高壓擺噴灌漿技術在壩基滲透水層中的應用

橫截面樞紐工程為1級等距建筑。設計采用高壓旁流灌溉法修建防洪墻，切斷水庫基礎上的透水區(qū)滲透。根據(jù)規(guī)范要求,在防滲墻施工前先進行高噴灌漿圍井試驗,其目的是:通過試驗找出既經(jīng)濟合理又能滿足設計要求的施工參數(shù),如孔距、噴射壓力、水、氣的流量、漿液流量、提升速度,以及擺動速度、擺角等參數(shù)。1壩上游導水墻根據(jù)設計要求,結合現(xiàn)場施工條件,將試驗場地選在溢流壩左岸上游庫區(qū)內、溢流壩段右側導水墻端約30m處。地面高程約為50.60m,地下水位距地面約3.5m,高程約47.1m。該處地質條件與施工段相同2防滲凝結體充填工藝試驗中采用新、老3管法兩種高噴工藝。老3管法采用高壓水和壓縮空氣同軸噴射破壞地層,通過射流沖切、升揚置換,低壓水泥漿跟進充填摻攪滲透形成防滲凝結體;新3管法在老3管法的基礎上,增加高壓水泥漿2次切割充填。主要區(qū)別在于,除第1次上段的超高壓水和空氣的復合噴射流體切削土層,緊接著第2次下段的超高壓漿液和空氣的復合噴射流體,在第1次切削土層的基礎上再次對土體進行切割,這樣增加射流的作用范圍,加大了切削深度,從而加大固結體的直徑。3試驗參數(shù)圍井試驗參數(shù)如表1所列,試驗孔如圖1所示。4下地殼及基巖(1)試驗場地地質情況。圍井試驗前將1#、4#、7#、10#號4個孔定為地質復勘孔。根據(jù)地質資料反映試驗部位的地層由以下幾部分組成:(1)層孔口至2.8m為粘土鋪蓋,呈黃色,硬塑;(2)層2.8～5.4m為細砂層、灰色稍密～中密;(3)層5.4～12.8m為砂卵石層,該層從上到下卵石含量由少到多,粒徑由小到大,以3～8cm為多,個別大于20cm,中密至密實,呈雜色;(4)層12.8m以下為礫巖強風化、采出巖心為暗紫紅色,有泥質膠結。通過圍井開挖,可以看出,圍井8m深時,地層出的卵石含量已超過50%,越到下部,卵石含量越多且卵石較大。從井底挖出的基巖,為紅色風化礫巖,單塊堅硬,塊間風化物呈暗紅色泥質膠結。(2)材料。使用東關水泥廠32.5MPa普通硅酸鹽水泥,水泥漿液容重為1.6～1.7g/cm3,分別在新老3管法施工時選兩孔摻入水泥重量3%的膨潤土,摻入膨潤土重量3%的水玻璃。(3)鉆孔。采用XU-150鉆機鉆孔,采用泥漿固壁法造孔,覆蓋層中孔徑O130mm,基巖中孔徑O110mm。鉆孔孔斜用JJX-3A型測斜儀測孔斜,斜度小于1%。(4)高噴灌漿。12個試驗孔分新3管和老3管法兩種,工藝按孔距、噴射壓力(水漿)、流量(水、漿、氣)、提升速度、擺動速度、漿液濃度等進行組合,鉆孔及高噴分序進行。5圍巖滲流場及滲流速率圍井開挖剖面示意圖如圖2所示。從圍井開挖所揭示的外觀情況看,墻體在粘土鋪蓋中均勻連續(xù),相對較薄,在砂層中均勻平整,比在粘土中厚,墻體在卵石層中厚度比在砂層中還要厚,但平整度比在砂石層中差。墻體頂部厚度如表2所列。在圍井各孔間搭接處開鑿探點看,各層的有效厚度均大于20cm。從開鑿的探點上看,Ⅰ序孔與Ⅱ序孔主要為互融式膠結,分不清Ⅰ序與Ⅱ序的先后,這主要是Ⅰ序與Ⅱ序之間相對時間不長,使之能相互融合;Ⅰ序與Ⅱ序孔相隔時間較長的,兩序間為焊接式連接,連接處均無滲水現(xiàn)象。從圍井下部份開挖所揭露的墻體情況看,無論是老3管法還是新3管法,墻體的形成除射流沖切作用外,漿液的滲透凝結作用顯著,在高噴射流幾何形狀的一側,漿液的擴散范圍超過30cm,但通過滲透擴散所形成的凝結體強度極低,這可能是地層結構松散透水強,在水頭作用下對膠結材料凝結構成最不利的因素。當開挖5.1m時,8h滲水量約1m3,折合約125L/h。當開挖深度8.1m時,根據(jù)水泵出水量和抽水歷時折算滲水量約1.23/,并發(fā)現(xiàn)兩處有滲水現(xiàn)象,從墻面上看,該處卵石含量不但多而且粒徑大。據(jù)此分析,井內滲水來源于局部卵石較大且集中處。圍井開挖深度達9.6m和11.9m,持續(xù)抽水圍井內出水量分別為1.4m3/h、1.70m3/h,根據(jù)達西定律的經(jīng)驗公式,平均滲透系數(shù)為式中Q為滲透流量,m3/s,Q=1.70m3/hL為圍井軸線周長,L=14.8mH為圍井滲透墻高,H=49.8-37.8=12.0mh為滲穩(wěn)定水位下的井內外水頭差,取h=49.8-38.7=11.1m當取Q=1.70m3/h時,計算得平均滲透系數(shù)K=8.91×10-6cm/s。在圍井的墻體上,在1#～2#、3#～4#、7#～8#孔交接處鉆取了3個孔的巖芯。分別代表了新老3管法兩種工藝的取芯情況,從取芯情況看,兩種工藝成墻從取芯上看無差別,3個孔的取芯情況是:粘土層和砂層中取芯率能達到90%以上,砂卵石層上部卵石含量相對較少時,取芯率在60%以上,取成柱狀巖芯。但到卵石層下部,卵石含量相對較多且較大時,只能取出經(jīng)切割的卵石和其中的較少卵石,卵石上可見水泥漿凝結的膠結物巖芯不成柱狀。在砂層及礫石含量較少的地層中取芯,其砂層及砂層底部芯樣抗壓強度最大36MPa,最小8MPa。6不同粘土鋪蓋層通過開挖可明顯看到墻體平面情況、墻體搭接情況、防滲等直觀效果。從表觀上看:高壓擺噴灌漿所形成的墻體砂卵石層中最厚,砂層中次之,粘土鋪蓋層中最薄;影響半徑砂層中最大,卵石層中次之,粘土層中最小。新3管法比老3管法墻體略厚,墻體有效直徑略大,新3管法水