固滴水电站闸坝基础高压旋喷桩施工

2017-01-09毛伟

四川水利 2016年2期

关键词：孔位孔口钻机

毛伟

(四川省水利电力工程局，四川资阳，641399)

固滴水电站闸坝基础高压旋喷桩施工

毛伟

(四川省水利电力工程局，四川资阳，641399)

水洛河固滴水电站首部枢纽闸坝基础加固，采用高压旋喷桩法施工。本文简要介绍了高压旋喷施工工艺、施工参数及技术要求，详细介绍了高压旋喷的施工方法及质量控制措施，以确保高压旋喷灌浆的施工质量。

固滴水电站闸坝基础高压旋喷桩施工方法

1 工程概述

水洛河固滴电站大坝坝址位于勒米沟上游约3.4km处，河流总体流向S42°～47°E，坝址区一般枯期河水位2301.5m，水面宽23m～35m。两岸山体雄厚，左岸地形整齐，右岸上、下游均有冲沟切割，两岸分水岭高程4000m～4500m，河谷切深2000m～2500m，属构造侵蚀高山地貌，河谷横断面呈“V”型。

根据设计提供的钻探地质资料，坝址河床覆盖层位大致可分为三层，各层岩土性质如下所述：(1)一层为近期开挖碴土，由块石夹卵砾石、碎石粘土组成，结构松散，主要分布于河床表面，厚度为1.8m～3.6m；(2)二层为上部崩冲积层，由漂、块石及卵砾石、碎石组成，局部为卵砾石及孤石，结构较松散、局部具架空现象，厚度为4m～8.3m，坝基河床均有分布；(3)三层为下部崩冲积层，由卵砾石、卵砾石夹块碎石及砂层透镜体组成，局部夹块碎石透镜体，一般稍密至中密，部分密实，厚度为7m～12.5m。

2 高压旋喷施工技术要求

根据设计图纸，大坝基础高压旋喷区域为闸前铺盖及冲砂泄洪闸闸室段(坝横0+026.50m～0+060.50m、坝纵0-007.50m～0+030.50m)的砂卵石覆盖层范围，总分为7个区进行高喷作业。高喷孔间排距为2.0m×2.0m，设计钻孔深度1.5m～10.5m，钻孔总数294个，设计钻孔总长2185m，高喷总深度2185m。本次高压旋喷灌浆方法，采用“三重管高喷灌浆法”，其施工技术要求如下：

(1)基础处理先进行高压旋喷，后浇筑闸室底板混凝土；

(2)高压旋喷灌浆按分排、分序、加密的原则施工，且宜先施工下游排孔，再施工上游排孔，后施工中间排孔；

(3)高压旋喷灌浆采用三管法施工，设计桩径1.2m～1.5m，主要技术参数现场确定，试验孔4个。施工参数参考值：水压力45MPa(孔口附近不低于35MPa)，水流量75L/min，气压力0.5MPa～0.8MPa；浆液压力0.2MPa～0.8MPa，浆液流量60L/min～72L/min(随地层耗浆大小调整)，提升速度V=8cm/min～15cm/min，转速0.8v～1.0v，喷嘴2×10mm；

(4)钻孔采用套管或护壁法钻进时，在起拔套管前，应向钻孔内注满护壁泥浆，或下入特制的PVC花管护壁，PVC花管的性能应满足设计要求。也可采取下入喷射管后起拔套管，再进行喷射灌浆施工；

(5)进行高喷灌浆孔施工时，应大于设计深度0.3m；当孔深小于30m时，钻孔的孔斜率应不大于1%；

(6)当在钻孔中直接进行高喷时，钻孔孔径应大于喷射管直径20mm。

3 高压旋喷施工工艺

3.1 施工工艺流程

高压旋喷灌浆采用MZ-200履带式潜孔钻机成孔，自下而上旋喷成桩。高压施喷施工工艺流程见图1。

图1 高压旋喷灌浆流程

3.2 施工参数

高压旋喷灌浆施工属于隐蔽工程施工，只有选择合适的工艺参数，才能保证施工质量。因此根据工程的实际地层情况和类似工程施工经验，拟采用如表1所示的工艺参数。

表1 高喷灌浆主要施工参数

4 高压旋喷施工方法

4.1 钻孔

4.1.1 钻孔定位(布孔)。按照施工设计图纸，施工前用全站仪测定施工轴线的控制点，控制点不能超过20m，打桩标记并保护好。经过复测验线合格后，用钢卷尺和测孔绳布设孔位，并用钢筋或焊条钉牢固，一孔一签，保证桩孔中心位移偏差不大于50mm。钉好孔位并做好标识，对标识好的孔位应妥善保护，在每个孔施工前，应重新校核一次孔中心偏差，对偏差超标的孔，应重新放线定位。

4.1.2 钻孔机具。针对该地层情况，造孔采用成都哈迈钻掘设备制造厂生产HM-90履带式液压潜孔钻机，锤击跟管或偏心跟管护壁的方式，达到设计孔深。

4.1.3 钻机就位及孔斜。钻机就位、安放在设计的孔位上，管架应定位准确，安装平稳，对钻机进行调平、对中，调整钻机的垂直度，保证钻具与孔位一致。钻孔孔位与设计孔位偏差不大于50mm，钻孔偏斜率应不大于1.0%。

4.1.4 跟管钻进。钻孔施工采用液压潜孔锤跟管钻进，跟管开孔直径为φ146，钻杆直径为φ89mm。钻机开孔前在地面试运行，钻机设备运行正常后，开始跟管钻进。钻孔过程中应详细记录好钻具长度，保证钻孔深度准确，同时详细记录好地质情况(如孔内返渣、返水、遇到的孤石及漂石、入岩及掉钻情况等)。钻进中每加一次钻具，应用水平尺多方位找平，保证钻具的垂直度，间隔5m对孔斜测试一次。钻孔平均孔深为18m，最大深度为33m。终孔时须校核孔斜，保证孔斜率不应大于1%。

4.1.6 钻进过程中，注意钻机响动和钻进感觉，并结合地层情况适当控制钻进速度，确保孔斜质量。钻进暂停时，孔口应加以保护，若时间过长，应采取有效措施防止塌孔。

4.2PVC管下设

PVC管的材质选用分别在高压水25MPa和高压浆15MPa的作用下被切碎。下设时管底必须用密封胶带密封严实，在PVC管里面注水进行下设，避免起拔套管后返砂和串浆至PVC管内，致孔深不能满足要求。同时，要计算下设的PVC管长度是否与钻孔深度相符，避免PVC管未下至孔底。

4.3 起拔套管

起拔套管时，注意观察PVC管是否跟随套管同时往上移动，一旦发现，应立即停止起拔，采用架管下压PVC管再试起拔套管。如还跟着上移，可将风管下至孔底，加大风量反复处理孔底沉渣或返渣，再下设PVC管起拔，最终仍能将PVC管一并带出，重新扫孔至设计孔深，下PVC管再起拔套管。

4.4 高喷灌浆

以黔糯优11为供试材料，参加2013年和2014年贵州省特种稻品种(组合)区域试验及生产试验，5个试验点分布在贵州海拔254～1 140米的不同生态地区，2年共10个点(次)，对照品种为糯优6211。

4.4.1 孔口试喷。钻孔结束后，将喷射机移至成孔处进行地面试喷。先调试设备、管路，发现故障立即排除，检查各项工艺参数，避免下入孔内后才发现管路或者设备故障。在孔内重复下放、提升会对PVC管造成破坏，引起孔内事故(塌孔、卡喷具)，造成孔深不能满足要求。

4.4.2 下放喷具。孔口试喷完成后，用封口胶带将喷嘴缠绕并密封，以防止喷嘴堵塞。下喷具前对该孔孔深进行测试，待现场技术人员认可后方可下放喷射管至孔底。如孔深不能满足验收深度(该孔可能出现串浆、塌孔现象)，把喷具下放至塌孔处，先开风，待孔口返气后，再开高压注浆泵使压力调在5MPa左右，然后旋转下放至孔底。如下放不到验收深度，提出喷具重新扫孔。

4.4.3 制浆。水泥采用标号P.042.5R号硅酸盐水泥，采用ZJ-400型高速搅拌机制浆，SGB6-10型送浆泵送浆，浆液比重为1.5g/cm3～1.8g/cm3(水灰比1∶1～0.5∶1)，如需掺加外加剂时，浆液配比将通过试验确定。水泥浆液搅拌时间不少于30s，水泥浆液必须搅拌均匀，随拌随用。余浆存放时间:当环境气温10℃以下时，不超过5h；当环境气温10℃以上时，不超过3h。当浆液存放时间超过有效时间时，应按监理人指示，降低强度等级使用或按废浆处理。在制浆过程中遇见故障，应立即通知喷射人员，处理好后再行施工。制浆过程中应随时测量浆液密度，工作结束后，统计该孔的材料用量。浆液制备采用无受蚀水源，确保浆液质量。

4.4.4 喷射提升。喷射管下至设计深度，开始送入符合要求的水、气、浆，孔底静喷1min～3min，待注入浆液冒出孔口并返浆密度达到要求，且返浆量应大于进浆量的10%～20%后，按设计的提升、旋转、摆动、搅动速度，自下而上边转动、摆动喷射边提升，直至设计终喷高程停喷。喷射过程中如遇到特殊情况，如喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面处理后再行施工。喷射过程中，要经常校核高喷台车的提升速度和旋转速度，通过对返浆现象的观察，及时了解地层变化情况，以控制喷射效果及各项施工参数是否合理。

喷射过程中，技术人员应随时检查各环节的运行情况，并根据具体情况采取下列措施：(1)接、卸、换管要快，防止塌孔和堵咀。需中途拆卸喷射管时，搭接段进行复喷，复喷长度不小于0.2m；(2)喷射因故障中断应酌情处理，因机械故障要尽力缩短中断时间，及早恢复喷射灌浆。如中断时间超过30min，要采取补救措施，恢复喷射时，喷管要多下0.5m～1.0m，保证凝结体的连续性。

4.4.5 回灌。旋喷结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至浆面不再下沉为止。回灌浆液一般采用邻孔高喷返浆冒浆自流充填。

4.4.6 灌浆记录。喷浆施工过程中，做好喷浆记录，特别是记录异常孔段的处理(如孔口不返浆、加砂、补浆、控制性灌浆等情况)。每班及时收集原始记录资料，并整理好归档。

4.4.7 特殊情况处理

(1)搭接长度。喷射过程中当喷嘴堵塞、喷射中断时，应当立即停止提升和旋转，把喷具提出孔外，排除故障后下至孔内进行复喷，时间超过30min,在原喷射的高程上重复搭接喷射长度不小于0.5m；提升过程中接、卸、换管要快，防止塌孔和堵咀，因拆卸喷具而中断时，重复高喷喷射长度不小于0.2m；喷具下不到位时，扫孔直至搭接中断处至少1.0m以下；

(2)严重漏浆。降低喷射压力及流量，进行原位静喷灌浆，向孔内填入砂，孔口补0.8∶1～0.5∶1的膨润土进行灌注，在补浆里面加入2%～3%的水玻璃或絮凝剂灌入孔内，直至孔口返浆正常后再进行旋转提升。孔口少量返浆，降低提升速度；

(3)间歇性返浆、返浆密度低。间歇性返浆采用降高压、降提升速度，孔口正常返浆后正常提升，可对该段适当复喷。返浆密度低，原位静喷一段时间，静喷超过20min，需起拔喷具至孔口，使用螺杆泵进行控制性灌浆。控制性灌浆采用0.8∶1～0.5∶1的膨润土水泥浆液进行灌注，浆液中添加2%～3%的水玻璃或者絮凝剂灌入孔内，直至孔口返浆正常后再进行高喷灌浆。

5 成果分析

浆材耗用量见表2所示。

表2 浆材耗用量计算

由表2分析，可得如下成果：(1)高压旋喷灌浆Ⅰ序孔148个，Ⅱ序孔146个，共计294个；(2)Ⅰ序孔灌注水泥量118573.40kg，Ⅱ序孔灌注水泥量925514.60kg，共计2111246.00kg；(3)Ⅰ序单位耗灰量为820.58kg/m，Ⅱ序单位耗灰量为720.86kg/m；(4)Ⅱ序高压旋喷灌浆孔单位注入量大于Ⅰ序高压旋喷灌浆注入量，因施工顺序为先Ⅰ序后Ⅱ序，所以Ⅰ序施工时，部分水泥流失(接触层吸浆、断层吸浆及裂隙吸浆等)。在吸浆部位饱和时，Ⅱ序的单位注浆量小于Ⅰ序单位注浆量，由此看出，本次高喷施工参数满足设计要求，为高喷桩质量垫定了基础。