高压旋喷灌浆技术在杨家园水电站上游围堰中的应用

第一篇：高压旋喷灌浆技术在杨家园水电站上游围堰中的应用

高压旋喷灌浆技术在杨家园水电站上游围堰中的应用吕理军谷琦琦

摘要杨家园水电站上游围堰建在河床砂砾石覆盖层上，填筑材料为坝基开挖的石碴料，透水性大，采用了高压旋喷灌浆技术对围堰进行防渗处理。施工完成后，经过汛期运行，证明防渗效果满足工程需要，并为同类地层的高压旋喷灌浆设计与施工积累了经验。

关键词围堰工程；结构型式；工程地质；防渗处理；高喷灌浆；杨家园水电站

1概述

杨家园水电站位于贵州省习水县二郎乡，地处赤水河一级支流桐梓河下游河段，属桐梓河水电梯级开发规划的第七级，是一座以发电为主、兼顾库区零星农田灌溉和农村人畜饮水、并向二郎电厂供水的综合水利工程。水库正常蓄水位450.00m，死水位440.00m，水库总库容0.78亿m，调节库容为0.28亿m，多年平均径流量为14.63亿m，具有不完全年调节能力，电站装机容量40MW，多年平均发电量1.389亿kW.h。

高压旋喷灌浆技术，开始阶段只用于粉细砂地层，随着理论水平的提高、设备的改进和施工工艺的不断完善，这项技术已拓宽至含大颗粒不均匀砾卵漂石地层的防渗工程。由于其具有施工简便、工期短、造价低和较好的防渗效果等特点，特别适用于水电站土石围堰的防渗处理，因此在水电站的施工围堰的防渗中应用也越来越普遍。

2上游围堰工程地质特征及其结构型式

2.1工程地质特征

堰基处于楠本台背斜与二郞坝向斜的过渡地带。区内无大的构造发育，但受区域构造影响，岩体较破碎，小断层、小褶皱(挤压带)及节理裂隙等结构面较为发育，且分布较不均一，坝区岩体结构以互层状—中厚层状结构为主。堰基上部岩体为中等透水性。堰体部位河床覆盖层厚3.5～8m，以冲积砂砾层为主，夹较多的卵石、漂石，大粒径（直径 7～20cm）含量超过30%，为强透水层。

2.2结构型式

上游围堰位于坝轴线上游50m左右，河谷宽约80m，枯水期水深一般3～6m，河床覆盖层高程391.5～393.9m，基岩高程388.0～385.5m。上游土石围堰为过水围堰，堰顶高程410.5m，挡水时段为10月～次年4月。

根据上游围堰挡水要求和地质特征，防渗设计高程405m以下采用高压旋喷灌浆防渗墙，上接粘土心墙防渗至过水保护顶面高程406.5m，过水保护顶面以上再接子堰防渗体。高压旋喷灌浆防渗墙顶高程405m，墙体高度约17.0m，包括堰基原河床覆盖层和堰体。

3灌浆区围堰填筑料为坝基开挖的石碴料，碎石含量占90%，大部份颗粒粒径为8～20cm，空隙率较大。3技术参数

高压旋喷灌浆是利用能量较大的水、气同轴喷射切割搅拌地层，同时将凝结材料，如水泥浆，灌注掺搅地层，形成要求形状的凝结体。

围堰防渗体只要求具有临时防渗功能，无承重、抗滑及抗剪等稳定性要求。因而选用高压旋喷防渗墙作为围堰基础防渗结构。

高压旋喷灌浆孔布置：单排孔，孔距0.8m，孔底伸入基岩 0.5m，分两序施工。灌浆方法采用三管法。主要技术参数见表1。

4主要施工方法及技术措施

高压旋喷灌浆施工主要采用的设备有履带式多功能潜孔钻机、钻孔测斜仪、高喷台车、高压水泵、空压机、灌浆泵等。

高压旋喷防渗墙钻孔注浆分两序施工，先施工I序孔，后施工II序孔，相邻孔施工间隔时间不少于24小时。

单孔施工流程为：场地平整压实→造孔（套管跟进）→下PVC管护壁→拔套管→高压台车就位→试喷→下喷具→喷灌→封孔→高压台车移位。4.1钻孔

河床砂砾石层造孔是本工程施工的难点，怎样保证孔壁稳定和提高单位时间内造孔进尺是保证围堰能否按期闭气的关键。

根据相关工程的施工经验，结合本工程特点，施工中我们采用QLCN-120履带式多功能潜孔钻机跟管钻进。钻孔直径均为Φ140mm，造孔效率可达6.0m/h。钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，孔位偏差不大于5cm。

护壁：造孔结束，将钻杆提出，下设底端用透水无纺布包扎的Φ120PVC护壁管，进行

成孔护壁，护壁套管接头用塑料密封带连接。护壁套管下至孔底后，采用YGB液压拔管机将套管分节拔出。4.2高喷灌浆

高压旋喷灌浆采用三管法高压喷射灌浆技术，分两序施工。

（1）下喷射管下放喷射管之前，必须在地面上进行试喷，以检查管道的畅通性及各项指标是否达到设计要求。下管时，为防止喷嘴堵塞，采用边低压送水、气、浆，边下管的方法。当喷管下至设计孔底深度时，通知质检人员到场检查，确认具备灌浆条件后方可开喷。

（2）水泥浆液使用的水泥浆液采用32.5级的普通硅酸盐水泥，高速制浆机制浆。浆液水灰比为1:1～0.8:1，浆液比重大于或等于1.6。浆液制成后，存放时间不宜超过4h。

在施工过程中，对含泥量较少的回浆进行回收利用。回收浆液先沉淀过滤后，再掺拌适量水泥，经检测达到设计进浆比重及水泥比时方可使用。从而使成本得到有效的降低。

（3）喷射灌浆设备选用GTP-5 型高喷台车。喷射灌浆必须在机长的统一指挥下进行，依次低压送水、送浆、送气，而后再提高至设计值，在孔底静喷1～3min，等孔口回浆比重达到设计值后，再按设计要求进行由下而上的喷浆作业。

灌浆作业时，经常检测水泥浆液的进浆和回浆比重，当与设计水灰比的浆液比重误差超过 0.1时，应停止作业，重新调整浆液水灰比。

若因供风、水、电中断或拆卸注浆管不能连续喷灌时，重新进行高喷灌浆的搭接长度不应小于0.5m，若中断超过30min时，恢复作业时搭接长度应大于1m。

高压旋喷灌浆分两序施工，相邻孔的作业间隔时间应控制在12～72 小时的范围内。（4）静压充填喷射作业结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆。孔内回填灌浆完成后，若孔口浆面下沉，则可利用相邻孔喷射时的孔口冒浆进行反复回灌（在粘土层中或淤积层中喷射时的冒浆不能用于回灌），直至孔口浆液面不再下沉为止。5施工质量控制

高喷施工前，做好如下准备工作：①根据孔深计算三重管长度，检查管路畅通情况、密封是否良好；②每孔注浆前应对注浆管路进行试喷，观察水、气、浆的喷射情况。

钻孔施工时要求开孔位置与设计位置偏差不大于5cm。钻孔施工时在下入套管前对钻孔进行测斜，钻孔偏斜角满足要求后再下套管，确保开孔符合设计要求；钻进过程中发现偏斜及时纠斜。即在发现偏斜超过设计值时，采用加超径管、跳级换径、孔底埋管等方法进行纠斜处理。经处理重测偏斜合格后，方可续钻。

高喷灌浆过程中三重管下入孔底的深度与实际钻孔深度差值不得大于0.1m。按技术参数确定的速度提升和旋转喷射。处理事故或换管路重新喷射时，将喷射装置下放至原位置以下0.5m重复喷射，确保搭接长度不小于0.5m。

施工中如实记录高喷注浆过程中的各项技术参数、浆液材料的用量、异常情况及处理情况等。

6质量问题及处理

6.1钻孔施工

采用潜孔钻机，使用偏心钻头跟管钻进时，回填层、覆盖层砂卵石钻进进尺比较快，每小时进尺6m左右。在遇到大块石、鹅卵石和基岩则进尺较慢，更换偏心钻头，使用80型冲击钻头钻进，钻穿大块石、鹅卵石后，再使用偏心钻头进行跟管。6.2高压喷射注浆施工

（1）在高喷灌浆过程中，出现过压力突降或突升、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况，及时查明原因并进行了处理。孔内出现严重漏浆时，根据地层情况分别采取了以下措施：降低喷射管提升速度或停止提升；降低压力、流量，进行原地灌浆；在浆液中掺加适当的水玻璃（速凝剂）。

个别孔高喷时不回浆，先进行了注浆，待凝固后再扫孔进行旋喷灌浆。钻进无回水时向孔内投入粘土进行了泥浆固壁。在施工时有20多个孔无回浆，采用向孔内掺入粘土和水玻璃，既保证了质量，又确保了工期。

（2）在喷射过程中发生串浆时，填堵被串孔，在灌浆孔高喷灌浆结束后，应尽快进行被串孔扫孔、灌浆或继续钻进。

河床及回填层回浆量减少，有少量浆液漏失，回填层填筑的开挖料存在很大不均匀性，河床覆盖层结构松散，空隙较大，很多孔段高喷施工开喷时孔口无回浆，向孔内填入粘土，在浆液中掺入水玻璃，加量为水泥重量的3%，孔口回浆量恢复正常。7防渗效果总体评价 7.1开挖检查

高喷防渗墙于2009年1月29日全部完工。2009年2月3日，在上游围堰桩号0+22～0+24内侧进行开挖检测，坑长3m,深2m。从开挖情况来看，水泥含量均匀，单孔影响半径最大可达1.5m；墙体连续性好，强度较高，在开挖深度内未见墙体开叉或墙体存在孔洞等情况。7.2基坑开挖渗水情况

2009年2月5日开始基坑抽水，2月7日开始基坑开挖。在开挖初期，由于砂卵石层中含水量呈饱和状态，渗水量较大，但随着开挖深度的增加，渗水量逐渐减少，最终总渗水量约为80m/h，渗水主要来自于上游围堰裹头处和导流洞渗水，少量来自其他部位，总体防渗效果较好。

8结语

近几年，随着我国水电站工程的大量建设，特别是在几个大型水电站（如三峡）围堰防渗中的应用，高喷灌浆作为水电站围堰防渗技术已日趋成熟。但要达到预期的防渗效果，为基坑开挖创造良好的施工环境，必须认真对待高喷灌浆的设计与施工，根据地层正确选择施工设备和施工技术参数是保证工程质量的关键。

第二篇：龙滩水电站上游土石围堰高压旋喷防渗墙施工技术方案

龙滩水电站

上游土石围堰高压旋喷防渗墙

施工方案

七局八局葛洲坝联营体：

根据《龙滩水电站截流施工组织设计》、《龙滩水电站上游土石围堰高喷试验成果》，龙滩水电站上游土石围堰具体的水文、工程地质特性及我部围堰防渗施工经验，现就龙滩水电站上游土石围堰高压旋喷防渗墙施工方案呈报如下：

① 上游土石围堰全部采用高压旋喷防渗。② 围堰防渗范围从EL.228.5～见基岩1.0米

③ 钻孔采用阿特拉斯A66-CBT潜孔偏心跟管钻进，孔径φ140。高喷灌浆采用并列三联管法自下而上旋喷成墙。④ 孔排距确定：

a：孔深小于15.0米，采用单排直线型布孔，孔距1.0米。B：孔深在15.0～25.0米之间，采用单排直线型布孔，孔距0.8米。C：孔深大于25.0米，采用双排梅花型布孔，孔距1.0米，排距0.5米，第二排孔喷灌范围15.0～见基岩1.0m。⑤ 高喷浆液采用水泥—膨润土浆，配合比为0.8:1，膨润土为水泥用量的25%，纯碱为水泥用量的5%。⑥ 高喷参数采用试验成果的变参数。

⑦ 对于人工堆筑大块石架空围堰，高喷防渗施工难度大，故要求围堰在高喷防渗轴线上用土石细料堆填，围堰堆筑完毕后，形成初期闭气（不存在明水漏）和围堰内外形成相对静水位，以便浆液不被漏失或带走。⑧ 附件：上游围堰高喷防渗剖面及孔位布置图

水电七局龙滩项目部基础处理施工部

二○○三年九月十八日

第三篇：沉井技术在水电站埋藏式压力管道工程施工中的应用

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沉井技术在水电站埋藏式压力管道工程施工中的应用

作者：王葵华

来源：《科技创新导报》2012年第20期

摘 要:本文介绍西里水电站埋藏式压力管道施工过程中,采取沉井施工技术进行施工,确保了工程安全和施工安全。

关键词:沉井 水电站 埋藏式 压力管道

中图分类号:TV7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0121-02引言

西里水电站位于四川省阿坝州黑水县境内,是黑水河左岸一级支流毛尔盖河水电梯级规划的最末一级电站。电站为引水式开发,电站闸址位于俄多沟与毛尔盖河汇口下游,厂址位于西里村毛尔盖河右岸,电站装机容量为3×26MW,多年平均年发电量3.634亿kW·h。

电站由首部枢纽、引水系统和地面发电厂房等组成。电站从闸址右岸侧向取水,引水隧洞沿毛尔盖河右岸布置,全长12556.52m。隧洞断面型式平底马蹄型。

厂址为三叠系上统侏倭组(T3zh)深灰～灰色变质砂岩夹砂质板岩及炭质片岩,岩体结构类型为层状,岩层产状N10～30°E/SE∠40～60°,为外倾坡,岩层走向与河流流向呈小～中等角度相交,倾向左岸偏下游。第四系松散堆积层主要分布于河床、阶地和谷坡及坡脚,为冲积、冲洪积、崩坡积及冰水堆积层,谷坡上部及坡顶还分布有残积土。厂址覆盖层厚度44.9～57.6m。厂址区位于占提克至工段倒转向斜东南翼,区内无区域性断裂通过,次级小断层随机分布。据现场调查,物理地质现象主要表现为较强烈的风化卸荷,推测强卸荷水平深度15～25m,弱卸荷水平深度35～55m。

压力管道为地下埋藏式,采用一条主管,经二个卜形岔管分为两条支管分别向厂房内两台机组供水的联合供水布置方式。压力管道内径4.5m,总长375.96m。压力管道与厂房连接段覆盖层埋深为16m。沉井施工技术介绍

沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种新型施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身,待其达到规定强度后,在井身内部分层挖土运出,随着挖土和土面的降低,沉井井身靠其自重或在其他工程措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力,不断下沉,直至设计标高就位,然后进行封底。

沉井施工工艺的优点是:可在场地狭窄情况下施工较深(可达50m以上)的地下工程,且对周围环境影响较小;可在地质、水文条件复杂地区施工;施工不需复杂的机具设备;与大开挖相比,可减少挖、运和回填工程量。沉井工艺一般适用于工业建筑的深坑(料坑、铁皮坑、翻车机室等)、设备基础、水泵房、桥墩、顶管的工作井、深地下室、取水口等工程施工。

西里水电站沉井位于埋藏式压力管道与地面厂房连接处,压力管道从其中间穿过。该沉井平面形状为矩形,断面形式为8m×8.2m,井壁钢筋混凝土厚60cm,顶面设计标高为2135.30m,刃脚底部设计标高为2119.00m,沉井总深度为16.3m。该沉井根据地质和现场实际情况,采用“井中人工干挖取土法”施工,排水下沉,干封底。设计下沉起始标高为2134.8m。沉井制作

3.1 基础

沉井刃脚范围以外30cm基础要夯实,夯实后满铺50cm砂石垫层,整平后用平板振捣器振捣密实。在刃脚基础范围以外30cm做15cm的C10混凝土垫层。

3.2 钢筋制安

a钢筋加工

(1)钢筋现场钢筋制作场加工。

(2)钢筋的表面洁净无损伤,油漆污染和铁锈等在使用前清除干净。带有颗粒或片状老锈的钢筋不得使用。

(3)钢筋平直,无局部弯折,钢筋的调直遵守以下规定:

①采用冷拉方法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于4％;Ⅱ、Ⅲ级钢筋的冷拉率不宜大于1％;

②冷拔低炭钢丝在调直机上调直后,其表面不得有明显擦伤,抗拉强度不得低于施工图纸的要求。

(4)钢筋加工的尺寸符合施工图纸的要求,加工后钢筋的允许偏差不得超过表1和表2的数值。

钢筋的安装位置、间距、保护层及各部分钢筋大小、尺寸均按照施工图纸的规定进行,其允许偏差控制在《水工混凝土施工规范》(DL/T5144－2001)要求的范围内。为确保混凝土保护层的必要厚度,在钢筋和模板之间设置强度不小于结构设计强度的混凝土垫块,垫块中埋设铁丝与钢筋扎紧,垫块位置互相错开,分散布置。各排钢筋之间用短钢筋支撑,以保证位置准确。

c钢筋连接

现场钢筋的连接采用手工电弧焊焊接或机械连接,为提高工效,节约材料,对于能够采用机械连接的部位,优先考虑机械连接。钢筋接头分散布置,并符合设计及相关规范要求。现场所有焊接接头均由持有相电焊合格证件的电焊工进行焊接,以确保质量。

焊接方法包括:现场竖向或斜向(1∶0.5范围内)钢筋焊接:直径在22mm以下,主要采用搭接手工电弧焊;直径在22mm以上,主要采用接触帮条焊,单面焊10d,双面焊5d,钢筋中心线必须尽量保持一致;直径22mm以下考虑采用搭接接头,同一断面处的钢筋接头数量刃脚处不超过25%,其余区域不超过50%。

3.3 模板施工

首先在垫层上画出刃脚的外围尺寸线,并用木模支模,为保证砼成型质量,木模必须要经过挑选,表面毛糙或不平的不得使用且尽量使用大板的木模以减少接缝。筒内用钢管架做四壁支撑,四周搭设钢管架做外壁支撑,并做环形钢管箍固定木模防止爆模,墙内采用直径12mm的钢筋做间距500×500mm的对拉杆。刃脚模板在砼强度达到75%后方可进行拆除,其余在砼强度达到50%后进行拆除。模板拆除后要分类堆码,方便下次使用。

3.4 混凝土施工

此沉井分三节浇筑,第一节高5.55m,第二节高5.30,第三节高5.45m。混凝土强度:井壁、横梁、拱墙为C25,封底砼垫层为C15,找平层为C20。混凝土总方量为363.93m3。第一节为

112.2m3,第二节为107.74m3,第三节为144.02m3。混凝土采用现场搅拌,砼强度严格按设计挂牌施工,用塔吊吊运至仓位下料。

(1)混凝土分层

由于每节沉井较高,为了避免因下料高度过大造成砼离析,混凝土浇筑采用分层浇筑,每层厚度控制在30～50cm,用窜筒下料。

(2)混凝土振捣

由于沉井井壁较长,为了保证混凝土浇筑质量,混凝土振捣采用2～3台高频率插入式φ50电动振捣器振捣,振动棒各插点的间距均匀,中间不超过振动棒有效作用半径的1.5倍,为保证分层间的结合紧密振捣器插入下一层的深度不得小于50cm;振捣时,振捣器尽量避免接触模板,以防止模板变位。

(3)施工缝面处理

施工缝面处理方法为:在混凝土初凝后至终凝前,使用4～6kg/cm2压力水冲或人工去乳皮和灰浆,直到混凝土表面积水由浑变清,露出粗砂粒或小石为止。冲毛后,清冼干净,保持清洁、湿润,在浇筑上层混凝土前,层面松动物及积水清除干净后均匀铺设一层2～3cm厚的水泥砂浆,砂浆标号比同部位混凝土标号高一级,以铺设砂浆后30min内被覆盖为限,确保新老混凝土结合良好。

(4)砼养护:砼养护采用铺麻袋或薄膜覆盖养护28d。

(5)低温季节浇筑混凝土温控措施。

由于很快就进入冬季浇筑混凝土要采取保温措施,确保混凝土不被冻坏,措施如下:

对骨料设顶棚防雨、防雪和防霜,防止骨料结冰,提高骨料入机口温度,混凝土拌和时用热水拌和,提高混凝土出机口温度;

掺用早强剂,提高混凝土早期强度,增强抗冻能力;

运输过程中用保温薄膜覆盖,防止热量损失;拆模后立即用保温薄膜覆盖表面。并临时封堵孔洞,间歇层面保温至上层混凝土覆盖前为止。沉井下沉施工工艺

此沉井分三节第一节高5.55m,第二节高5.30,第三节高5.45m,分多次下沉到位。

4.1 下沉施工前的准备工作

(1)沉井下沉须对沉井办完验收工作,砼强度应达到设计强度的100%方可就位下沉。

(2)下沉前,先将沉井壁内外底部的模板拆除,保证沉井内外壁平整光滑,无影响下沉的障碍物。

(3)搭设钢质手扶梯,布设照明系统。

(4)沉井四周外测设标高控制点的轴线控制线,按序编号,以便于沉井下沉时进行观测。

(5)沉井下沉所需设备完好到位。

(6)劳动组织分工安排。

(7)测量水准点,技术复核确。

(8)下沉前安全检查,确认无隐患。

4.2 沉井下沉施工

(1)沉井就位后首先在井壁四角设置高程控制点,在井壁中心线内外壁对称设置中线及垂线控制线,便于在下沉过程中及时观测、测量控制。

(2)第一节下沉前先挖去刃脚下方的垫层,四周均匀掏空,中间留1～2m(视地质情况而定)的台,挖土顺序为先中间后四周,待大部分的土都挖完后才挖去台,要均匀的挖,不能一次把一个挖完否则会导致井偏斜,直至井下沉到开挖位置。每次开挖深度及下沉深度控制在20～30cm。后照此循环下沉到设计标高。如发现沉井下沉太慢则可以采取在井壁顶部增加荷载的方法使之下沉。

(3)此沉井土方开挖量为1070m3。沉井下沉中挖土必须均匀对称,挖土主要采用人工开挖,松散部分采用十字镐、钢钎等工具,如遇比较坚硬的基岩或大的孤石即采用钻孔爆破的方法开挖,爆破采用人工钻孔,用YT-28手风钻,造孔直径32mm,药卷直径25mm,为了爆破对沉井产生影响和破坏,爆破采取浅孔松动爆破。采用塔吊或搭设井架提升出土,运至指定地点或临时堆场,沉井周围严禁堆土。

(4)沉井下沉过程中必须严密检测,发现沉井倾偏及时纠正,每次下沉前和下沉后都要做观测记录和施工记录,记录下沉深度,偏移情况,开挖面地质情况。高程观测可用水准仪,垂直度和位移情况可用经纬仪或全站仪观测。及时分析观测记录,便于随时掌握沉井下沉情况,如发现问题便于及时采取措施。

(5)当沉井接近设计标高时须做稳定观测,观测24小时下沉量小于10cm即可。沉井至设计标高时偏差不超过下列值:

(a)水平位移与下沉深度之比不大于1/100,且不大于100mm;

(b)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差不大于80mm。

(6)施工排水

施工排水采用离心式水泵抽水,水排至施工区域外。坑内采用挖集水坑(初步计划

1.5m×1.5m×1m,视渗水情况而定)。

(7)对沉井偏移的控制及补救措施

在下沉过程中对沉井要及时观测,发现沉井偏移要采取补救措施。

在下沉过程中要使沉井均匀的下沉,防止因为多次下沉不均匀而沉井倾偏从而导致轴线偏移。当发现某一方下沉过慢时即沉井沉井有倾偏现象时则开挖时先挖那一侧,使之保持垂直下

沉。当发现轴线已经偏移则在开挖过程中有意识的把偏移轴线一侧多挖,使之倾偏再校正,反复多次使之回到原来的轴线上。沉井封底施工

待沉井下沉稳定后,将底部挖成锅盖形状,将刃脚部位填实。填铺15cm的砂石垫层并夯实后浇筑20cm厚C20砼。在浇筑砼之前底部要保持干燥,不能有积水。封底施工前在基坑底部打入钢管接离心泵抽水,随后将集水坑填实后进行封底施工。待封底砼达到一定强度后用快硬性砼将钢管封堵后填土。土方回填及拱墙施工

封底后,待砼达到一定强度后开始土方回填,填至标高2125m时开始进行拱墙的施工,拱墙施工后砼达到100%强度后开始2125m以上的土方回填。回填土要随填随夯实。每层厚度控制在30～40cm。结语