技术总结 浅基坑砂卵石围堰振冲灌浆防渗技术研究.docx

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技术总结浅基坑砂卵石围堰振冲灌浆防渗技术研究

水电七局有限公司二分局

浅基坑砂卵石围堰气浆振冲注浆防渗

技术研究

2011年度结题验收技术总结

水电七局二分局

2011年11月30日

目录

1课题立项背景1

1.1应用前景1

1.2依托工程概况2

1.2.1工程概况2

1.2.2工程地质条件2

1.2.3依托工程施工难点2

1.3课题立项3

2课题研究内容及主要技术指标4

2.1课题研究内容4

2.2课题主要技术指标4

3课题研究的总体思路和技术路线5

4课题主要研究方法及实施情况6

4.1主要研究方法6

4.2课题实施情况6

5课题研究取得的主要成果7

5.1施工原理7

5.1.1振冲器原理7

5.1.2施工原理7

5.2施工参数7

5.2.1设备选型7

5.2.2孔距7

5.2.3注浆量8

5.2.4注浆压力8

5.2.5气压8

5.2.6振冲器贯入速度及提升速度8

5.3施工工艺及质量控制8

5.3.1施工工艺及质量控制8

5.3.2重点难点9

6主要技术创新点及先进性10

6.1研究成果的特色10

6.2研究成果的先进性、创新性10

6.3成果总体水平评价10

7经济和社会效益分析11

7.1经济效益11

7.2社会效益11

8推广应用情况及应用效果12

9主要结论13

9.1进度方面13

9.2质量方面13

10建议14

浅基坑砂卵石围堰气浆振冲注浆防渗技术研究

1课题立项背景

1.1应用前景

近年来，我国水利水电建设快速发展，建设项目的数量和规模达到了前所未有的水平。

小型水利水电枢纽工程也越来越多，而一个水电站项目不论大小，导流是必不可少的一个重要环节，围堰为其一个重要部分，围堰防渗成功与否直接关系到水电工程建设的顺利，围堰及围堰防渗工程在水电建设工程中占据重要地位，直接关系到水电建设工程的进度和投资。

围堰防渗施工，根据围堰堰体及堰基覆盖层厚度及地层组成情况，常用的防渗方法主要有高压喷射灌浆、混凝土防渗墙、粘土芯墙、水泥或粘土水泥灌浆、自凝灰浆槽、板桩灌注墙、防渗土工膜等。

现有各种工艺均较为成熟，然而都有各自的局限性。

振冲技术已广泛应用于软土地基加固中，随着技术的发展，振冲器的性能也在不断改进，但在围堰施工中在国内还是首次使用。

本工程依托甲米一级水电站枢纽工程，根据工程实际情况，对围堰防渗施工进行了课题研究，将改造的振冲器用于到了围堰施工中。

甲米一级水电站围堰基础防渗原方案是采用高喷防渗，该工程围堰分两期施工，一期围堰设计长度240m，二期围堰设计长度180m，围堰堰体及堰基均为砂卵石。

由于本工程围堰顶部至基坑最深处仅10m，采用高喷防渗方案施工工期较长，材料消耗较大，水泥浆流失较大，成本较高。

根据甲米电站工期和资金情况，特别是首部枢纽一期工程，由于基坑地质条件差，地基处理工程量比招标文件时增大，采用高喷防渗方法在工期和资金方面均不能满足项目要求。

根据围堰堰基及堰体地层特性，经方案比较及反复论证，基于振冲法和高压喷射注浆法进行改进，对振冲器进行技术创新改造，形成的一种新的方法——气浆振冲注浆，该方法不但具有振冲法成孔快、对孔壁具有振密的特点，还具有高压喷射注浆法良好的加固效果；同时，气浆振冲注浆所能达到的有效桩径均高于振冲法及高压喷射注浆法，从而能够更有效的止水或提供更高的复合地基承载力，由于振冲器的振动作用，气浆振冲注浆法还可有效的消除地基液化问题；另外，相对高压喷射注浆法，它在设备、资金、材料投入相对较少，施工成本低，工序简单易于操作，缩短工期，水泥浆液流失相对较少，在环保上具有明显的优势，对浅基坑砂卵石围堰防渗较为适合。

可为砂卵石防渗及软基基础加固施工探索一条新的施工技术方法，为类似工程提供借鉴和参考，在软基处理中有广阔的应用前景，具有良好的社会效益和经济效益。

1.2依托工程概况

1.2.1工程概况

本课题研究依托对象为甲米一级水电站工程，工程位于四川省凉山州盐源县盐塘河干流甲米河上，取水枢纽位于盐塘河甲米村上游约5.3km，距县城约54.7km；厂区位于桃子乡跨棉村，距盐源县城约67km，距西昌市区约220km，盐泸旅游公路沿盐塘河于电站河对岸通过，交通方便。

甲米一级水电站系具日调节功能的引水式电站，电站装机3×12MW，设计水头90m，设计引用流量45.45m3/s。

电站枢纽建筑物由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。

首部枢纽拦河闸坝由泄洪冲沙闸段及左右侧非溢流坝段组成，拦河闸坝基置于砂卵石地基上，最大坝高12.49m，坝顶全长95.72m。

该工程围堰分两期施工，一期围堰设计长度240m，二期围堰设计长度180m。

围堰顶宽3.5m，高度2m，坡比1:

1。

1.2.2工程地质条件

坝基岩层包括覆盖层和基岩两大部分：

坝基覆盖层厚31.4～35.15m，分8个小层，依次为①卵石层，厚3.85～6.35m，结构稍密，地基承载力为0.48Mpa，②细砂层，厚2.16～3.41m，结构松散～稍密，承载力为0.14MPa～0.28Mpa，③粘土及粉质粘土层，厚度8.94～12.67m，棕色，结构松散～稍密，渗透系数1.38×10-4～1.59×10-5cm/s，承载力为0.125Mpa，④粘土夹碎石层，坝址上游有出露，⑤～⑦卵石层，该层地基承载力较高，⑧细砂层，厚度3.14～6.55m，含少量卵砾石，稍密，地基承载力较低，埋深30多米。

基础宜置于第①卵石层上，其下作防渗和地基加固处理。

1.2.3依托工程施工难点

（1）振冲施工用于地基加固处理，用于围堰防渗属首次，无任何经验借鉴；

（2）防止出现防渗幕墙在围堰轴线方向及高度方向的不连续，导致幕墙不密闭，使防渗失败；

（3）强透水情况下快速成槽成墙以及对透水点补漏。

1.3课题立项

气浆振冲注浆法用于砂卵石围堰防渗在我公司属首次，通过本工程的实施，可以为我公司在砂卵石围堰采用气浆振冲注浆法防渗施工总结制定出一套完善的施工技术措施。

项目部于2011年5月中旬向公司提出了关于《土石围堰气浆振冲注浆防渗技术研究》的立项申请，公司于2011年6月批准了我部的立项申请，并与我部签订了相关的科研合同。

2课题研究内容及主要技术指标

2.1课题研究内容

课题研究主要内容如下：

（1）振冲器设备选型及改造；

（2）气浆振冲注浆施工技术用于围堰防渗的施工工艺，施工技术参数，质量控制要求；

（3）探索气浆振冲注浆施工技术用于砂卵石围堰防渗的可行性、经济性。

2.2课题主要技术指标

根据甲米电站首部枢纽工期及费用相对紧张的状况，经过与业主、监理的协商，在技术人员的共同努力下，利用振冲法及高压喷射灌浆施工原理，将振冲器进行改造后用到围堰施工中，形成一种新的方法——气浆振冲注浆法。

气浆振冲注浆技术代替高喷防渗施工，具有施工速度快、投资小、工序简单易于操作、降低水泥用量、浆液损失量少；

施工参数：

钻孔参数：

孔径0.8m，孔距0.6m，搭接成墙，成墙厚度0.7m～1m，孔深10m；

灌浆参数：

浆液浓度0.6:

1～1:

1，风压力0.6Mpa，浆液压力0.3～0.5Mpa，灌浆量60L～140L/分钟；

振冲器正常贯入速度：

80～100cm/min；

振冲器提升速度：

50cm/min；

水泥采用42.5R早强水泥。

3课题研究的总体思路和技术路线

课题主要从施工技术、施工工艺出发展开研究。

通过现场试验校正有关技术参数，将生产性试验确定的技术参数应用于实际施工中，通过实际施工修正部分技术参数和施工工艺，从而确定较优的技术参数和施工工艺、施工方法。

4课题主要研究方法及实施情况

4.1主要研究方法

课题研究中，注重理论研究、试验与应用研究。

注重成果的实用性、可靠性和先进性，从理论、试验及现场施工实践三个层面开展相关的科技攻关工作。

通过理论和试验研究，为工程施工相关技术参数的选取和施工方法、工艺的决策提供指导依据，同时通过现场施工实践的检验、反馈和优化，达到进一步完善研究成果的目的。

4.2课题实施情况

完成了课题研究内容和目标考核任务，并及时提交成果资料。

课题成果应用后，依托工程快速、经济的施工完成。

课题研究取得的施工技术，值得在同类工程中推广应用。

依托工程一期围堰（上游、下游、纵向围堰，围堰注浆总长240m）气浆振冲注浆法施工2009年12月28日开始，2010年1月5日结束，工期9天。

二期围堰（上游围堰、下游围堰，围堰注浆总长180m）气浆振冲注浆施工2010年12月1日开始，2010年12月17日结束（12月5日～15日振冲器故障），工期6天。

5课题研究取得的主要成果

5.1施工原理

5.1.1振冲器原理

振冲器由偏心振动体、潜水电动机、射水管总成、上接套、密封垫、减震器、高压胶管及导向管总成等组成，各部均用螺栓联接成一体。

改造后的气液注浆式振冲器是在原振冲器的内部，增加了压气管总成，并在振冲器端头设置小孔径的出气孔，外部配置高压胶管与空压机相连。

5.1.2施工原理

施工原理：

气浆振冲注浆法是基于振冲法及高压喷射注浆法进行改进后的一种施工方法，在原有振冲+水的基础上，将水管用于输送浆液，同时增设了空气喷射通道，即振冲+浆液+气体三相结合进行岩土施工。

它是利用气浆振冲器的振动，对原土层进行扰动，重新组织土颗粒的排列方式，重塑土层结构。

在振动过程中，不断喷射空气流、注入水泥浆，空气流对土体中原有的空隙及裂缝再次加大，形成浆液通道，同时借助空气流的搅动，使土层中的细小颗粒或腐殖质等在气流及浆液流的浮力作用下，溢出孔口而排出，并通过浆液与土体间的凝聚作用，使加固土体硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，与土层组成复合地基以提高土体承载力，相互搭接成墙以降低土体的渗透性能。

5.2施工参数

5.2.1设备选型

根据设计地质勘探资料，本工程选用了ZCQ150型号的气浆振冲器造孔。

参数

型号

功率

（kw）

成桩直径

（cm）

备注

ZCQ150

150

80～135

桩径随土层的力学性质而异，力学性能越差，桩径越大

5.2.2孔距

孔径为桩径与两倍搭接长度之差，搭接长度一般取10cm，由于该种方法首次用于围堰防渗，故按0.6m孔距布置，搭接成槽，成墙厚度0.7m～1m，孔深10m；

5.2.3注浆量

本工程用于围堰止水，浆液量60L～140L/分钟，浆液浓度0.6:

1～1:

1，采用42.5R早强水泥。

5.2.4注浆压力

由于气浆振冲法利用振冲及喷射气流造孔，浆液填充颗粒空隙，注浆压力相对较小，浆液压力0.3～0.5Mpa。

5.2.5气压

气浆振冲注浆法喷气压力与地层的力学指标、施工环境及施工要求有关，孔隙率大，粘聚力较小的地层，较少气压即可吹入充分浆液，反之则需要较大压力，首部枢纽闸坝基础以下10m范围均为砂卵石、粉细沙层，两侧岸坡部位为淤泥质砂土，风压0.5～0.8Mpa。

5.2.6振冲器贯入速度及提升速度

振冲器贯入、提升速度受注浆量、基础地质条件、注浆孔位位置的控制，对于注浆量大、上部压力大、注浆孔深的部位，可适当加速，由于围堰止水要求高，其提升速度应小于地基处理。

振冲器正常贯入速度：

80～100cm/min，振冲器提升速度：

30～50cm/min。

5.3施工工艺及质量控制

5.3.1施工工艺及质量控制

（1）清理整平场地、确定注浆轴线，沿轴线开挖宽1.5m，深0.6m基槽，测放孔位，孔距60cm，并插签标识；

（2）在振冲器起吊连接管上按50cm刻度做好标识，施工机具就位，起吊振冲器对准孔位，孔位偏差控制在±5cm，钻孔的孔斜率控制在1%以内；

（3）采用高速搅拌机按0.8:

1拌制水泥浆，并在高速搅拌机出浆口设置滤网，技术人员对每桶水泥浆测量比重，严格控制水泥浆液浓度；

（4）造孔注浆：

启动动力箱，待振冲器运行正常后，开动压浆泵送水泥浆液，使振冲器徐徐贯入，施工过程中，现场技术人员采用吊锤从正面、侧面测量垂直度，防止偏斜，待振冲器达到设计孔深后，电流达到100A，再徐徐提升，至孔口50cm时停止注浆，以保证浆液不溢出孔口。

各项施工参数必须每孔观测检查，发现不符合要求的必须立即纠正，记录每孔水泥用量；

（5）施工过程中，观察围堰内侧渗水情况，如果渗水内含有较浓水泥浆，说明该部位渗漏点多，空洞大，需放慢钻孔速度，或反复钻进、提升，同时调整加浓该部位水泥浆液（0.6:

1），直至围堰内侧渗水逐渐变为清澈、渗水逐渐变小，电流达到100A，即可向下钻进。

对于有架空，涌水基础部位，可抛填袋装水泥、黄土，利用振冲器巨大的横向集振力集中、快速封堵。

（6）关闭振冲器，关闭空压机，停止供浆，清洗注浆管。

（7）为了保证防渗幕墙快速凝结成墙，将原确定采用的32.5R普通硅酸盐水泥水泥改为42.5R普通硅酸盐水泥，水泥使用前，需由实验室进行检测试验。

（8）严格值班制度，每班配置1名值班队长、1名技术员、1名修理工、1名电工、1名经验丰富的起重机操作手、8名工人，在施工过程中，技术员须随时对每个孔检查、记录各项数据，观测渗水情况并记录、拍照，值班队长与起重机操作手的默契配合，是保证施工进度的关键，同时消除人为操作造成的缺陷，并须做到人停机不停，力争连续24小时作业。

（9）停工处理：

由于停电、设备故障等原因停工后，需对搭接头进行处理。

在搭接头处能在原孔部位钻孔的可继续钻孔，如果不能在该部位钻孔，可在相邻部位重新钻孔，与已形成幕墙段搭接1m。

（10）缺陷处理：

围堰防渗幕墙施工完成，由于河道内存在较大孤石、树木等，造成局部不密闭，可在基坑抽水水位下降后，观察基坑内渗水情况，对明显渗水部位重新补灌。

5.3.2重点难点

5.3.2.1防止出现防渗幕墙在围堰轴线方向及高度方向的不连续，导致幕墙不密闭，使防渗失败；

5.3.2.2强透水情况下快速成槽成墙以及对透水点补漏。

6主要技术创新点及先进性

6.1研究成果的特色

（1）本成果围绕围堰防渗施工技术，以甲米一级水电站首部枢纽围堰为背景，基于振冲法和高压喷射注浆法，对振冲器进行技术创新改进，形成一种新的方法----气浆振冲注浆法，对现有围堰防渗理论和技术进行完善与发展。

（2）本成果反映了气浆振冲注浆法施工原理、施工工艺、技术参数等施工关键技术。

6.2研究成果的先进性、创新性

本成果基于振冲法和高压喷射注浆法进行研究，形成一种新的施工方法。

气浆振冲注浆法具有工序简单易于操作施工速度快的特点；具有投资小、节约水泥用量、减少浆液损失量，从而降低施工成本的特点。

6.3成果总体水平评价

本研究项目以甲米一级水电站首部枢纽一期、二期围堰防渗施工为依托对象，科研成果已直接应用于围堰防渗的实际施工中，不仅节约了工期，还大大节约施工成本。

首部枢纽工程因地基处理（振冲碎石桩）工程量大幅增加，工程度汛目标难以实现，围堰采用气浆振冲注浆法代替高压旋喷灌浆防渗，节约了工期，使首部枢纽工程安全度汛。

7经济和社会效益分析

7.1经济效益

采用气浆振冲注浆法代替高喷灌浆，一期围堰防渗施工工期提前约30天，二期围堰提前约25天，无形中降低了施工成本。

同时水泥浆液流失减少，节约了水泥用量，直接降低了施工成本。

优化净效益达到197万元。

7.2社会效益

气浆振冲注浆法水泥浆液流失量少，对下游河道的污染小，有利于保持下游河道生态环境。

对气浆振冲注浆法防渗技术进行研究，在国内属首次，通过依托工程的施工，可以总结制定出一套气浆振冲注浆法防渗施工工艺、施工技术，为以后类似工程提供技术保障和支持，并在软基加固处理有应用前景。

8推广应用情况及应用效果

课题研究成果应用后，依托工程围堰防渗施工快速完成，施工成本大幅降低，效益明显。

目前，本成果仅用于甲米一级水电站围堰防渗，在国内属首次，无任何经验借鉴，其各项施工参数都未得到大量数据印证，因此，还有待进一步完善。

9主要结论

9.1进度方面

采用气浆振冲注浆法代替高喷灌浆，一期围堰防渗施工工期提前约30天，二期围堰提前约25天。

节约了工期，使首部枢纽工程安全度汛。

9.2质量方面

甲米一级水电站首部枢纽围堰防渗施工过程中，运用振冲法、高压喷施射注浆法进行理论分析，通过现场试验，确定了科学、合理的施工工艺及技术参数，保证了施工质量，围堰防渗取得了优良效果。

基坑开挖后，总渗水率不大于300m3/h。

10建议

国内对气浆振冲注浆法防渗没有研究报道，甲米一级电站采用气浆振冲注浆法防渗属首次，无任何经验借鉴。

本项目对其研究程度还不够，也未形成比较完整和适用的施工工法。

建议通过大量的施工实例及数据印证，增加气浆振冲注浆防渗相关规范、规程。