第41卷第24期 2 0 1 0年1 2月 人 民 长 江 Yangtze River Vo1.41,No.24 Dec., 2010 文章编号:1001—4179(2010)24—0058—05 膏浆灌浆结合高压旋喷工法在围堰防渗中的应用 杨绍卿 (重庆大唐国际彭水水电开发公司,重庆彭水409600) 摘要:乌江银盘水电站二期主河床围堰防渗工程量大、工期紧,河床地质条件复杂,河床覆盖层厚,且卵石、漂 石含量高,并有架空现象。在施工试验中研究采用了以水泥膏浆为主要灌浆材料的可控性灌浆工艺,结合高 压旋喷灌浆的综合防渗工法,利用两种工法的有效特性,相互补充,有针对性地解决了单一防渗工艺对于不同 地层条件防渗效果的不足。使围堰防渗施工一次闭气成功。较详尽介绍了施工过程控制要点、施工控制指标 和工序要求,并且通过资料分析、注水试验等,充分验证了防渗效果的可靠性。 关键词:膏浆灌浆;高压旋喷;土石围堰防渗;银盘水电站 文献标志码:A 中图法分类号:TV543 银盘水电站位于乌江下游河段,地处重庆市武隆 县,是乌江干流水电梯级开发中的第11个梯级电站。 枢纽建筑物主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房 和通航建筑物组成。枢纽施工采取分3期导流的方 案,其中二期导流建筑物为上、下游全年挡水土石围 大块径1.6 m,砾石、块石、漂石含量30%~40% 。 二期下游围堰防渗轴长213 m,左岸为堆积覆盖 层,河床覆盖层厚度10~31 m,物质成分主要为细中 砂夹少量卵石、漂石及块石,块径5~18 em,含量25% ~35%。 堰…。银盘水电站二期主河床围堰基础地质条件复 杂,且河床底部卵石、漂石多,防渗工程量大(防渗面 1防渗施工方案布置 上下游围堰均布置3排防渗灌浆孔,孔、排距为 1.0 m X 1.5 m,其中上、下游排为可控性灌浆孔,分3 积1 1 000 m ,防渗高度42 m),工期紧,为了确保围堰 防渗闭气一次成功,经试验研究,选用以可控性灌浆为 主,结合高压旋喷灌浆的防渗方案。即利用可控性膏 浆灌浆在高喷墙上下游侧对空隙较大的地层(如卵 石、漂石、块石及龙口段等堆石区)进行充填和封堵, 形成防渗基本骨架并达到初步防渗的目的,然后采用 高压旋喷灌浆工法连接成墙。这种综合防渗施工措施 利用了各自特点,解决了在较复杂地质条件下应用单 一序施工;中间排为高喷灌浆孑L,分2序施工。先施工上 下游排可控性灌浆孔,再对中间排孑L进行高喷灌浆。 孔深控制:下游排I序孔深入基岩深度5.0 m,其 它孔深入基岩深度1.0 m。 防渗墙体左岸堰肩20 m范围内,由于基岩表层为 强风化、断层、破碎带和宽大裂隙影响,需要进行帷幕 工法的局限性,达到了堰体防渗闭气与快速施工的 该电站施工二期上游围堰防渗轴线长268 m,左 灌浆,灌浆孔深入基岩按10 m控制,分为2段灌浆。 目的。 2灌浆材料和浆液配合比 (1)可控性灌浆浆液采用0.5:1纯水泥浆、膏浆、 岸基岩出露,部分堆积覆盖层。河床覆盖层厚度27.0 ~l9.25 m,主要物质成分为砂及砂砾石、块石夹少量 混合浆3种形式,各排序孔均以0.5:1的纯水泥浆开 灌。 漂石、粉质粘土。块径5~10 em,最大25 em,漂石最 收稿日期:2010—11—05 作者简介:杨绍卿,男,总经理,工程师,主要从事水利水电工程建设管理与施工研究工作。 第24期 杨绍卿:膏浆灌浆结合高压旋喷工法在围堰防渗中的应用 59 膏浆为水泥与膨润土的混合浆液,采用如下3种 比级: 水:水泥:膨润土为o.5:1:0.1; 水:水泥:膨润土为0.5:1:0.14; 水:水泥:膨润土为0.45:1:0.13。 混合浆是指在水泥浆或膏浆中掺人海带、砂、水玻 璃、锯木粉、稻草、麻等纤维物掺合料的浆液。主要用 于块石架空严重、漏浆量较大的孔段,一般在保持灌浆 管路畅通的情况下尽量提高掺合量,以快速对地层空 腔进行充填,控制浆液的扩散范围。 (2)左堰肩20 m内基岩进行帷幕灌浆,采用水灰 比1:1和1:0.5两个比级。 3生产性试验 鉴于围堰基础地质条件复杂,防渗难度大,质量要 求高。防渗效果的好坏将直接影响大坝基坑的开挖和 后续工作的直线工期。为此,在施工前进行了生产性 试验,获取施工工艺参数,以指导实际的大规模施工。 生产性试验孔布置见图1。 ①高喷灌浆I序孔 ⑧高喷灌浆Ⅱ序孔 0可控性灌浆I序孔 可控性灌浆Ⅱ序孔●可控性灌浆Ⅲ序孔 图1 高喷灌浆和可控性灌浆试验布孔示意(尺寸单位:cm) 3.1试验材料和浆液配合比的选择 (1)灌浆材料试验。结合实际施工情况,灌浆用 水泥采用PC32.5级复合硅酸盐水泥;施工用水在乌 江直接取用;膨润土采用湖南澧县裕隆化工厂生产的 膨润土粉,所配制泥浆用于制膏浆及高喷孔护壁。在 泥浆中加入适量Na:CO 分散剂和CMC增粘剂,以形 成稳定性浆液。 (2)浆液配合比。试验中水泥浆、膏浆、混合浆按 实际施工配合比配制浆液,膏浆在灌浆时根据不同的 吸浆条件及浆液变换标准选用不同的配合比。 3.2试验过程及结果 (1)膏浆灌浆顺序。膏浆上下游排可控性灌浆分 3序进行。按先施工下游排,后施工上游排,同排孔先 施工I序孔,后施工Ⅱ序孔,再施工Ⅲ序孔的灌浆顺序 进行。 (2)高喷灌浆施工。高喷灌浆采用MGY一80钻 机跟管钻进成孔,用GYP一50或GP—II型高喷台车 控制旋转喷射提升,喷浆时视地层情况可分别采取 10,12,15 cm/min的提升速度。施工参数如下。 喷灌压力:30~40 MPa 浆体流量:4O~80 L/min 浆嘴个数:1—2个 孔排距:孔距1.0 m,当相邻I序孔浆液单耗变小 时,可取消中间Ⅱ序孔 浆液配比(重量比):0.8:1~1:1 同浆比重:≥1.30 g/era 加气压力:0.7~1.0 MPa 气流量:0.8—1.5 m /min 气嘴个数:1—2个 提升速度:l0~15 cm/min 旋转速度:5—10 r/min 浆液比重:≥1.60 g/cm (3)试验结果。生产性试验质量检查采用了注水 检查和开挖检查两种方法。 注水检查。在上游围堰检查了4个孔18个段次, 下游围堰检查了3个孔5个段次。试验数据显示,其 渗透系数最小为i X 10一cm/s,绝大部分达 ×10。 cm/s,基本满足了基坑抽水要求。 开挖检查。2007年11月,在试验区进行了全断 面开挖检查,检查探坑挖掘深度3 m,可清晰观察到墙 体厚度大于1.5 m,2 m以下墙体致密、坚固,高喷混凝 土与灌浆水泥结石相互充填、搭接良好。 试验结果显示,试验所采用的施工参数、施工方 法、施工工艺,以及所使用的灌浆材料和配合比合理可 行,可应用于二期围堰防渗墙施工中。 4灌浆施工 4.1可控性灌浆施工 (1)施工工艺流程。膏浆灌浆施工工艺流程为: 钻孔至设计孔深一起钻一安装灌浆孔口装置一以纯水 泥浆液灌注孔底一达到结束标准后,向上拔套管1.5m 一灌注第一段,直至达到结束标准后,向上拔套管一灌 注最上一段一封孔一下一孔。 (2)钻孔。①孔深控制:下游排I序孑L深入基岩 深度5.0 m,其他孔深人基岩深度1.0 in。②钻孔:采 用MGY一80钻机冲击跟管钻进,孔径为150 mm。③ 在钻孔过程中特别注意钻孔的返渣及钻机的运转情 况,并依其返渣及钻机的运转情况判断填筑层、河床砂 卵石层和基岩深度并确定是否终孔。 (3)制浆。膨润土浆在制浆站集中搅制或采用调 60 整搅拌机的方法进行搅拌制浆,并储存在浆池中,润胀 24 h后再用于制膏浆。 高速射流喷嘴外圈环形喷出,以保护高速射流,减少射 流能量损失,水泥浆经与土体搅拌混合、充填与置换, 形成水泥土混合体。在钻杆末端喷射高压浆的同时, 由高喷台车动力头带动喷管旋转提升,形成圆形水泥 土柱体,依序依次形成各孔相邻且连续的防渗桩墙。 (4)灌浆。灌浆方式及段长:采用“套管”灌浆 法,进行自下而上分段、纯压式灌浆,灌浆分段长度为 1.5~3.0 m。 灌浆压力:I、Ⅱ序孔进浆压力为0.2~0.5 MPa, Ⅲ序孔进浆压力为0.5~0.8 MPa,并根据灌浆具体情 况及吸浆量大小进行适当调整。 5灌浆施工效果分析 5.1可控性灌浆资料分析 浆液配比及变换标准:①在某级压力下耗浆量大 于500 L,压力无变化,可变浓一级浆液。②在某级浆 液灌注达500 L且流量大于50 L/min、压力无明显变 化时,可越级变浓。③灌浆过程中,若压力呈上升趋 势,则不得变换浆液浓度;在拔管过程中失压时,停止 拔管,采用原浆灌注,当压力继续增大且流量减少至 10 L/min时,改为用水灰比0.5:1的纯水泥浆液进行 灌注。④当注入量达5 000 L以上,无灌浆压力时,可 以考虑灌混合浆、间歇(待凝)灌浆的方法或掺人促凝 剂以加速膏浆的凝固。 结束标准:I、Ⅱ序孔达到了规定的0.2~0.5 MPa压力(初始灌浆无压时)且吸浆率小于10 L/min、 或达到规定的灌浆压力,灌人浆量已达到1 000 L时 即可结束;Ⅲ序孔进浆压力达到0.5~0.8 MPa,且吸 浆率小于10 L/min,或灌入浆量达500 L以上时,即可 结束。 (5)特殊情况处理。为防止套管拔起困难,在灌 浆起压后每隔l0~30 min拔管5 am左右。在间歇灌 浆期间和灌注速凝膏浆时,必须活动套管,当灌浆没有 达到结束标准时,提升高度宜小。在灌浆过程中如孔 口已经起压,则可缓慢提升套管,且须保证在提升过程 中孔口有压,严禁在无压的状况下起拔套管。 在漂石、块石集中段和龙口段,因漏浆严重,可调 整可控性浆液的流动性能指标,采用较浓膏浆、速凝膏 浆或纤维膏浆进行快速封堵,确保架空部位封堵密实。 浆液中掺加纤维材料时,一般在保持灌浆管路畅通的 情况下尽量提高掺合量,以控制浆液的扩散范围。 当采用了间歇灌浆(如供浆不及时)或套管被堵 时,用冲击钻机在套管内扫孔至灌段底以下1.0 m,再 继续灌注。 4.2高喷灌浆施工 高喷灌浆采用MGY一80钻机跟管钻进成孔,GYP 一50或GP—II型高喷台车进行旋转喷射提升。 高喷灌浆配备ZJ一800型高速搅浆机制备水泥浆 液,由PP一120高压浆泵加压,通过高压浆管输送至 喷管内,从1.9~2.8 mm直径的喷嘴喷出,形成高速 射流切割、破坏地层,同时使用空压机提供压缩空气从 (1)单位注入量与孔序之间的关系分析。上下游 围堰可控性灌浆单位注入量与孔序关系分析分别见表 1、表2。 表1 上游围堰膏浆子L单位注入量与孔序关系 排序孔序灌段长 灌入灰量 单位注入 说明 am kg (kg・m ) 表2 下游围堰可控性灌浆单位注入量与孑L序关系 灌段长 灌人灰量 单位注入 排序孔序说明 cm kg (kg・m ) 由表1、表2可以看出,随着孔序的不断加密,总 体上呈现出单位注入量逐渐减小的变化趋势,符合灌 浆的一般规律,说明灌浆效果明显。 (2)各排序孔单位注入量区间分析。上下游围堰 可控性灌浆各排序孔单位注入量分别见表3、表4。 由表3、表4可看出:上下游排各序孑L随着灌浆孔 序的不断加密,小于1 000 kg/m的区间内的段数频率 均呈现出递增的明显变化趋势,而大于1 000 kg/m的 区间内的段数频率均呈现出逐序递减的明显变化趋 势,表明灌浆施工中情况正常,效果较好。 5.2高喷灌浆施工过程分析 (1)钻孔过程分析。中间排作为高喷灌浆孔,是 在上下游排可控性灌浆完成后进行的。施工过程中由 第24期 杨绍卿:膏浆灌浆结合高压旋喷工法在围堰防渗中的应用 表3 上游围堰可控性灌浆单位注入量区间分析 61 表4 下游围堰可控性灌浆单位注入量 灌浆 c 频率≤50 频率≤100 频率≤250 频率≤500 频率≤1000 频率≤2000 频率>2000 段数/ 段数/注入量/段数/注入量/段数/注入量/段数/注入量/段数/注入量/段数/注入量/段数/注入量/ 段 段(kg・ril )段(kg・m )段(kg・m )段(kg・m )段(kg・m )段(kg・m )段(kg・ITI ) 于地层经过可控性灌浆后已较为密实,因而造孔钻进 控制指标,且满足防渗标准要求。 基坑抽水后,观测到的渗水量为200 m /h左右, 满足基坑开挖施工要求。 速度较慢,跟管困难,钻孔返渣中含有大量水泥结石, 钻孔返水相对较上下游排小。人工填筑地层中大部分 孔可以不跟管就能成孔,但在砂砾石地层因可灌浆性 差,主要以PVC管护壁成孔。从整个钻孔施工过程来 看,随着钻孔次序、顺序的增进,地层逐渐密实,钻孔返 水逐步变小,钻进逐渐困难,这说明经上下游排可控性 6 结语 银盘水电站二期上下游围堰防渗工程施工,采用 以可控性灌浆为主,结合高喷灌浆及水泥灌浆防渗的 施工方案取得了较好效果。在截流后仅用50 d时间 灌浆处理后,地层的密实性得到了较大的改善。 (2)高喷灌浆过程分析。上下游围堰高喷灌浆 I、Ⅱ序孑L平均单位注入量均为400 kg/m左右,各序 孔高喷过程中孔口返浆大,说明在上下游排可控性灌 浆后,防渗轴线地层基本成墙,地层得到了改善,高喷 灌浆不能有效对地层充分切割混合搅拌,成墙适应性 即完成了防渗墙的施工,防渗效果良好。目前该围堰 渡过了3个汛期,尤其经受了2010年7月9 13乌江洪 水(流量Q=13 900 m /s、堰前水位203 m、水深30 rn)的考验。实践表明,可控性灌浆结合高喷灌浆的工 艺在深厚复杂地层防渗工程中取得了令人满意的效 差,但实施高喷灌浆可以对可控性灌浆可灌性较差的 部位进行有效补充,确保了防渗效果。 果,其工法和工艺参数指标可以为类似防渗工程施工 提供经验借鉴。 参考文献: [1] 詹金环,陈超敏,饶志文.乌江银盘水电站施工导流规划与设计 [J].人民长江,2008,39(4),44—47. 5.3注水检查及运行情况 施工完成后,上下游围堰共布置20个质量检查 孔,其进行了27段注水试验,其中:上游围堰渗透系数 最小值为5.05 X 10~cm/s,最大值为7.8×10 [2] 甘三才.乌江银盘水电站坝址工程地质评价[J].人民长江,2008, 39(4),l4—17. (编辑:喻伟) cm/s;下游围堰渗透系数最小值为1.32 X 10~cm/s, 最大值为2.49×10~cm/s。渗透系数均未超过设计 62 人 民 长 江 2010生 Application of paste—-slurry and high pressure jet grouting in cofferdam seepage control YANG Shaoqing (Pengshui Branch,Datang International Power Generation Co.,Ltd.(Chongqing),Pengshui 409600,China) Abstract:The cofferdam seepage control works of main river channel of the second—phase construction of Yinpan Hydropower Station on Wujiang River is characterized as large engineering amount and tight construction period.The geological condition of the river channel is complicated with thick overburden layer and large amounts of loose gravels and erratic and accompanied by aerial condition.In the experimental study during construction,controllable grouting technology using paste—slurry as major ma— terial was adopted,and was combined with high pressure jet grouting method.We made use of effective features of the two meth— ods,which could be mutually complemented.Therefore,the insufficient impervious effect of single method could be avoided. The construction of cofferdam seepage control was achieved in the first application.We introduce the key points,control indexes and working procedure requirements of the construction process,and the reliability of impervious effect has been verified by data analysis and water injection experiment. Key words:paste—slurry grouting technology;high pressure jet;seepage control of earth—rock cofferdam;Yinpan Hydro— power Station …】…,…,… 】……】…,…】…, 】 0t ,…,…,… (上接第42页) 换带方法,则理论差值为0 in。 由于Cass软件把首曲线和计曲线都放在dgx层, 3 结语 采用上述方法完成了转换程序的编写,并实现了 对Auto CAD地形图的换带转换,效果很好。该方法 而交换文件中只定义了实体颜色默认随层,所以这样 转换出来的数字图会丢失计曲线的颜色,这可以在投 影换带后通过一个批处理将计曲线颜色改回来。 表1 坐标点换带计算及较差 简单易行,比较容易编程实现,且不会有精度损失,很 适用于中小比例尺地形图的投影换带。不仅如此,此 方法在修改算法后同样也适用于不同椭球之间的坐标 转换和地方坐标系的一、二级变换,具有一定的实用参 考价值。 参考文献: [1]孔祥元,梅是义.控制测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2006. (编辑:赵凤超) Transform and projection of digital map based on South Cass survey software JIA Jinke,WU Yong,DAI Liyun,LI Jiansheng (Changjiang Geotechnical Engineering Corporation(Wuhan),Wuhan 430010,China) Abstract: As differences exist in zoning of medium and small scale maps,projection distortion can not be avoided in the process of transform and projection of digital maps.The conventional control measures for projection distortion are dividing the O— riginal digital map into several sub maps,and through translation and rotation or adding scale distortion,the sub maps are linear— ly transformed,which has the disadvantage of heavy workload,large error and mistakes—prone.Using South Cass survey soft- ware and combining with self—developed program to conduct transform and projection of digital maps,we successfully solve the diicfulties of splicing maps with different projection zoning,which has the advantages of idea applicability and strictness. Key words: Cass software;digital maps;transform and projection;water conservancy pr ̄ect