公平水库除险加固工程高压摆喷灌浆施工方案讲义.docx
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公平水库除险加固工程高压摆喷灌浆施工方案讲义
海丰县公平水库除险加固工程
高压摆喷灌浆施工方案
批准：
校核：
编制：
中国安能建设总公司
海丰公平水库工程项目部
二O一一年三月
1、说明
1.1编制依据
（1）海丰县公平水库除险加固工程招标文件、设计报告、施工图纸及技术要求；
（2）《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200—2004）；
（3）《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100—1999）；
（4）《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—89）；
（5）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）；
（6）《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31—2003）；
（7）相关水利水电工程施工技术规范；
（8）类似工程的施工实践经验。
1.2适用范围
本施工方案适用于公平水库除险加固工程高压摆喷灌浆施工。
1.3编制原则
（1）确保技术方案针对性、操作性强，施工方案经济、合理；坚持技术先进性、科学合理性、经济适用性与实事求是相结合；根据工程地质、水文地质、周边环境及工期要求等条件选择最具实用性的施工方案和机具设备。
（2）技术可靠性原则
根据本工程施工特点，依据施工规范和类似工程的施工实践经验，选择可靠性高、可操作性强的施工技术方案进行施工。
（3）经济合理性原则
针对工程的实际情况，本着可靠、经济、合理的原则选择施工方案，施工过程实施动态管理，从而使高压摆喷灌浆施工达到既经济又优质的目的。
（4）环保原则
施工前充分了解工程周边环境情况，紧密结合环境保护要求进行施工。
施工中认真作好文明施工，减少空气、噪音污染，施工污水、废浆经沉淀后排放到指定位置。
2、工程概况
2.1工程位置及设计概况
2.1.1工程位置
公平水库位于海丰县最大的河流黄江河上游，水库集雨面积317km²。
水库西连公平镇，东邻平东镇，北接黄羌镇，南距海丰县城13km，汕尾市区40km，距国道广汕公路10km，是一座综合利用水资源的国家大（Ⅱ）型水利工程。
2.1.2设计概况
公平水库工程始建于1959年10月25日，竣工于1960年2月10日，历时百天，依靠人工填筑而成。
水库建成以后经多次扩建与加固，1988年加固后形成现有工程规模。
水库先后建成电站2座，总装机容量2900kw，其中渠首电站2×200kw，归河电站2×1250kw。
公平水库大坝于2008年12月完成了安全鉴定工作，被评定为“三类坝”，需尽快进行除险加固。
高压摆喷灌浆施工部位包括主坝（1720m）和副坝Ⅰ（1720m），摆喷采用折接形式；其中主坝高压摆喷灌浆孔间距分别为1.20m和1.30m，副坝Ⅰ为1.40m；具体情况见图2-01高压摆喷灌浆平面布置图及表2-01高压摆喷灌浆工程量统计表。
图2-01高压摆喷灌浆平面布置图
2.2工程地质和水文地质条件
2.2.1工程地质
公平水库坝体以厚层粉质粘土夹细砂及粘土等组成，地层主要为人工堆积层、第四系冲积层和燕山三期黑云母花岗岩层；按地层和物理力学性质，各地层特征自上而下依次为人工填土、粘性土、砂层、泥质砂卵砾石层、全风化层、强风化层和弱风化层等。
2.2.1水文地质
大坝主要坐落在第四系地层上，两岸均与山丘相连接，其地下水位略高于库水位，为地下水补给库水。
坝基表层大多分布有3m～7m粘性土层，在主坝和副坝Ⅰ其下为强透水的砂层，属典型的二元结构。
地下水以孔隙潜水为主，主要赋存于沉积砂层中，局部有微承压现象，地下水活动与库水位、大气降水关系较为密切。
主坝老河床部位砂层的含泥量较少，坝基渗透性较大，其中主坝Z0+475、Z1+045、Z1+280、Z1+875等四处坝脚下游见有冒水点，出露高程为5m～6m左右。
副坝Ⅰ为古河床，坝基下伏砂层较厚，2.1m～10.5m，含泥质较多，透水性相对稍差，目前坝脚下游未见有管涌现象。
2.3主要工程量
高压摆喷灌浆工程量统计表
序号
工程部位
工程项目
孔数（个）
工程量（m）
备注
1
主坝
高压摆喷灌浆
1355
34867
2
副坝Ⅰ
高压摆喷灌浆
1229
28223
合计
2584
63090
备注：
本表工程量为估算值。
3、施工总体安排
3.1总体施工方法
3.1.1施工方法
本工程高压摆喷灌浆采用三管法施工，为防止在摆喷施工过程中相邻两孔串浆，将采取分序施工的方法，即将摆喷灌浆孔分为Ⅰ序和Ⅱ序，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。
3.1.2施工安排
根据主坝Z0+000～Z0+500施工段（孔距1.20m）试验完成及现场施工条件，采用4台地质钻机钻孔和2台高喷机进行摆喷灌浆施工。
主坝Z0+500～Z1+720施工段待试验完成后，用主坝现有的高喷设备继续进行施工。
副坝Ⅰ施工段待进行试验后安排4台地质钻机钻孔和2台高喷机进行摆喷灌浆施工。
3.2施工进度计划及强度分析
高压摆喷灌浆施工准备投入4台套钻孔设备，2台套灌浆设备；每台套钻孔设备生产效率为80m/天，每台套灌浆设备生产效率为150m/天。
（1）主坝Z0+000～Z0+500施工段（孔距1.20m），工程量约为12182m；于2011年4月初开始施工，考虑雨天等不利因素，估计本段施工需历时70天左右，在6月上旬可结束施工。
（2）主坝Z0+500～Z1+720施工段（孔距1.30m），工程量约为22685m；计划于2011年6月中旬开始施工，考虑雨天等不利因素，估计本段施工需历时100天左右，在9月下旬可结束施工。
（3）副坝Ⅰ施工段（孔距1.40m），工程量约为28223m；计划结合土方填筑施工情况，在2011年6月中旬进行灌浆试验，10月上旬正式施工，考虑雨天等不利因素，估计本段施工需历时100天左右，在2012年1月上旬可结束施工。
3.3资源配置计划
3.3.1劳动力计划
劳动力具体分工如表3-01所示，施工中采用两班制，在施工中各司其责，认真负责，相互协作，互相监督。
钻孔人员做好先导孔钻孔记录工作，取得第一手地质资料，以便技术人员根据地质资料及时调整摆喷灌浆技术参数，记录人员及时整理当班施工记录。
表3-01劳动力计划表
序号
工种
人数
职责
备注
1
泥浆泵、空压机操作手
8
负责送浆、送气
2
钻灌工
8
负责钻孔、喷射
3
搅浆工
8
负责浆液配置
4
辅助生产人员
1
负责水、电、修理等
5
管理人员
2
负责施工管理
合计
27
3.3.2主要施工机械设备
表3-02主要机械设备配置表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
地质钻机
XY-150
台
4
2
高喷台车
XO-30B
台
2
3
空压机
台
2
4
高压泵
XPB-90C
台
2
5
高速制浆机
ZJ-400
台
2
6
搅拌机
YJ-800
台
2
7
灌浆机
HB-80
台
2
8
泥浆泵
BW-150
台
4
9
潜水泵
IS125-100-200
台
4
4施工方法
4.1施工原理与工艺流程
三管法摆喷灌浆是一种水、气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法；即用三列喷射管使高压水和空气同时横向喷射，切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土向地表排除；与此同时，另一个喷嘴将水泥浆低压力喷射注入到被切割、搅拌的地基中，使水泥浆与地基中各介质混合达到防渗、加固的目的。
采用三管法摆喷灌浆，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气；喷射时达到预定的喷射压力、喷浆量后，静喷5～8分钟后开始提升喷管，喷管分段提升的搭接长度不小于0.5m；当达到设计高程或地面出现溢浆现象时，立即停止摆喷工作，拔出喷管并清洗管路。
三管法除可延长喷射距离、增大切削能力外，利用置换作用通过压缩空气把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入；此外还有充填、渗透、压密、固结等作用。
摆喷灌浆施工工艺流程见图4-01。
图4-01摆喷灌浆施工工艺流程图
4.2施工技术参数
根据施工经验，我部初拟高压摆喷灌浆施工技术参数见表4-01。
表4-01高压摆喷灌浆施工技术参数表
项目
技术参数
水灰比
1.0:
1.0
高压水
压力
38MPa
流量
75L/min
压缩空气
压力
0.75MPa
流量
1m³/min
水泥浆
压力
0.5～0.7MPa
流量
60～80L/min
提升速度
土层
18cm/min
砂层
14cm/min
卵石层
10cm/min
气喷嘴
直径
6mm
数目
2个
水喷嘴
直径
1.8mm
数目
2个
喷嘴与轴线夹角
30○
摆角
25○
高压摆喷灌浆施工前先进行灌浆试验，根据试验结果调整浆液配合比、提升速度等各项技术参数。
4.3高压摆喷灌浆施工方法
4.3.1施工准备
（1）场地平整
正式进场施工前，进行管线调查后，清除施工场地障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实；同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地“三通一平”。
（2）桩位放样
施工前用全站仪测定摆喷施工的控制点，埋杆标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设孔位，并用竹签钉紧，一孔一签，保证孔位偏差小于50mm。
（3）修建排污和灰浆拌制系统
高压摆喷灌浆施工中会产生10～20％的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件进行无公害排放，沉淀的泥土清理至指定地点；沉淀和排污统一纳入全场污水处理系统。
灰浆拌制系统设置在水泥棚附近便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆运送设备等组成。
4.3.2钻孔施工
（1）钻孔施工工序为：
放线布孔→钻机就位→钻机调整（采用水平仪）→开孔→钻进→终孔→取钻杆→测斜→终孔验收。
（2）钻机就位、安放在设计的孔位上，管架定位准确、安装平稳，钻孔孔位偏差不大于5cm，孔深偏差不大于10cm，孔底沉淀不大于20cm，孔斜率小于1%。
（3）钻孔分两序施工，基本孔先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。
（4）钻孔记录：
钻孔过程中，先导孔详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据获取岩芯情况判断地层分层深度情况，并确定孔深。
4.3.3摆喷灌浆施工
（1）钻孔孔深、孔斜满足设计要求后进行高压摆喷灌浆。
（2）下喷管前在地面试喷，满足设计、施工要求并在设备运转正常后进行施工。
（3）泵压和风压达到要求且孔口返浆比重大于1.3g/cm3后，提升、摆动喷管，进行由下而上喷浆注浆作业，直至喷到设计高程。
（4）当喷浆管提升接近桩顶时，从桩顶以下1.0m开始，慢速提升喷浆至桩顶。
（5）高喷作业完成后，安排专人连续将冒浆回灌至孔口，直到浆液面稳定为止，确保孔内浆液面在未凝之前的稳定和压实。
（6）喷浆施工完毕，用清水把泥浆泵和管路内的残留浆液全部喷射排出。
其它设备用低压水冲洗干净，架起高喷管离地存放。
5、质量标准及检查措施
5.1高压摆喷灌浆施工技术标准
高压摆喷灌浆施工技术标准见表5-01。
表5-01高压摆喷灌浆施工技术标准一览表
序号
项目名称
技术标准
检查方法
备注
1
钻孔垂直度允许偏差
≤1％
KXP-1S测斜仪
2
钻孔位置允许偏差
≤50mm
尺量
3
钻孔深度允许偏差
≤20cm
尺量
4
水灰比
1:
1
比重计
5
气压
0.75Mpa
仪表
6
水压
38Mpa
仪表
7
浆压
0.5～0.7Mpa
仪表
8
进浆密度
1.5～1.57g/cm³
比重计
9
回浆密度
≥1.2g/cm³
比重计
5.2施工检查内容
（1）施工前检查
在施工前对原材料、机械设备和喷射工艺等进行检查，主要包括以下内容：
①原材料（水泥、掺合料、外加剂）的质量合格证及复检报告，拌合用水的鉴定结果。
②浆液配合比是否适合工程实际土质条件。
③机械设备运转是否正常，在施工前对高喷设备、地质钻机、高压泵、泥浆泵等进行试运行，确保施工设备安全运行。
④施工前对地下障碍情况统一进行排查，以保证钻进和喷射达到设计要求。
⑤施工前检查孔位和压力表的精度及灵敏度。
（2）施工中检查
施工中重点检查内容包括：
①钻杆的垂直度及钻头定位；
②水泥浆液配合比及材料称量；
③钻机转数、沉转速度、提钻速度及旋转速度等；
④喷射灌浆时喷浆（喷水、喷气）的压力、灌浆速度及灌浆量；
⑤孔位处的冒浆情况；
⑥喷嘴下沉标高及喷管分段提升时的搭接长度；
⑦施工记录是否完整，施工记录应在土层变化交界处记录一次压力流量数据。
（3）施工后检查
施工后主要对加固土体进行检查，包括：
①固结土体的均匀性及整体性；
②固结土体的有效直径；
③固结土体的强度；
④固结土体的抗渗性。
5.3成墙质量检查
（1）质量检验时间、内容
施工质量的检验应在高压摆喷灌浆结束一周后进行，检查内容为围井检测渗透系数。
（2）质量检验数量、部位
检验数量为3～5个单元布置一个围井，根据监理要求布置在地层复杂、漏浆严重、可能存在质量缺陷的部位。
（3）检查方法
围井检查在高喷灌浆结束7d后进行，如需开挖或取样，宜在14d后进行。
围井法采用将围井开挖一定深度后，注水或抽水进行静水头压水试验，计算出渗透系数k值；也可在围井中心部位钻孔，下过滤管，在管内进行注水或抽水试验；渗透标准为K值不大于i×10-6cm/s（i=1～9）。
6、质量、安全、环境保护措施
6.1质量保证措施
为保证摆喷灌浆的施工质量，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，拟采取如下质量保证措施达到施工质量目标。
⑴放喷管前，先在地面试喷，待水、气、浆压正常后，才可下喷管。
⑵摆喷灌浆应分序施工，防止施工中相邻两孔串浆，相邻两孔施工时间间隔不少于48小时。
⑶采用42.5R普通硅酸盐水泥作为主要灌注材料，同时拌入膨润土和碳酸钠掺合料（膨润土为水泥重量的3%、碳酸钠为膨润土重量的3%）。
每批水泥进场必须出具合格证明，并按每批次现场抽样检查，合格后才能投入使用。
施工中所用计量工具均应进行鉴定，水泥进场后应垫高水泥台，覆防雨彩布，防止水泥受潮结块。
⑷施工现场配备比重计，按时测量浆液比重，严格控制水泥用量。
灰浆拌制应均匀，并进行过滤。
喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。
⑸施工前应进行灌浆试验，确定摆喷施工参数，保证施工质量和防渗效果。
⑹严格控制提升速度，喷浆过程应连续均匀；若喷浆过程中压力出现骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时处理；如需将喷管提出地表，复喷时搭接长度不少于0.5m，防止出现断墙现象。
⑺高喷孔摆喷结束后，应进行孔口回灌，直至孔口浆面不下降为止，保证墙顶标高满足设计要求。
⑻因地下孔隙等原因造成返浆不正常、漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后再进行提升。
⑼地质钻机钻孔施工时，应保证钻机水平、立轴垂直，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏大。
为保证顺利安放喷管，钻孔直径应不小于￠110mm，岩心管长度不少于3m，采用泥浆护壁成孔。
⑽实行技术人员随班作业制，技术人员必须时刻检查水、气、浆的压力、提升速度、进回浆比重等参数是否符合设计要求，及时处理施工中的质量隐患。
当出现实际施工情况与工程地质报告不符等情况时，应及时处理并详细记录，认真如实填写施工报表，客观反映施工实际情况。
⑾如地质条件变化异常，需调整施工参数时，应及时向监理汇报，经监理同意后方可调整。
⑿高压摆喷作业应连续施工，若施工过程中停电时间过长，则启用备用发电机，保证施工正常进行。
⒀施工现场配备常用机械设备配件，保证机械设备发生故障时，能够及时抢修。
6.2安全保证措施
根据高压摆喷灌浆施工的作业特点，按照国家《劳动保护法》发放相应的劳保用品：
如安全帽、工作服、橡胶手套、防尘口罩等。
上岗前对施工人员进行安全知识教育培训，严格执行国家法律、法规、作业标准和工程安全管理规定，为本工程安全目标的实现提供必要保证。
6.2.1施工现场安全保证措施
⑴加强对安全生产的管理，对施工人员进行安全生产教育。
⑵制定安全生产规章制度，严格施工程序，加强机械操作人员的管理，施工机械由专人负责，严禁串岗作业。
⑶严禁违规操作，不得违章指挥。
⑷定期或不定期组织安全检查，及时发现、整改安全隐患，对违章操作人员进行教育处罚。
⑸施工材料堆放有序，不占压运输通道。
⑹配电箱开关应配备漏电保护器，并设置操作指示和安全警示。
⑺拌制水泥浆时，施工人员应佩戴好防尘口罩。
⑻经常检查浆、气、水的管路是否通畅及有无破损，发现问题及时更换，以防伤人。
6.2.2施工机械安全保证措施
⑴高压泵指定专人负责，定期检查压力表及机械运转情况，保证正常使用。
⑵机械操作人员应熟悉机械原理并能熟练操作。
⑶施工中机械发生故障时，必须卸压后方可进行拆卸处理，不得在高压下拆除连接接口。
⑷高压管在使用时不得超过允许压力范围。
⑸喷射施工结束后，应立即将喷管、泵及高压管用清水清洗干净，防止浆液凝结后堵塞管道，造成再次喷射时管道内压力骤增而发生意外。
⑹施工机械运转部分应设置安全防护罩。
⑺施工机械定期进行维修，确保作业安全。
6.3环境保证措施
⑴加强对施工人员的环保思想教育，重视环境保护、文明施工，保护和改善施工现场的环境，防止水土流失，保护库区内珍稀濒危鸟类等动植物。
⑵严格采取措施，在施工期间对附近不影响施工的树木以及水电等设施予以保护。
⑶做好施工人员劳动保护工作，水泥制浆人员必须佩戴防尘口罩，防范职业病发生。
⑷做好施工人员教育工作，采取有效措施控制人为噪音、粉尘的污染；禁止在施工现场随意丢弃和焚烧各种包装袋、油污类物质及其它会产生有毒、有害烟尘的废旧物质。
⑸不能利用的废浆及废水经沉浆池沉淀后，利用排污泵抽至监理指定部位。
⑹各种施工机械材料按规定部位摆放整齐，做到文明施工。
7、高压摆喷灌浆施工异常情况处理
根据高压摆喷施工工艺特点及工程地质情况，为保证摆喷施工质量，针对施工中可能出现的异常情况进行分析，并提出预防措施及处理方法。
7.1固结体强度不均匀现象
7.1.1产生原因
⑴喷射方法与机具没有根据地质条件进行选择。
⑵喷浆设备出现故障中断施工。
⑶提升速度、摆动速度及注浆量控制不当。
⑷喷射浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀、不充分。
⑸穿过较硬土质时产生颈缩。
7.1.2预防措施及处理方法
⑴根据设计要求和地质条件，选择不同的喷浆方法和机具。
⑵喷浆前先进行压浆、压气试验，一切正常后方可进行喷射，并保证连续施工；配浆时必须用筛过滤。
⑶根据固结体现状及墙身均匀性，调整喷嘴的摆动速度、提升速度、喷射压力及喷浆量。
⑷对易出现颈缩部位及底部不易检查处进行定位摆喷（不提升）或复喷的扩大桩径办法。
⑸严格控制浆液的水灰比及稠度。
⑹严格控制喷嘴的加工精度、位置、直径等，保证喷浆效果。
7.2达不到设计压力现象
7.2.1产生原因
⑴安全阀和管路安装接头处密封圈不严，存在泄露现象。
⑵泵阀损坏，油管破裂漏油。
⑶安全阀的安全压力过低或吸浆管内留有空气。
⑷塞油泵调压过低。
⑸压力表发生故障。
7.2.2预防措施及处理方法
及时停机检查，经检查处理后压力自然上升，并以清水进行调压试验，以达到设计压力为止。
7.3压力骤然上升现象
7.3.1产生原因
⑴喷嘴堵塞。
⑵高压管路清洗不干净，浆液沉淀或其他杂物堵塞管路。
⑶泵体或出浆管路堵塞。
7.3.2预防措施及处理方法
及时停机检查，首先进行卸压；如喷嘴堵塞将喷管提出，疏通喷嘴；其他情况堵塞时松开接头进行疏通，待堵塞消失后再进行摆喷施工。
7.4喷管下沉困难、偏斜及冒浆异常现象
7.4.1产生原因
⑴遇有地下障碍，地面不平、不实，钻孔倾斜度超标。
⑵注浆量与实际需要量相差较多。
⑶地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大，是因为有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过摆喷灌浆所需的浆液所致。
7.4.2预防措施及处理方法
⑴喷射注浆前先平整场地，钻孔垂直度控制在1%以内。
⑵利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆。
⑶控制水泥浆液配合比。
⑷针对冒浆量较小或不冒浆现象采取在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固；同时在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续摆喷灌浆。
⑸针对冒浆量较大现象采取提高喷射压力，并加快提升和摆动速度。
7.5固结体顶部下凹现象
7.5.1产生原因
在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹穴；其深度随土质浆液的析水性、固结体的长度等因素不同而异。
7.5.2预防措施及处理方法
高压摆喷灌浆施工比设计多0.3～0.5m，或在摆喷施工完毕后在凹穴部位再次注入浆液，保证灌浆质量及效果。
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