张家口市大青沟水库高喷板墙施工

摘 要：大青沟水库绕坝渗流问题突出，经过高喷板墙防渗处理，解决了坝体渗漏。规范化高喷板墙施工能够保证施工质量，加快施工进度，降低成本，节约投资。 关键词：大青沟水库；防渗；高喷板墙；施工

1、概述 大青沟水库位于河北省张家口市尚义县大青沟镇西北4 km的大青沟河主流上，1958年兴建，总库容1 392万m3，是一座以防洪灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。水库运行40年来，拦河坝左右坝肩绕渗问题突出，大坝下游形成两片沼泽，加之拦河坝施工质量较差，心墙高度和长度都未达到原设计要求，左岸地基透水性大且没有防渗措施，一旦高水位运行，直接威胁大坝的安全稳定。故亟需对水库工程进行除险加固。 针对坝体存在问题，采用垂直防渗方案，即高喷板墙方案。高喷灌浆是一种采用高速射流束冲击、切割破坏地层，使水泥基质浆液在喷射范围内扩散、充填和置换，并与原地层掺混搅合后形成凝结体，从而改变原地层的结构和组成，提高地基和坝体防渗性能和承载力的施工技术。高喷板墙是采用高喷灌浆技术构筑的、以防渗为主要目的、连续的板状结构。高喷灌浆分为旋喷、摆喷和定喷三种形式，根据钻孔勘察资料，坝体主要由作为心墙的黏土和作为坝壳的泥质砂及少量砂壤土组成，因此高喷灌浆采用摆喷形式。摆喷灌浆范围为桩号0＋000～0＋680 m,灌浆顶高程为117.0 m。其中桩号0＋000～0＋300 m段，摆喷板墙深入黏土心墙2.0 m;桩号0＋300～0＋680 m段，摆喷板墙深入坝基黏土层1.0 m。 2002年10月开始高喷板墙施工，2002年11月至2003年4月14日由于天气太冷，停止施工，2003年4月15日恢复施工，2003年5月24日冀水岩土处完成桩号0＋000～0＋440段高喷板墙施工，2003年6月6日省水利工程局六处完成桩号0＋440～0＋680段高喷板墙施工，提前完成施工任务。 2、验证性试验是高喷板墙施工的基础 高喷板墙施工前，比照类似工程，结合本工程的具体情况，初步确定高喷板墙结构型式、孔距和高喷灌浆技术参数，然后对布孔方式、孔距；摆喷的喷射流量、压力、摆速和提升速度；材料、设备性能及施工工艺措施等进行验证性试验。本工程选择桩号0＋329.5 m和0＋440.5 m两处进行验证性试验，根据试验结果对有关参数进行了调整和完善。 本工程采用三管法高压摆喷灌浆，即高速射流为清水，其外侧同时环绕压缩空气，而水泥基质浆液以较低压力灌注。喷射管有三根管子组成，三管并列，高喷灌浆时，三管分别输送水、气、浆三种介质。 高压摆喷防渗墙采用折线搭接形式，摆喷轴线与防渗墙轴线的夹角为20°，摆角25°，设计孔距1.5 m，成墙的有效厚度不小于20 cm,最小墙厚不小于12 cm，墙体渗透系数k≤i×10－6cm/s(1≤i≤10) 水泥采用P·032.5普通硅酸盐水泥拌制，水泥新鲜无结块，过4 900孔/cm2的筛余量不大于5％。 高喷采用纯水泥浆，浆液的水灰比为0.6∶1～0.9∶1。浆液的存放时间：当环境温度在10℃以下时，不超过5 h；当环境气温在10℃以上时，不超过3 h；当浆液的存放时间超过有效时间时，按废浆处理。 主要机具设备：钻孔、浆液搅拌机、高压发生设备、高喷台车、空压机专用喷管及高压管路等。 3、规范化是高压板墙施工的关键 3.1 施工准备 (1)通过招投标确定本工程由河北省水利工程局六处和天津市冀水岩土处施工。 (2)施工前，建设单位组织设计，监理单位向施工单位进行技术交底，并提供相关文件和资料。 (3)施工单位编制施工组织设计，按照ISO9002国际质量标准，建立质量保证体系，制定

土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料。主要分为： 低密度聚乙烯LDPE土工膜、高密度聚乙烯HDPE土工膜和EVA土工膜。1.幅宽、厚度规格齐全。2.具有优良的耐环境应力开裂性能及优良的耐化学腐蚀性能。3.优良的耐化学腐蚀性能。4.具有较大的使用温度范围和较长的使用寿命。5.使用于垃圾填埋场、尾矿储存场、渠道防渗、堤坝防渗及地铁工程等。

安全操作规程、劳动保护和文明施工措施，指定环境保护措施。 (4)施工现场设置废水、废浆处理系统。 3.2 高喷板墙施工 由于坝上气候多变，冬季时间相当长，五个多月不能施工，施工任务相当紧迫，并且工序复杂，施工顺序严禁，因此必须合理安排各项施工工序，确保施工工序的衔接、均衡，统一思想，统一调度，精心组织，科学施工。 根据施工图纸进行孔位放样，经检查孔位偏差全部小于5 cm。 为了掌握地层岩性和确定防渗板墙底线高程，沿防渗板墙轴线每隔20 m左右布设一个先导孔，其深度大于高喷板墙设计深度5 m。先导孔钻取芯样进行鉴定，并描绘地质柱状图，指导施工。 采用XY－2型工程地质岩芯钻机钻进成孔，钻机或喷射机组就位后，保证其底盘水平、立轴竖直并与孔位中心对正。终孔后，用CX－45型高精度钻孔测斜仪测量钻孔斜度，经检测成孔偏斜率均小于1％。 钻孔孔径与喷射管外径相适应，成孔直径150 mm，钻孔的有效深度超过墙底深度0.3～0.4 m。 当高压主喷射管下至孔底时，及时按规定的配合比制备好水泥浆液，按确定的摆喷速度原地摆动喷管；输入水泥浆液、水和压缩空气，待泵压和风压升至设计规定值，试喷2～3分钟，孔口返浆正常，并且返浆比重大于1.2 g/cm3 时，按确定的提升速度提升摆喷管，进行由下而上的高压喷射注浆作业。 注浆过程中，注浆设备的额定压力和注浆量符合设计要求，保持管路系统的畅通和密封，风、水、浆连续输送；单孔高压喷射作业不得中途停喷和中断。 水泥浆液进行严格过滤，防止喷嘴堵塞。经常测试水泥浆液的进浆和回浆比重，当比重误差值超过0.1 g/cm3 时，立即停止喷射提升，调至正常范围后继续喷射。 喷射作业分两序施工，首先喷射一序孔，然后喷射二序孔。相邻孔的作业间隔不小于24小时。 喷射管接近防渗墙顶时，从墙顶以下1.0 m开始，慢速提升喷浆至墙顶。 静压灌浆：当高喷灌浆到设计墙顶后，停止输送高压水、高压气；搅拌机继续工作，同时将喷头提升到孔口，直至用浆液把钻孔充满为止。 3.3 工程质量检查 施工过程中，对孔位、孔斜、喷管下入孔底深度、注入浆液和回浆比重、喷射流量、压力、摆动速度和提升速度等工艺参数实施全过程的严格检查与控制，使整个施工过程处于受控状态。施工记录及时、真实、准确、完整。 通过五处开挖检查，高喷板墙的墙体垂直度、厚度、连续性、均匀性和搭接程度均符合设计要求。 采用围井法检查高喷板墙防渗性，即在板墙下游侧增加三个摆喷孔与板墙轴线围成一个五边形的竖井，在井内中心钻孔下过滤花管进行注水试验，采用《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》（征求意见稿）推荐公式计算渗透系数k值，计算机理明确，成果可信。 式中：Q——稳定注水量(m3/d)； R——影响半径(m)； r0——钻孔半径(m)； H——天然水位（对孔底隔水层）(m)； h0——钻孔内水位（对孔底隔水层）(m)； k——渗透系数(m/d)。 经计算四个围井的渗透系数k分别为4.08×10－6(m/s)、4.61×10－6(m/s)、1.5×10－6(m/s)、1.03×10－6(m/s)，均符合设计要求。 4、全方位动态监理是高喷板墙施工的保证 监理工程师按监理合同规定对工程的投资、质量、进度进行动态控制，才能保证高喷板墙施工正常进行。 4.1 质量控制 对工程的关键环节和部位进行旁站管理。在大坝钻孔，高压摆喷施工中，监理24小时旁站管理，对钻机定位，测量钻孔深度，测量孔斜、高喷管下入深度，确定摆角等工序，监理值班人员均在现场监管。 严格执行质量管理程序。批准分部工程开工报告，审查原材料，检查进场设备，不合格设备不准使用。 审查施工组织设计，做到施工组织设计合理可行、文明施工。 发现施工中出现偏差，及时召开会议，进行纠偏。 4.2 进度控制 控制工程总进度，审定施工单位呈报的施工进度计划，按阶段目标控制进度。 及时处理技术问题。监理组织、建设单位、施工单位就如何控制钻孔深度、摆喷孔底高程等进行讨论，达成共识，促进了工程施工。 4.3 工程投资控制 工程投资控制采用分部工程控制和分标段控制相结合的方式；工程投资以业主标准的标书单价为依据，按实际完成的工程量进行结算；严格控制增加工程量，杜绝任意增加工程项目；坚持按合同付款，按实际完成工程量签署支付款凭证。 本工程共完成钻孔468个，摆喷孔466个，钻孔8 330.4延米，摆喷灌浆7 757延米，合格率100％，优良率97％。 5、结论 （1）本工程证明高压摆喷灌浆技术适用于黏土心墙坝防渗墙工程。高喷板墙形成后，大坝上下游的两片沼泽干枯了，解决了水库绕坝渗流问题，保证了水库下游人民经济建设的正常发展。 （2）高喷板墙施工速度快，成本较低，施工工艺较简单。经计算高喷板墙防渗方案较贴坡防渗方案减少成本96.44万元，节约投资20％。 （3） 实践证明规范化高喷板墙施工，科学、先进、适用，工序清楚，责任明确，方便管理，能够保证工程质量，加快施工进度。在坝上天气寒冷，风大雪多，气候恶劣，有效施工日非常短的情况下，尽管受到“非典型肺炎”的干扰，冀水岩土处提前22天完成施工任务；省水工局六处提前9天完成施工任务。