水利工程論文-高噴灌漿技術在卵礫石層地下水庫構筑中的應用.doc

水利工程論文-高噴灌漿技術在卵礫石層地下水庫構筑中的應用摘要：以煙臺市夾河地下水庫工程為例，采用高噴灌漿技術的半圓相向對噴和雙排擺噴菱形結構的新的施工方案，成功地在夾河卵礫石層中構筑了地下水庫截滲壩工程。在分析場地水文地質工程地質條件的基礎上，研究了地下水庫截滲壩的結構形式與工程布置，探討了施工工藝和質量控制問題。關鍵詞：高噴灌漿地下水庫截滲壩半圓相向對噴雙排擺噴菱形結構據統計，全國有310個城市以開采利用地下水作為供水水源，約占全國城市供水的71。其中54個城市以地下水為主要供水水源，北方城市占46個，南方城市占8個。經綜合論證，建設地下水庫，尤其是建設河谷型地下水庫，是開發(fā)利用地下水資源的重要途徑1。目前，地下水庫已成為世界上解決供水問題的有效措施和基本手段。歐洲一些國家專門利用地下水庫進行人工補給地下水后取水使用。以色列為了滿足全國供水，使用地下水庫作為供水水源的中間調節(jié)庫，解決了水資源短缺問題。地下水庫由以下工程系統組成：補源工程、地表攔蓄工程、排污工程、地下帷幕工程。截滲壩工程、提水工程、供水工程、咸水排泄工程、管理監(jiān)測系統。地下截滲壩工程是地下水庫的重要組成部分，與地表攔蓄工程密切配合，將最后一道攔蓄閘和地下截滲壩上下連接共同攔蓄水資源。高壓噴射灌漿（highpressurejetgrouting）是利用能量較大的水氣同軸噴射切割摻攪地層，同時將凝結材料，如水泥漿，灌注摻攪地層，形成要求性狀的凝結體。過去一直認為，高噴灌漿技術只適用于均勻細顆粒松散地層，對其他地層，多持慎重或懷疑態(tài)度。但經多年的研究和工程試驗證明，只要控制措施和工藝參數選擇得當，在各種松散地層均可采用該技術2,3。作者以煙臺夾河卵礫石層地下水庫建設為例，研究了高噴灌漿技術的應用。1工程概況夾河地下水庫是一項解決煙臺市水資源緊缺、防止海水入侵、改善生態(tài)環(huán)境的新建大型工程，位于煙臺市福山區(qū)，壩址西起朱甲山經永福園至宮家島，壩線全長2511m。水庫控制流域面積2200km2，含水層厚度15.527.6m，給水度=0.350.45，總庫容2.0510.8m3，調節(jié)庫容0.6510.8m3。水庫建成后可增加市區(qū)供水量96010.4m3。根據SL252-2000水利水電工程等級劃分標準，夾河地下水庫為大(二）型工程，屬二等工程、二級建筑物，工程區(qū)地震烈度為Vll度。經科學分析，采用高壓噴射灌漿技術構筑地下水庫截滲壩。工程于2000年11月16日開工至2001年8月10日竣工。夾河地下水庫截滲壩工程，壩軸線以永福園基巖隆起為界分為東西兩壩段，詳見圖1。東壩段工程：西起永福園東至宮家島，樁號為3486.l4444.3，長958m，其中樁號3486.13754.4、4277.64444.3為單排擺噴防滲墻，樁號3754.44277.6為雙排擺噴防滲墻。壩頂高程0.5m，壩底高程-129.53m，平均壩高15m，最大壩高29.3m。建檢查圍井6個，建水位觀測井8個。西壩段工程：西起朱甲山東至永福園，樁號為0629.22+182.2，長1553m，其中樁號0629.2l520為雙排半圓噴防滲墻，樁號15202182.2為單排擺噴防滲墻。壩頂高程-3.5m，壩底高程-4.134.5m，最大壩高31m。建檢查圍井5個，建水位觀測井8個。a-雙排擺噴防滲墻；b-雙排半園噴防滲墻；c-單排擺噴防滲墻圖1夾河地下水庫截滲壩縱剖面示意2場地水文地質工程地質條件壩軸線地處夾河沖積平原下游，距夾河入?？?.2km，地勢較為平坦。西起朱甲山經永福園至宮家島，勘探全線長4620m，被永福園基巖隆起分為東西兩壩段。東壩段第四系厚度633m，西壩段第四系厚度1238m，東、西壩段各地層巖性分布和滲透系數見表14。表1東、西壩段各地層巖性分布和滲透系數地點層底埋深m層底高程m地層巖性滲透系數(cms-1)東壩段4.608.207.4018.2017.3021.8020.0033.00未揭穿0.13-4.07-2.20-14.59-12.73-17.50-14.59-28.20未揭穿全新統沖洪積、海積層，主要由粉砂、細砂組成全新統海積層，主要由淤泥質粉細砂、淤泥質粉質粘土和淤泥組成上更新統沖洪積層，主要由中粗砂礫石組成，夾薄層粉質粘性土透鏡體中更新統沖洪積層，主要由砂、砂礫石及卵礫石組成，夾薄層粘土透鏡體，粒徑最大110mm，大于30mm的含量占10%30%，230mm占50%左右基巖層，巖性主要為云母片巖、透閃巖、石墨透閃大理i10-3i10-4i10-2i10-1i10-6巖(無巖溶發(fā)育)西壩段2.3010.208.0013.1611.0025.223.5537.91未揭穿-2.28-5.82-3.81-8.93-6.42-20.92-19.36-33.99未揭穿全新統沖洪積、海積層，主要由粉土、粉質粘土及中砂組成全新統海積層，主要由淤泥質砂、淤泥質土及淤泥組成上更新統沖洪積層，巖性多為中砂、粗砂及含礫粗砂，顆粒呈次棱角及次圓狀，分選性中等，粒徑一般為0.2510mm，最大可達5cm中更新統沖洪積層，巖性較單一，多為卵礫石，顆粒多為次棱角狀，粒徑一般為1050mm，最大可達200mm，滲透性好，為強富水層基巖層，巖性主要為透閃大理巖、大理巖及變粒巖(無巖溶發(fā)育)i10-3i10-5i10-2i10-1i10-63地下截滲壩的結構形式與工程布置的特點3.1地下截滲壩的結構形式根據場地水文地質工程地質條件，對東、西壩段高噴防滲墻采用不同的結構形式。東壩段：東壩段設計壩頂高程為0.5m，為確保砂礫石層成墻質量，在樁號3754.44277.6段采用雙排擺噴防滲墻，排距為0.8m，兩排鉆孔平行對應布置，孔深2232m，通過現場試驗確定孔距為1.6m。其余壩段中粗砂層和粉細砂層采用單排擺噴防滲墻，樁號36223754.4、4277.64312段，孔深1222m，孔距為1.6m；樁號3486.13622、43124444.3段，孔深512m，通過現場試驗確定孔距為1.8m。設計允許最大孔斜率為0.7。設計和施工后形成雙排孔平行布置擺噴折線連接菱形結構，見圖2(a、c）。西壩段：西壩段設計壩頂高程為-3.5m，為確保砂礫石層成墻質量，在樁號0630l520段采用雙排半圓噴防滲墻，排距為0.8m，兩排孔梅花形布置，孔深3043m，通過現場試驗確定孔距為2.0m。其余壩段礫粗砂層和粉細砂層采用單排擺噴防滲墻，樁號15202149.2，孔深1330m，孔距為1.6m，樁號2149.22182.2段，孔深1213m，孔距為2.0m。設計允許最大孔斜率為0.7。設計和施工后形成雙排半圓相向對噴結構，見圖2(b、d)。圖2雙排擺噴菱形結構和半園相向對噴結構(單位：m)3.2結構形式與工程布置的特點常規(guī)的雙排孔布置形式有雙排孔平行布置擺噴軸線對接平行結構、雙排孔梅花形布置擺噴軸線對接平行結構、雙排孔平行布置擺噴折線連接平行結構、雙排孔梅花形布置擺噴折線連接平行結構（圖3）。根據該工程的水文地質和工程地質條件（東壩段深度2033m為砂礫石層），采用高噴灌漿雙排孔平行布置擺噴折線連接菱形結構，取代了上述四種結構形式，從圖2、圖3對比可以看出，高噴灌漿雙排孔平行布置擺噴折線連接菱形結構具有如下優(yōu)點：(1)增加了連接的可靠性，每4個高噴灌漿孔擺噴形成了一個圍井，增加了墻體有效厚度，使兩排墻體有機形成了一體；(2)由于鉆孔平行布置，而鉆孔處是墻體擴散最輕的部位，這樣第二排孔的鉆灌不易碰到第一排墻體上，而以往的雙排高噴灌漿孔梅花型布置，采用的是對接方式，在砂礫石層中孔深多為2040m的單排擺噴防滲墻連接不牢靠，尤其是第二排的孔位正好在第一排擴散最大的位置，常使第二排鉆孔遇到第一排孔的高噴灌漿凝結體上，使孔偏斜或高噴灌漿噴射不出去，第二排防滲墻不能連續(xù)，失去作用，且兩排防滲墻單獨成墻，不能連成一體，使防滲效果打了折扣。因此，高噴灌漿雙排孔平行布置擺噴折線連接菱形結構，既體現了單排擺噴折線連接的可靠性，又在不增加工程量的前提下，將其相鄰4個孔構成數個相互連接的菱形圍井，它較兩排平行獨立成墻的防滲墻大大提高了防滲效果。兩排平行獨立成墻的防滲墻缺點是：如每排一個孔存在質量問題，就形成了漏水通道。兩排是菱形結構，其一個菱形結構兩排各一孔存在質量問題的概率極小。所以，一個單獨的菱形圍井在注水試驗時，K菱形圍井的任一邊出點質量問題，都直接影響滲透系數K值的大小，而一個菱形圍井只有一個邊有質量問題，并不影響防滲墻的整體防滲作用。圖3高噴灌漿中常規(guī)雙排孔布置的幾種形式在不同類型的地層中旋噴套接結構形式見圖4，該工程中根據西壩段的地層特點（孔深3040m為卵礫石層），我們設計采用高噴灌漿雙排孔梅花形布置半圓相向對噴結構（圖2）取代了圖4中旋噴套接結構形式。根據圖4、圖2對比可以看出，按旋噴套接灌漿形式方案施工，一序鉆孔鉆灌完畢后，由于卵礫石、粗礫砂、粉細砂層等不是均質地層，噴射體形狀并不一定十分規(guī)則，在復雜非均質地層中旋噴樁直徑一般為12m，設計孔距是根據現場試驗最小噴射半徑確定的，高噴施工時極有可能噴射至二序孔位置，當二序孔鉆灌時受一序孔高噴灌漿凝結體阻隔，孔易鉆斜，鉆孔穿過一序孔的高噴灌漿凝結體時，高噴灌漿噴射不出去，形成“天窗”。防滲墻體不能連續(xù)，影響整體防滲效果，因而旋噴套接在這種地層中用來形成地下截滲壩是不適宜的。雙排半圓噴每排中的孔距為2m，雙排半圓噴孔數量與單排旋噴孔數量相等，相鄰孔的間距由10m增加到128m，第二排孔的鉆灌受第一排影響的機率大大減少，且由單排旋噴改為雙排半圓相向對噴后，縮短了工期，從而也降低了工程造價。圖4雙排擺噴菱形結構和半園相向對噴結構圖5試驗圍井結構(單位：m)4地下截滲壩施工技術參數的確定夾河地下水庫截滲壩工程在開工前，選擇與壩上地質條件相符合的場地進行單噴和圍井試驗，試驗時采用多種技術參數，通過試驗能夠反映出高噴灌漿擺噴、半圓噴結構對該工程所起到的防滲效果。開挖可直觀看到高噴防滲墻的連接形式、噴射長度、厚度、形狀、強度等，通過試驗結果確定壩上高噴灌漿施工技術參數，以確保各地層灌漿技術參數的可靠性。設計擺噴有效長度為2.0m，半圓噴有效半徑為0.8m。試驗圍井結構平面圖、剖面圖見圖5。根據圍井試驗結果，對高噴灌漿施工技術參數進行修正，修正后的施工技術參數見表2、表3。設計要求防滲墻插入基巖全（強）風化1.0m，基巖滲透系數k=i10-6cm/s，強風化局部裂隙發(fā)育，施工中對漏漿孔進行特殊處理，噴灌時先進行靜壓灌漿直到不