張家口市大青溝水庫高噴板墻施工

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摘   要：大青溝水庫繞壩滲流問題突出，經過高噴板墻防滲處理，解決了壩體滲漏。規(guī)范化高噴板墻施工能夠保證施工質量，加快施工進度，降低成本，節(jié)約投資。
    關鍵詞：大青溝水庫；防滲；高噴板墻；施工

    1、概述
    大青溝水庫位于河北省張家口市尚義縣大青溝鎮(zhèn)西北4 km的大青溝河主流上，1958年興建，總庫容1 392萬m3，是一座以防洪灌溉為主，兼顧水產養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫運行40年來，攔河壩左右壩肩繞滲問題突出，大壩下游形成兩片沼澤，加之攔河壩施工質量較差，心墻高度和長度都未達到原設計要求，左岸地基透水性大且沒有防滲措施，一旦高水位運行，直接威脅大壩的安全穩(wěn)定。故亟需對水庫工程進行除險加固。
    針對壩體存在問題，采用垂直防滲方案，即高噴板墻方案。高噴灌漿是一種采用高速射流束沖擊、切割破壞地層，使水泥基質漿液在噴射范圍內擴散、充填和置換，并與原地層摻混攪合后形成凝結體，從而改變原地層的結構和組成，提高地基和壩體防滲性能和承載力的施工技術。高噴板墻是采用高噴灌漿技術構筑的、以防滲為主要目的、連續(xù)的板狀結構。高噴灌漿分為旋噴、擺噴和定噴三種形式，根據(jù)鉆孔勘察資料，壩體主要由作為心墻的黏土和作為壩殼的泥質砂及少量砂壤土組成，因此高噴灌漿采用擺噴形式。擺噴灌漿范圍為樁號0＋000～0＋680 m,灌漿頂高程為117.0 m。其中樁號0＋000～0＋300 m段，擺噴板墻深入黏土心墻2.0 m;樁號0＋300～0＋680 m段，擺噴板墻深入壩基黏土層1.0 m。
    2002年10月開始高噴板墻施工，2002年11月至2003年4月14日由于天氣太冷，停止施工，2003年4月15日恢復施工，2003年5月24日冀水巖土處完成樁號0＋000～0＋440段高噴板墻施工，2003年6月6日省水利工程局六處完成樁號0＋440～0＋680段高噴板墻施工，提前完成施工任務。
    2、驗證性試驗是高噴板墻施工的基礎
     高噴板墻施工前，比照類似工程，結合本工程的具體情況，初步確定高噴板墻結構型式、孔距和高噴灌漿技術參數(shù)，然后對布孔方式、孔距；擺噴的噴射流量、壓力、擺速和提升速度；材料、設備性能及施工工藝措施等進行驗證性試驗。本工程選擇樁號0＋329.5 m和0＋440.5 m兩處進行驗證性試驗，根據(jù)試驗結果對有關參數(shù)進行了調整和完善。
    本工程采用三管法高壓擺噴灌漿，即高速射流為清水，其外側同時環(huán)繞壓縮空氣，而水泥基質漿液以較低壓力灌注。噴射管有三根管子組成，三管并列，高噴灌漿時，三管分別輸送水、氣、漿三種介質。
    高壓擺噴防滲墻采用折線搭接形式，擺噴軸線與防滲墻軸線的夾角為20°，擺角25°，設計孔距1.5 m，成墻的有效厚度不小于20 cm,最小墻厚不小于12 cm，墻體滲透系數(shù)k≤i×10－6cm/s(1≤i≤10)
    水泥采用P·032.5普通硅酸鹽水泥拌制，水泥新鮮無結塊，過4 900孔/cm2的篩余量不大于5％。
    高噴采用純水泥漿，漿液的水灰比為0.6∶1～0.9∶1。漿液的存放時間：當環(huán)境溫度在10℃以下時，不超過5 h；當環(huán)境氣溫在10℃以上時，不超過3 h；當漿液的存放時間超過有效時間時，按廢漿處理。
    主要機具設備：鉆孔、漿液攪拌機、高壓發(fā)生設備、高噴臺車、空壓機專用噴管及高壓管路等。
    3、規(guī)范化是高壓板墻施工的關鍵
    3.1 施工準備
    (1)通過招投標確定本工程由河北省水利工程局六處和天津市冀水巖土處施工。
    (2)施工前，建設單位組織設計，監(jiān)理單位向施工單位進行技術交底，并提供相關文件和資料。
    (3)施工單位編制施工組織設計，按照ISO9002國際質量標準，建立質量保證體系，制定安全操作規(guī)程、勞動保護和文明施工措施，指定環(huán)境保護措施。
    (4)施工現(xiàn)場設置廢水、廢漿處理系統(tǒng)。
    3.2 高噴板墻施工
    由于壩上氣候多變，冬季時間相當長，五個多月不能施工，施工任務相當緊迫，并且工序復雜，施工順序嚴禁，因此必須合理安排各項施工工序，確保施工工序的銜接、均衡，統(tǒng)一思想，統(tǒng)一調度，精心組織，科學施工。
    根據(jù)施工圖紙進行孔位放樣，經檢查孔位偏差全部小于5 cm。
    為了掌握地層巖性和確定防滲板墻底線高程，沿防滲板墻軸線每隔20 m左右布設一個先導孔，其深度大于高噴板墻設計深度5 m。先導孔鉆取芯樣進行鑒定，并描繪地質柱狀圖，指導施工。
    采用XY－2型工程地質巖芯鉆機鉆進成孔，鉆機或噴射機組就位后，保證其底盤水平、立軸豎直并與孔位中心對正。終孔后，用CX－45型高精度鉆孔測斜儀測量鉆孔斜度，經檢測成孔偏斜率均小于1％。
    鉆孔孔徑與噴射管外徑相適應，成孔直徑150 mm，鉆孔的有效深度超過墻底深度0.3～0.4 m。
    當高壓主噴射管下至孔底時，及時按規(guī)定的配合比制備好水泥漿液，按確定的擺噴速度原地擺動噴管；輸入水泥漿液、水和壓縮空氣，待泵壓和風壓升至設計規(guī)定值，試噴2～3分鐘，孔口返漿正常，并且返漿比重大于1.2 g/cm3 時，按確定的提升速度提升擺噴管，進行由下而上的高壓噴射注漿作業(yè)。
    注漿過程中，注漿設備的額定壓力和注漿量符合設計要求，保持管路系統(tǒng)的暢通和密封，風、水、漿連續(xù)輸送；單孔高壓噴射作業(yè)不得中途停噴和中斷。
    水泥漿液進行嚴格過濾，防止噴嘴堵塞。經常測試水泥漿液的進漿和回漿比重，當比重誤差值超過0.1 g/cm3 時，立即停止噴射提升，調至正常范圍后繼續(xù)噴射。
    噴射作業(yè)分兩序施工，首先噴射一序孔，然后噴射二序孔。相鄰孔的作業(yè)間隔不小于24小時。
    噴射管接近防滲墻頂時，從墻頂以下1.0 m開始，慢速提升噴漿至墻頂。
    靜壓灌漿：當高噴灌漿到設計墻頂后，停止輸送高壓水、高壓氣；攪拌機繼續(xù)工作，同時將噴頭提升到孔口，直至用漿液把鉆孔充滿為止。
    3.3 工程質量檢查
    施工過程中，對孔位、孔斜、噴管下入孔底深度、注入漿液和回漿比重、噴射流量、壓力、擺動速度和提升速度等工藝參數(shù)實施全過程的嚴格檢查與控制，使整個施工過程處于受控狀態(tài)。施工記錄及時、真實、準確、完整。
    通過五處開挖檢查，高噴板墻的墻體垂直度、厚度、連續(xù)性、均勻性和搭接程度均符合設計要求。
    采用圍井法檢查高噴板墻防滲性，即在板墻下游側增加三個擺噴孔與板墻軸線圍成一個五邊形的豎井，在井內中心鉆孔下過濾花管進行注水試驗，采用《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》（征求意見稿）推薦公式計算滲透系數(shù)k值，計算機理明確，成果可信。
    式中：Q——穩(wěn)定注水量(m3/d)；
    R——影響半徑(m)；
    r0——鉆孔半徑(m)；
    H——天然水位（對孔底隔水層）(m)；
    h0——鉆孔內水位（對孔底隔水層）(m)；
    k——滲透系數(shù)(m/d)。
    經計算四個圍井的滲透系數(shù)k分別為4.08×10－6(m/s)、4.61×10－6(m/s)、1.5×10－6(m/s)、1.03×10－6(m/s)，均符合設計要求。
    4、全方位動態(tài)監(jiān)理是高噴板墻施工的保證
    監(jiān)理工程師按監(jiān)理合同規(guī)定對工程的投資、質量、進度進行動態(tài)控制，才能保證高噴板墻施工正常進行。
    4.1 質量控制
    對工程的關鍵環(huán)節(jié)和部位進行旁站管理。在大壩鉆孔，高壓擺噴施工中，監(jiān)理24小時旁站管理，對鉆機定位，測量鉆孔深度，測量孔斜、高噴管下入深度，確定擺角等工序，監(jiān)理值班人員均在現(xiàn)場監(jiān)管。
    嚴格執(zhí)行質量管理程序。批準分部工程開工報告，審查原材料，檢查進場設備，不合格設備不準使用。
    審查施工組織設計，做到施工組織設計合理可行、文明施工。
    發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)偏差，及時召開會議，進行糾偏。
    4.2 進度控制
    控制工程總進度，審定施工單位呈報的施工進度計劃，按階段目標控制進度。
    及時處理技術問題。監(jiān)理組織、建設單位、施工單位就如何控制鉆孔深度、擺噴孔底高程等進行討論，達成共識，促進了工程施工。
    4.3 工程投資控制
    工程投資控制采用分部工程控制和分標段控制相結合的方式；工程投資以業(yè)主標準的標書單價為依據(jù)，按實際完成的工程量進行結算；嚴格控制增加工程量，杜絕任意增加工程項目；堅持按合同付款，按實際完成工程量簽署支付款憑證。
    本工程共完成鉆孔468個，擺噴孔466個，鉆孔8 330.4延米，擺噴灌漿7 757延米，合格率100％，優(yōu)良率97％。
    5、結論
    （1）本工程證明高壓擺噴灌漿技術適用于黏土心墻壩防滲墻工程。高噴板墻形成后，大壩上下游的兩片沼澤干枯了，解決了水庫繞壩滲流問題，保證了水庫下游人民經濟建設的正常發(fā)展。
    （2）高噴板墻施工速度快，成本較低，施工工藝較簡單。經計算高噴板墻防滲方案較貼坡防滲方案減少成本96.44萬元，節(jié)約投資20％。
    （3） 實踐證明規(guī)范化高噴板墻施工，科學、先進、適用，工序清楚，責任明確，方便管理，能夠保證工程質量，加快施工進度。在壩上天氣寒冷，風大雪多，氣候惡劣，有效施工日非常短的情況下，盡管受到“非典型肺炎”的干擾，冀水巖土處提前22天完成施工任務；省水工局六處提前9天完成施工任務。