1、龍灘水電站土石圍堰高噴試驗技術(shù) 【摘 要】：為了論證龍攤水電站土石圍堰采用高噴防滲在技術(shù)上的可靠性，工期上的可行性，通過摸擬土石圍堰地質(zhì)條件，進行高噴試驗，取得高噴試驗參數(shù)，本文詳細論述了高噴試驗方法、施工工藝及高噴成果，并為土石圍堰高噴防滲規(guī)模生產(chǎn)提出切實可行的建議 【關(guān)鍵詞】：高噴防滲墻 圍井 注水試驗 取芯 圍井墻體開挖龍灘水電站壩址位于紅水河上游的廣西壯族自治區(qū)天峨縣境地內(nèi)，大壩下距天峨縣城15.00km。樞紐布置主要由碾壓混凝土重力壩、泄洪建筑物、通航建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。工程按正常蓄水位400m設(shè)計，最大壩高216.50m，地下廠房裝機9臺，單機容量600MW，總裝機5400M

2、W；初期按蓄水位375.00m建設(shè)，壩頂高程382m，最大壩高192m。大壩施工采用圍堰一次攔斷河床的隧洞導(dǎo)流方式。上、下游主圍堰采用RCC圍堰，在土石子圍堰的保護下施工。為了確保土石子圍堰高噴防滲在技術(shù)上的可靠性，工期上的可行性。設(shè)計、監(jiān)理、要求在土石子圍堰高噴防滲施工之前進行高噴試驗。1、試驗概述1.1 試驗場地選擇及填筑在上游土石子圍堰右岸邊RCC圍堰軸線選擇一個合適的試驗場地，試驗區(qū)：高程為236.8m，長×寬=15m×12m。場地填筑：首先用反鏟把試驗場地挖填平整，平整EL.233，在上面堆填一層截流拋投塊石料，塊石最大粒徑0.3m，厚度大約0.81.2m，再在上

3、面堆填一層黏土，厚度大約3.03.5m,最上面填一層碎碴, 厚度大約0.5m,到高程236.8m。1.2試驗方案根據(jù)監(jiān)理工程師指示，通過高噴灌漿試驗，以取得高壓噴灌合適的造孔設(shè)備，孔距、地層情況、及噴射流量、壓力、旋速、提升速度、高噴合適的進漿比重等技術(shù)參數(shù)，及高噴防滲效果。（1） 試驗孔位布置：圍井尺寸大小：長×寬(3.0m×2.4m)。具體布孔見下圖【附圖1】。采用三種孔距：0.8m、1.0m、1.2m。高噴試驗主要采用旋噴，擺噴的目的是形成一個封閉性圍井。（2）制漿材料選用：“劍江牌”P.O42.5普通硅酸鹽水泥，漿液采用兩種配比，一種為純水泥漿，配比為0.6:1；另

4、一種為水泥-膨潤土漿，配比為0.8:1，膨潤土為水泥用量的25%，純堿為水泥用量的5%，其中S7、S8、S11、S12四孔采用水泥-膨潤土漿，其余孔采用純水泥漿。（3） 質(zhì)量檢查以鉆孔取芯、注水、圍井注水及圍井內(nèi)外開挖方式進行。1.3墻體防滲指標高噴后，墻體取芯率達到85，鉆孔注水k值達到n×10-5cm/s，圍井注水k值達到n×10-5cm/s。2、地質(zhì)條件2.1 土石圍堰堰體結(jié)構(gòu)土石圍堰堰頂高程按10年一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)洪水位229.80m，考慮堰頂安全超高0.7m，波浪高度0.5 m，堰頂高程取231.00m；土石圍堰堰頂設(shè)計寬度為8m的土石子堰，堰頂鋪設(shè)50cm厚碎

5、石，堰頂向外側(cè)排水，排水橫坡2%。土石圍堰地質(zhì)條件：河床砂卵石覆蓋層厚度為08.0m，高程219230m之間，右岸河床有基巖礁灘裸露，水平寬度為3040m。土石圍堰擋水水頭最大約為19m，大江截流后，圍堰地質(zhì)從上到下依次為：人工粘土、塊碎石夾土層；原始河床覆蓋層；基巖。圍堰防滲擬采用高壓旋噴防滲墻。2.2 試驗區(qū)摸擬圍堰地質(zhì)條件 試驗區(qū)位于上游土石子圍堰右岸，模擬試驗平臺長×寬15.0m×12.0m，平臺高程為EL.236.8，模擬圍堰地層按其結(jié)構(gòu)、組成成分不同從上至下可分為以下幾層： 人工填碴層（土石碴層）：厚度01.0m，結(jié)構(gòu)松散,地層均勻,石碴粒徑小,含土。 人工填筑

6、黏土層: 厚度2.0m3.0m，結(jié)構(gòu)致密，滲透性小。 人工填筑塊石層：厚度0.8m1.2m，塊石最大粒徑0.3m0.5m，結(jié)構(gòu)松散、架空，這一層模擬截流拋投料前沿地層。 殘坡積物：厚度4.5m7.0m，這一層結(jié)構(gòu)不均一，是原河床坡積物與岸邊施工塊石的混合體，層內(nèi)夾有泥土，靠近下部含有粗砂，含泥量大，是河床緩灘淤積，部分為基巖風(fēng)化泥組成。 基巖：由強風(fēng)化的羅樓組硅質(zhì)板巖、泥質(zhì)灰?guī)r組成，裂隙發(fā)育，滲透性大，試驗中鉆孔深入該地層0.5m1.0m。詳細地層情況見地質(zhì)剖面圖【圖2-1】。 3、主要試驗機具選型與性能簡介3.1鉆孔設(shè)備鉆孔采用阿特拉斯A66-CBT或英格索蘭KR803-02全液壓多功能鉆機

7、配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔工藝。鉆頭采用130152合金球齒偏心鉆頭，跟進套管采用140無縫鋼管，絲扣連接。進口的全液壓多功能鉆機能直接跟管鉆進，具有成孔快，精度高，適用于任何性質(zhì)的覆蓋層鉆孔。3.2 高噴設(shè)備高噴灌漿采用GS500-4型高噴臺車和3S2-62Mpa型高壓泵，并列三聯(lián)管法自下而上旋噴成墻。噴具直徑89，采用專用高強螺栓連接，連接處用尼龍墊密封。GS500-4型高噴臺車具有一次性提升15.0m的特點，提升采用無級變速，變速范圍025cm ，3S2-62Mpa高壓泵，額定工作壓力62MPa，實際工作壓力42MPa，具有長時間連續(xù)工作的特點。4、試驗施工方法4.1 施工工藝流程場

8、地平整壓實臺車行走軌道鋪設(shè)布孔、鉆機就位校準角度、造孔測斜下PVC管、起拔導(dǎo)管高噴臺車就位試噴、下噴具靜噴、噴灌孔口注漿、回灌、封孔高噴臺車移位。4.2 造孔（1） 鉆孔分三序施工，先施工序孔，再施工、序孔，先施工旋噴孔，再施工擺噴孔，最后施工封底孔。相鄰孔施工時間間隔不少于24h。（2）鉆孔過程中，詳細準確記錄鉆孔時遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進速度、鉆機及沖擊器運轉(zhuǎn)情況判斷地層分層深度，大塊石的分布、埋深、粒徑及架空、漏失、串通等情況，并停鉆測量余尺，準確記錄其厚度及埋深。（3）鉆孔終孔后，先取出鉆桿，然后下入100×1.5mmPVC管護壁，起撥套管。PVC底部用無紡布包扎，

9、接頭套接后用塑料帶密封，要確保不脫接及接頭處不漏漿。在塊碎石堆積架空的孔段，將護壁PVC管鉆成花管，用預(yù)注漿堵漏。注水試驗孔堆筑層以下孔段全部鉆成花管。4.3 注水試驗鉆孔完畢后，取出鉆桿，下入帶花眼的PVC塑料管進行注水試驗，注水方法采用固定水頭法，即將鉆孔中的水位抬高到一定高度，保持水頭不變連續(xù)注水。計算公式：滲透系數(shù)計算按下式進行： 式中符號：K滲透系數(shù). cm/min ； Q注水量. L/min； h注水造成的水頭高度. M； L試段長. M ； d造孔直徑. M進行分段注水試驗時，用兩次試驗可確定各段的滲透系數(shù)值。一次單段試驗得K1，另一次混合試驗得K，而，故。4.3高噴灌漿4.3.

10、1 高噴灌漿參數(shù)表1 高壓旋噴灌漿參數(shù)表項 目技 術(shù) 參 數(shù)相 應(yīng) 要 求備 注高壓水壓力：4046MPa水嘴個數(shù):2個水嘴直徑:1.751.85mm排量：75L/min壓縮空氣壓力：0.40.7MPa風(fēng)嘴個數(shù):2個氣嘴與水嘴間隙1.52.0mm排量：1.52M3/min漿液壓力：0.20.6Mpa迸漿比重1.6g/cm3充分利用孔口返漿,對未噴孔進行預(yù)注漿排量：40100L/min回漿比重1.2g/cm3提升速度一序孔:45cm/min根據(jù)地層和返漿情況做適當調(diào)整，在地層交界處、大塊石密集區(qū)停止提升、靜噴或降低提升速度等二、三序孔:56cm/min擺噴孔:67cm/min旋轉(zhuǎn)速度68r/mi

11、n4.3.2 高噴灌漿（1）高噴灌漿分三序施工，先施工序孔，再施工序孔，最后施工序孔。相鄰次序孔施工時間間隔不少于24h。先施工旋噴孔，后施工擺噴孔，最后施工封底孔。（2）高噴：當噴具下入到設(shè)計深度后，啟動旋擺機，調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機的旋轉(zhuǎn)速度，使之達到設(shè)計值，待孔口返漿比重符合要求后，開始提升，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過程中，要時刻注意檢查施工機具運轉(zhuǎn)是否正常，風(fēng)水漿的流量、壓力，進漿、回漿比重及旋轉(zhuǎn)、提升速度等參數(shù)是否符合要求。（3） 高噴灌漿結(jié)束后，由專人負責(zé)用棄漿進行孔口注漿，直到回填密實，漿面不再析水下沉為止。5、試驗施工成果分析5.1耗灰量

12、分析各序次孔耗灰量分析見表2。表2 高噴試驗分序平均干耗量統(tǒng)計表序號孔序孔數(shù)（個）加固深度（m）總耗灰量 （t）平均單耗（t/m）備 注1674.7102.1441.3672559.961.1341.0303112.18.4440.698合 計12155.6184.2991.184從表2中看出：（1） 總平均耗灰量為1.184t/m，耗灰量相對偏大，主要是因為：人工填筑摸擬地層比較松散，吃漿量較大。塊碎石層特別架空，漿液漏失較多。（2） 序孔平均耗灰量1.367 t/m序孔平均耗灰量1.030 t/m序孔平均耗灰量0.698 t/m?？梢钥闯?，隨著灌漿次序的增進，單位耗灰量逐漸減少，符合一般灌

13、漿規(guī)律，說明高噴灌漿效果良好。各地層各序單耗灰量分析表3 高噴試驗各地層各序單耗灰量統(tǒng)計表孔序人工堆碴層(kg/m)粘土層(kg/m)塊碎石層(kg/m)坡積層(kg/m)基巖(kg/m)備注13921291.82637.51282.8992.5951.2648.12973.1946.5699.1737.1613.91408.1633.6590平均值1144.9973.72671.91086.2868.6從表3中看出:（1） 各地層中平均單耗灰量都是序孔序孔序孔，只有塊碎石層中平均單耗灰量序孔序孔，主要是因為塊碎石層漏失嚴重，序孔噴灌完后,序孔在這一地層還漏漿，高噴施工時加大供漿量所致。（2）

14、 各地層平均單耗灰量：塊碎石層人工堆填層坡積層粘土層基巖，這一規(guī)律，也符合試驗區(qū)各地層實際松散、架空狀況。5.2噴前試驗注水成果表4 噴前試驗注水成果表孔號孔序巖性滲透系數(shù)（cm/s）備注S3基巖2.3×10-2分段S12粘土層7.1×10-3分段S10坡積層4.28×10-2分段S3塊碎石層漏失量大無法測出結(jié)果分段從表4中看出：塊碎石層漏失嚴重，無法測出注水結(jié)果，其他孔段測出來的k值多為10-2cm/s左右，。5.3漿材試驗成果本次試驗采用了兩種漿液，一種為純水泥漿，另一種為水泥-膨潤土漿，通過現(xiàn)場實際取樣，試驗成果如下：表5 高噴試驗漿材取樣成果表漿液名稱配合

15、比進/返比重初凝時間（h）終凝時間（h）結(jié)石率（%）純水泥漿0.6:1進1.682:505:2085返1.34:509:1040水泥-膨潤土漿0.8:1膨潤土(水泥的25%),純堿(膨潤土的5%)進1.654:108:3095返1.316:2012:3065從表5中看出：無論進漿或返漿樣品中純水泥漿的初凝、終凝時間都比水泥-膨潤土漿短；而結(jié)石率方面，無論進漿或返漿樣品中水泥-膨潤土漿都要比純水泥漿高，作為這種堆筑架空地層圍堰，需要用高結(jié)石率的漿液堵填空隙，以達到防滲的目的。5.4 對架空漏失嚴重的塊碎石處理情況試驗區(qū)地質(zhì)條件是人工摸擬的，在施工平臺下3.54.3m深度摸擬了一層截流拋投料前沿塊

16、碎石堆積物，這一層在試驗區(qū)屬于既架空又懸空，高噴時漿液在這一層站不住，徑直流走，很難處理。（1）高噴過程現(xiàn)象從孔底往上噴，噴嘴進入該地層孔口不返漿，漿液徑直從堆填體外流走，高噴噴嘴過了這一層，孔口又返漿；從孔口往下噴，孔口漿液漏失現(xiàn)象與上相同。（2）采取措施： 從孔口預(yù)注水泥和水泥-膨潤土漿，直到孔口返漿或試驗區(qū)外漏濃漿為止。 高噴噴嘴進入這一地層，采取加大供漿量、增加漿液濃度、降低提升速度、降低高壓水壓力、減少供風(fēng)量、靜噴、倒噴、從孔口加砂等措施，直到孔口返漿為止。 提前鉆預(yù)注漿孔，利用孔口返漿進行注漿回填。（3）處理結(jié)果： 除了S3號孔沒返漿外，其它的孔都處理到孔口返漿為止，再進行正常高噴

17、； 噴S12號孔時，全孔都返漿，不存在漏失，噴封底孔時也不存在漏失； 但是每孔高噴時，噴嘴進入該地層，試驗平臺外側(cè)都漏漿。另外噴封底孔時，試驗平臺外還漏清水，每個孔噴完后，進行多次回填注漿，還是存在著滲漏?？傊覀冋J為塊碎石層還有可能存在缺漿或架空現(xiàn)象。6、試驗檢測方法及成果6.1 鉆孔取芯 檢查孔布置在圍井孔位軸線上，共設(shè)三個孔。SJ1布置在S5與S4之間，SJ2布置在S6與S7之間，SJ3布置在S9與S10之間，鉆孔中心在相鄰兩噴射孔的搭接部位。通過取芯分別檢驗孔距0.8m，1.0m ，1.2m 高噴墻連接質(zhì)量情況。取芯結(jié)果：從取出的巖芯看出，大部分巖芯膠結(jié)密實，有少量松散破碎段，黏土層

18、、殘坡積層中的黏土和泥土都變成水泥色，塊碎石層中，明顯能看見塊石被水泥結(jié)石膠結(jié)、裹袱。三個孔的平均巖芯采取率為89.2%，SJ1、 SJ2 、SJ3孔的取芯率分別為86.3%、90.0%、91.3%。在塊碎石層中巖芯采取率較低且取出的巖芯較為破碎，其原因是：塊碎石層地層架空，高噴時漿液大量漏失，高噴后地層缺漿，塊石之間粘接不牢所至?？偟膩砜?，取芯效果比較好。6.2 鉆孔注水 試驗過程注水試驗每孔分四段進行，人工填碴層、黏土層、塊碎石層、殘破積層，具體注水過程與施工一樣。 6.2.3 試驗成果 表 6 檢查孔注水試驗成果表（3孔各段注水綜和平均）序號孔深（m）試段長(m)地層巖芯性孔 徑 (mm

19、)滲透系數(shù) （cm/s）備注101.51.5人工填碴層911.3×10-521.53.31.8黏土層911.7×10-533.35.01.7塊碎石層917.1×10-445.08.53.5殘破積層912.0×10-5由表6中看出：各孔中人工填碴層、黏土層、殘破積層的滲透系數(shù)均在10-5cm/s量級左右，而塊碎石層的滲透系數(shù)在10-4cm/s量級，略大于10-5cm/s，主要是因為塊碎石層地層架空，高噴時漿液大量漏失，高噴后地層缺漿，塊石之間還存在空隙所至。6.3 圍井開挖為了直觀檢查高噴防滲墻的連接情況和密實程度，在圍井內(nèi)外進行了開挖。6.3.1 圍井內(nèi)

20、挖圍井內(nèi)挖全部采用人工開挖，卷揚機出土，遇到塊碎石膠結(jié)采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬解破，開挖尺寸：長×寬×深為2.0m×1.4m×6.0m，開挖要求：完全揭露出四種地層，即：人工填碴層、黏土層、塊碎石層、殘破積層。圍井內(nèi)挖揭露墻體描述： 00.4m為人工填碴層，主要是水泥膠結(jié)塊,局部有探頭石；0.43.3m為黏土層，墻體較密實，墻面分布有較多的水泥結(jié)塊，其中，1.62.2m左右水泥結(jié)塊很明顯，墻體光滑，表面硬實；3.35.0m塊碎石層，塊石最大粒徑0.3m，墻體膠結(jié)非常密實,有大體積的水泥塊,外觀看象砼墻，大塊石之間有人工充填砂，局部墻體塊石松動，有架空現(xiàn)象，特別是S

21、4S1墻面，1.0m長，0.2m寬的架空條帶；5.06.0m為殘破積層，殘破積層表層有黃色黏土和灰褐色泥土,局部有水泥膠結(jié)結(jié)石，墻體比較密實。6.3.2 圍井注水為了檢驗高噴防滲墻的整體防滲效果，對圍井進行了分段分層注水試驗，注水方法采用固定水頭法，將圍井中的水位抬高到一定高程，保持水頭不變連續(xù)注水。6.3.3 圍井注水計算公式圍井注水試驗滲透系數(shù)計算采用土工試驗規(guī)程常水頭公式，式中：K滲透系數(shù) cm/s；Q注水量 L；A滲透面積m2 i 水力坡降 ；t 注水時間 s； H注水造成的水頭高度 m； L試段長 m進行分層分段注水試驗時，其計算方法同前。6.3.4 圍井注水試驗成果 表7 圍井注水

22、成果序號井深(m)地層試段長(m)滲透系數(shù)K(cm/s)注水方式備注103.0黏土層3.01.7×10-5從上到下26.05.0殘坡積層1.02.0×10-5從下到上35.04.0塊碎石層1.02.3×10-4從下到上存在滲漏6.3.5 圍井外開挖圍井外墻開挖采用反鏟沿墻體外邊沿線開挖，深度5.0m，寬度3.04.0m，開挖三面墻，即：S7S4，S1S4，S1S8，開挖深度揭示出黏土層，塊碎石層由于挖不動未完全揭露，從開挖出來的墻體看，由孔距0.8m旋噴形成的墻體，連接牢固密實，黏土中明顯看見水泥塊，成墻效果好。由孔距1.0m旋噴形成的墻體，連接牢固，局部充填不太密實，孔距1.2m墻體塊碎石層搭接處沒水泥結(jié)石，擺噴形成的墻體較薄，墻體外形不規(guī)則，厚度不均勻。成墻平均厚度為1.2m左右。塊碎石層墻體