鋼板樁圍堰整體防滲復(fù)合灌漿工藝研究

江道遠(yuǎn)

【摘 要】鋼板樁圍堰由于自身特殊的構(gòu)造形式，在不同的地質(zhì)條件下，結(jié)合方式存在差異，導(dǎo)致不同的結(jié)合區(qū)域存在不同的質(zhì)量問題，為有效的防范質(zhì)量缺陷，達(dá)到圍堰整體防滲的目的和效果，論文通過對鋼板樁圍堰整體防滲復(fù)合灌漿工藝的研究，確定了一套科學(xué)、高效的施工工藝，保證工程質(zhì)量。

【Abstract】Due to the special structural form of the steel sheet piling cofferdam， the combination modes are different under different geological conditions， which leads to different quality problems in different binding areas. In order to prevent quality defects effectively， and achieve the purpose and effect of the integral seepage control of cofferdam， the paper studies the integrated anti-seepage composite grouting technology of steel sheet piling cofferdam， and determines a set of scientific and efficient construction technology， so as t o ensure the engineering quality.

【關(guān)鍵詞】巴基斯坦；塔貝拉水電站；鋼板樁圍堰；整體防滲；復(fù)合灌漿工藝

【Keywords】Pakistan； Tarbela Project； steel sheet piling cofferdam； integral seepage control； composite grouting technology

【中圖分類號】TV551.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號】1673-1069（2018）11-0150-03

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北開伯爾·普赫圖赫瓦省境內(nèi)，最大壩高 143m，工程于1968年開工，1976年正式蓄水發(fā)電。 四期擴(kuò)建工程需在廠房基坑的下游形成一段東西向的鋼板樁圍堰，與東側(cè)現(xiàn)有的三期廠房混凝土擋墻和西側(cè)陸地連接，鋼板樁格體內(nèi)填充材料為拋填的松散粉細(xì)砂。 由于四期擴(kuò)建工程廠房區(qū)域位于下游深水庫區(qū)中，鋼板樁圍堰高噴防滲需在深水中施工，最大水深>30m，砂卵礫石層埋深在30～56m深度，架空嚴(yán)重，級配分部不均，質(zhì)量風(fēng)險高、施工難度大。 該類型圍堰防滲施工方式在國內(nèi)外均沒有先例。（圖1，2）

2 施工難點

鋼板樁圍堰整體防滲施工具有以下難點：

①形式結(jié)構(gòu)-30m深水區(qū)蜂窩狀直腹式鋼板樁圍堰高噴防滲，國際先例。

②防滲深度-57m，最大鉆灌深度57m，平均鉆灌深度40m，國際先例。

③地質(zhì)條件-30m人工拋填粉細(xì)砂層，國際罕見。

④施工難度-埋深30～50m架空砂卵礫石層，國際先例。

⑤結(jié)合方式-防滲墻橫向與鋼板樁圍堰結(jié)合，底部與原有水工建筑物混凝土結(jié)合，國際罕見。

3 施工措施

針對鋼板樁圍堰整體防滲的施工難點，通過在傳統(tǒng)高壓旋噴工藝基礎(chǔ)上開展鉆進(jìn)及灌漿工藝研究，處理大深度人工拋填松散粉細(xì)砂層，高埋深砂卵礫石層等特殊地層存在的問題，并結(jié)合鋼板樁圍堰特殊的構(gòu)造形式和結(jié)合方式，針對部分特殊區(qū)域引入帷幕灌漿方式，形成一套有針對性的鋼板樁圍堰整體防滲復(fù)合灌漿技術(shù)。

4 施工方法

4.1 大深度人工拋填松散粉細(xì)砂層高壓旋噴施工

4.1.1 鉆孔施工

鉆孔選用意大利C6XP全液壓鉆機(jī)，對人工拋填松散粉細(xì)砂層采用同心鉆頭跟管鉆進(jìn)，鉆頭為φ152合金球齒鉆頭，跟進(jìn)套管采用φ140無縫鋼管。在孔深30m的填砂范圍內(nèi)，同心跟管鉆進(jìn)工藝在鉆進(jìn)填砂層時孔斜率最高精度可達(dá)到<1‰，最低也可控制在5‰以內(nèi)，77%以上的鉆孔孔斜率可控制在3‰以內(nèi)，解決了深填砂層鉆孔精度控制問題。

4.1.2 灌漿施工

灌漿采用“兩重管”法，單、雙排孔均分三序進(jìn)行施工，雙排孔（孔間距75cm，排距60cm）先進(jìn)行背水面施工，然后進(jìn)行迎水面施工，自孔底部自下而上噴射成墻，每相鄰孔之間施工時段間隔不得小于48h。

4.1.2.1 PVC+泥漿復(fù)合護(hù)壁技術(shù)運(yùn)用

高噴孔鉆孔完畢利用鉆機(jī)進(jìn)行洗孔，再向鉆孔套管中注入充分?jǐn)嚢杈鶆虻狞S土泥漿，然后起卸鉆具，再下設(shè)Φ100mm特制PVC管，最后起拔套管，進(jìn)入下一道工序。PVC+泥漿復(fù)合護(hù)壁技術(shù)的主要目的是在鉆孔后和噴射前盡量降低對鉆孔的破壞，對鉆孔進(jìn)行雙重保護(hù)，主要作用為：

①能有效控制鉆孔完畢后孔內(nèi)返渣深度過大，導(dǎo)致噴具無法下設(shè)到位的問題。

②能有效控制起拔套管過程中塌孔問題。

③針對動水、架空、透鏡體、滲漏通道能起到較好的預(yù)堵漏作用。

④在噴具下設(shè)過程中，能起到一定潤滑作用，降低摩擦力。

4.1.2.2 灌漿參數(shù)優(yōu)化

針對自然狀態(tài)深填砂層這種全新的地質(zhì)條件，通過現(xiàn)場試驗與實踐，在規(guī)范允許范圍內(nèi)對常規(guī)參數(shù)進(jìn)行了較大幅度調(diào)整。自然狀態(tài)深填砂層由于受自身構(gòu)造條件的影響，在滿足有效樁徑的前提下，適當(dāng)降低灌漿壓力，減低漿液濃度，提高提升與旋轉(zhuǎn)速度，保證充足的風(fēng)壓與風(fēng)量，能解決由于噴射壓力過大、漿液與砂拌合濃度過高、提升速度慢等參數(shù)選取不當(dāng)而導(dǎo)致的噴射破壞范圍過大、墻體膠凝體濃度過高造成的大范圍塌孔、噴具抱死、風(fēng)嘴漿嘴堵塞等施工難題。

4.2 高埋深、大深度砂卵礫石層高壓旋噴施工

4.2.1 鉆孔施工

高噴防滲墻深孔位于原電站泄洪沖水區(qū)，砂卵礫石層埋深在30m～56m深度，級配嚴(yán)重不均，顆粒粒徑大、強(qiáng)度高，繼續(xù)采用同心跟管鉆進(jìn)工藝鉆孔進(jìn)尺較慢，根據(jù)經(jīng)驗及試驗對比，在對上部30m孔深人工填砂層均采用同心跟管鉆進(jìn)工藝保證孔斜的情況下，對下部砂卵礫石層采用偏心跟管鉆進(jìn)工藝，鉆孔功效高，整孔孔斜控制滿足設(shè)計要求。

4.2.2 灌漿施工

4.2.2.1 工序調(diào)整

由于圍堰地質(zhì)條件限制，鉆孔完畢全部起拔套管后，地層失去鋼套管束縛，大粒徑砂卵礫石在動水影響下迅速塌陷破壞鉆孔，整孔塌孔報廢率達(dá)到驚人的90%之高，給工程施工推進(jìn)帶來極大干擾，經(jīng)總結(jié)最終采用先下設(shè)噴具，然后分段起拔套管法，此法是在傳統(tǒng)工藝上的突破和改良。

4.2.2.2 工藝調(diào)整

在深水庫區(qū)施工，動水影響大，漿液漏失嚴(yán)重，塌孔現(xiàn)象頻繁，塌孔深度大，地層分界不明顯，為充分保證防滲質(zhì)量，實際措施為地層分界面、每次拆卸噴具搭接面、返漿比重不滿足要求或不返漿區(qū)域靜噴10分鐘，靜噴后根據(jù)返漿情況下放50～100cm復(fù)噴，對塌陷報廢孔掃孔至塌陷底部3m，重新復(fù)噴。工程施工根據(jù)現(xiàn)場實際情況擴(kuò)大靜噴、復(fù)噴工藝的處理對象、范圍，并采取相互結(jié)合方式來共同配合。

4.2.2.3 參數(shù)優(yōu)化

通過實踐，將砂卵礫石層高噴壓力提到36～38MPa，漿液排量提高到60～65L/min，提速、鉆速明顯低于人工填砂層，漿液比級提高至1：1，并在噴射前輔以0.5：1濃漿大排量無壓灌注預(yù)堵漏，直至漿液下沉速度低于1m/分鐘，開始噴射。通過高壓力、高排量，低行速、高濃度等措施，有效擴(kuò)大了動水區(qū)砂卵礫石層有效樁徑，充填范圍，保證了樁體質(zhì)量。

4.3 特殊區(qū)域帷幕灌漿施工

1#主格一半?yún)^(qū)域及左岸連接段底部為原有建筑物混凝土，高噴墻體與原混凝土膠結(jié)處由于墻體凝結(jié)收縮會產(chǎn)生縫隙；5#主格上部為填砂層，下部基巖為炭質(zhì)片巖，物理力學(xué)性質(zhì)較差，滲漏性強(qiáng)，這些區(qū)域單純依靠高噴灌漿，圍堰防滲存在質(zhì)量隱患。

帷幕灌漿孔靠鋼板樁圍堰下游側(cè)（河床側(cè)）按弧形布置1排，距離鋼板樁1.0m，孔距2.0m。高噴灌漿結(jié)束后，重新鉆孔至帷幕灌漿范圍底線，對覆蓋層及以下基巖與混凝土結(jié)合部進(jìn)行帷幕灌漿，防滲合格標(biāo)準(zhǔn)q≤3Lu。

①覆蓋層灌漿：花套管內(nèi)自下而上分段卡塞法。工藝流程為：鉆孔定位→ 鉆進(jìn)（φ152套管深入基巖0.5m）→鉆孔沖洗→起鉆→埋設(shè)φ89花套管（下管→加滿填料→起拔套管）→待凝（3天以上）→孔內(nèi)自下而上分段卡塞→開環(huán)→灌漿，段長2.0 m，壓力0.6～2.0MPa。

②基巖層灌漿：自上而下分段孔塞法。該部位覆蓋層灌漿全部完成后，利用覆蓋層灌漿花套管作為孔口管對基巖層進(jìn)行自上而下分段卡塞灌漿。工藝流程為：φ76原孔掃孔鉆進(jìn)→ 鉆進(jìn)（第一段）→鉆孔沖洗→孔內(nèi)卡塞法壓水灌漿→鉆進(jìn)（第二段）→鉆孔沖洗→孔內(nèi)卡塞壓水灌漿→ 循環(huán)鉆灌第三段及其以下孔段至終孔→封孔，段長5m，壓力0.2～2.5MPa。

③漿液配比的選取。在覆蓋層中灌注水泥-膨潤土漿液，漿液水灰比采用1：1、0.8：1、0.6：1，漿液中膨潤土摻量為2～3%?；鶐r帷幕灌漿灌注純水泥漿液，漿液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1和0.5：1?；ㄌ坠芘c孔壁間充填水泥/黏土漿液，防止灌漿過程中漿液沿孔口管外壁向上串漿。考慮到地下水的擾動及水對填料的稀釋，填料配合比為水：水泥：黏土為2：1：2.6。

5 質(zhì)量檢查

5.1 鉆孔取芯檢查

檢查孔針對不同地層、不同區(qū)域取出的芯樣無空洞氣泡，無孔隙，水泥結(jié)石強(qiáng)度高、結(jié)石率高，膠結(jié)密實、連續(xù)飽滿，平均采取率達(dá)95%以上，最長單根芯樣2.6m。根據(jù)芯樣觀察，各地層防滲處理效果極佳。（圖3）

5.2 注水試驗檢查

注水試驗全圍堰共布置5組檢查孔，從所有檢查孔注水試驗結(jié)果來看，灌漿試段滲透系數(shù)K值均在10-6cm/s量級，完全滿足規(guī)范及設(shè)計要求（K≤i×10-5cm/s）。

5.3 基坑開挖檢查

整個廠房基坑開挖基本屬于干地施工的狀況，只需1臺400m3/h水泵（另一臺備用）進(jìn)行不定期抽水即可完全滿足干地施工需要。如果考慮山體和上游壩基滲水，以及廠房施工常規(guī)性排水對基坑的影響，鋼板樁圍堰整體防滲效果屬于不滲漏的狀態(tài)。

6 結(jié)語

工程實踐表明，高噴灌漿結(jié)合帷幕灌漿對不同地質(zhì)構(gòu)造，對圍堰薄弱區(qū)域，不良地質(zhì)條件區(qū)域進(jìn)行復(fù)合防滲，從而形成一套鋼板樁圍堰整體防滲復(fù)合灌漿工藝，不僅能切實保證圍堰整體防滲效果，而且是對高噴灌漿工藝的有益和有效補(bǔ)充，證明復(fù)合灌漿工藝能夠滿足鋼板樁圍堰整體防滲的設(shè)計要求。