L/min，试验值为35L/min，计算值与试验控制值基本一致，若提升喷浆流量增加至40L/min，经过计算，每米水泥用量218kg，此时旋喷体水泥含量增加，渗透系数会进一步降低，达到更好的封堵效果。

5 结 论

通过室内、现场及施工工艺相关试验，取得结果如下：王庆坨水库库区内水井管井一般在300～400mm，旋喷体直径宜在600mm，随着桩径增大，渗透系数增大，强度降低。

最佳水井封堵高压旋喷注浆工艺参数：注浆管提升速度14cm/min； 转速20r/min；喷浆压力26MPa，浆液流量大于40L/min；水灰比1∶1；浆液容重控制在1.5g/cm3；水泥用量不低于218kg/m；旋喷体直径600mm。

旋喷体渗透系数应低于不透水层渗透系数1.5倍，旋喷体28d抗压强度不低于5MPa，旋喷体边缘过渡区土层渗透系数小于普通土层平均综合渗透系数95%。

ExperimentalstudyonreservoirwaterwellsealingeffectinWangqingtuoReservoirProject

YANG Zhao1, WU Shuxiang2

(1.TianjinWaterEngineeringConstructionQualityandSafetySupervisionStation, 300060,China;
2.TianjinWaterConservancyScientificResearchInstitute, 300061,China)

Wangqingtuo Reservoir is an important part of the supporting works in Tianjin South-to-North Water Diversion Project. The construction unit should do well in reservoir water well sealing work, guarantee reservoir safety of Wangqingtuo Reservoir, prevent inside and outside seepage in the reservoir, avoid underground water penetration during reservoir low water level, and protect water quality. Reservoir bottom anti-seepage requirements are satisfied after sealing well part treatment. In the paper, a test plan is formulated, water well sealing quality standard and process test standard inspection are carried out. Test data are collected and analyzed in the field. The results show that the water selling effect and quality are sound.

reservoir area; water well sealing; test

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.010.009

TV62

B

1005-4774(2017)010-0035-04