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防渗帷幕灌浆生产性试验施工组织设计（定稿10.17）

本渠段属温带大陆季风型气候区，夏秋两季受太平洋副热带高压控制，多东南风，炎热多雨，冬春两季受西伯利亚和蒙古高压控制，盛行西北风，干燥少雨。根据淇县站气温资料统计，段内月平均最低气温出现在1月，为－0.8℃，渠段抗冻设计气候类型属于寒冷气候区。

本渠段多年平均降雨量616.3mm，多年平均降水日数70.2d，降水年际变幅大，降水年内分配不均，70%～80%集中在汛期，多以暴雨型式出现，年降水量从山区到平原呈递减的趋势。

段内多年平均气温14.1℃，全年1月份温度最低，平均气温－0.8℃；月平均最低气温－5.2℃，极端最低气温－18℃；7月份气温最高江晖景苑住宅小区二期工程Ⅱ标段（8#楼）工程施工组织设计，月平均气温27.0℃，月平均最高气温31.9℃，极端最高气温42℃。

根据段内淇县气象站资料统计，本段霜冻最早为9月19日，终日最晚为4月24日。历年最大冻土深度为26cm。

段内冬春季盛行北或西北风，夏季多东南风，秋季多东北风，多年平均风速2.6m/s；全年最多风向为西北风，最大风速10.3m/s。

本工程区域场区地层具土岩双层结构，根据地层时代、岩性及空间分布特征，将建筑物场区地层划分为13个工程地质单元。上覆第四系地层主要为：①卵石（alQ42），层厚1.0～8.5m，仅分布于河床及漫滩；②砂壤土（alQ41），层厚约6.5m，仅分布于I级阶地；③黄土状中粉质壤土（alplQ32），层厚0.3～7.8m，分布于II级阶地，局部夹卵石透镜体；④中粉质壤土（alplQ2），层厚0.8～4.0m，含钙质结核；⑤卵石（alplQ2），层厚0.6～7.4m，局部夹中粉质壤土透镜体；⑥卵石（glQ1），层厚1.8～8.3m，分布不连续，泥钙质胶结，可见孔洞且连通性好，部分有架空现象，局部零星夹有簿层黄色粉细砂。下伏上第三系中新统鹤壁组（N1h）：⑦⑨泥灰岩，单层厚1.0～14.6m不等，夹多层粘土岩薄层及透镜体，见溶蚀孔洞、孔隙，退水闸附近第⑨层泥灰岩岩溶较发育；⑧⑩粘土岩，单层厚0.5～12.8m不等；泥灰岩和粘土岩呈互层状，层间夹有多处砂岩、砾岩薄层或透镜体。

鹤壁段III标渠道桩号约IV171+000～IV173+000范围内，渠道开挖后实际地下水位高于预测水位。在渠道起点、刘庄分水口、盖族沟煤气管道处进行开挖时，在卵石层及卵石胶结体层中已经揭露出地下水，而且地下水渗流量较大。对保证主体工程施工质量和进度带来极大的影响，因此，必须对透湿性强烈的砂卵石层进行必要的防渗处理。

2防渗帷幕灌浆生产性试验依据及目的

2.1防渗帷幕灌浆生产性试验依据

《南水北调中线一期工程总干渠施工阶段鹤壁Ⅲ标砂卵石段基础处理(桩号171+000～173+000)防渗帷幕灌浆试验方案》（河南省水利勘测设计研究有限公司）。

2.2防渗帷幕灌浆生产性试验目的与任务

(1)了解采用稳定复合浆液、低流动性膏浆灌浆对松散砂卵石层和胶结砂卵石的适应性和灌浆效果；

(2)试验验证透水砂卵石层及其胶结体层处理工艺，设计材料、施工参数的合理性，并取得可靠经济的施工参数，为下一步帷幕设计与施工提供依据；

(3)通过室内试验推荐试验使用浆材基本配合比，通过现场生产性试验确定最佳浆材配合比；

(4)论证砂卵石层及胶结层采用复合膏浆设置防渗帷幕的可靠性，为优化设计、简化施工，降低工程造价提供依据；

(5)论证砂卵石层及其胶结体层进行生态防渗帷幕灌浆处理后防渗效果。

3防渗帷幕灌浆生产性试验方案

为保证试验所取得的成果能用于工程施工，试验场地选择在地下水位较高，渗水量较大的渠道桩号Ⅳ172+297～172+397段，长度100m。

考虑到砂卵石层的透水性程度不均，要取得可行、可靠的工艺参数和处理效果，本次试验拟在试验范围内分四个地段实施，分别采用不同的孔、排距，不同的浆材、参数进行试验，供施工时选择。防渗帷幕生产性试验灌浆孔沿渠道布设，灌浆材料根据不同地层采用低流动性膏状灌浆材料及稳定复合浆液材料。

根据地层变化情况调整灌浆深度及范围，灌浆深入第⑥层卵石层以下泥灰岩(粘土岩)内不小于2m，灌浆顶部高程高于第⑤层卵石层顶部粘性土层内不小于lm，灌浆顶部高程以上空孔段采用灌浆材料回填密实。

防渗帷幕生产性试验根据不同的技术参数分四个试验段，其中A段：按单排布置，孔距1.0m，钻孔终孔孔径≥φ75mm；B段：按双排布置，孔距2.0m，排距1.0m，梅花型错位布置，钻孔终孔孔径≥φ75mm；C段：按双排布置，孔距2.5m，排距1.0m，钻孔终孔孔径≥φ75mm；D段：按双排布置，孔距3.0m，排间距1.0m，钻孔终孔孔径≥φ75mm，梅花型错位布置。

为保证灌浆效果验证的准确性，截断横向来水影响，在横向段设置双排帷幕封闭，孔距2.0m，排距1.0m，梅花型错位布置。

为对比灌浆前后的地下水位及渗漏情况，在各试验段幕前中心位置各布置一组水位观测孔和抽水试验孔。

4生产性试验施工主要工程量

根据设计文件，生产性试验段选择在地下水位较高，渗水量较大的渠道，桩号Ⅳ172+417.7～172+517.7附近，长100米。

根据试验方案，防渗帷幕生产性试验段主要工程量详见下表。

防渗帷幕灌浆生产性试验工程量

单排孔孔距1m（含先导孔）

双排孔排距1m孔距2m（含先导孔）

双排孔孔距2.5m排距1m（含先导孔）

双排孔孔距3m排距1m（含先导孔）

双排孔孔距2m，排距1m

场外交通通过快速通道与国道107相接，可以直接进入工地。

场内施工采用渠道右岸现有临时道路进入，左边帷幕灌浆施工，利用施工平台作为施工道路。

施工用电线路结合地形条件，沿路架设。利用现有桥梁预制场变压器接出主供电线路，穿过施工道路后，接至施工工作面附近，设置配电柜，然后驳接到各施工面。

帷幕施工用水在左右施工平台附近各修建蓄水池一座，从试验区外渠道中抽水。通过输水管路进入工地，然后驳接分水管到各施工工作面

（2）钻机的移动和固定

根据现有工作面，在每个工作平台各布置四台钻机，施工时，采用人工撬移，到位后，利用钻机自身的可调式机架摆平。

帷幕灌浆施工采用袋装水泥，由自卸汽车运抵施工现场，储存于水泥棚。灌浆浆液生产系统采用集中制浆，并按照施工要求布置。

制浆站根据工程施工进度布置,在右岸Ⅳ172+250附近堤顶设置人工集中制浆站各一个。制浆站建成集中制浆系统，即储料、制浆、配浆、储浆一体化。

集中制浆站采用储料棚、复合粘土制浆机、膏浆制浆机和膏浆灌浆泵组合等制浆。制好的低流动性膏浆及稳定复合浆液浆材通过输浆管道输送到各个灌浆泵的储浆桶。在制浆站和灌浆室内设置弃浆池,并及时清理池内固结物，防止废浆污染环境、影响施工。

采用2吋镀锌管做输浆管，各孔灌浆均布设进浆管路至所承担灌浆的施工面。灌浆时各孔的进浆管为高压皮管或钢管。所有在施工面上的管路，一律沿灌浆轴线单侧摆放。

灌浆阀门全部使用高压耐磨阀门，压力表安装油盅，以隔开浆液。

在施工平台下开挖沉渣池，废浆、废渣经沉淀后，用装载机转运至左岸堆料场。

5.6办公、生活用房布置

办公、生活用房在预制场新建板房，建筑面积大约300m2。

6防渗帷幕灌浆生产试验施工

6.1防渗帷幕灌浆生产试验施工程序

根据设计试验技术要求，本次生产性试验分四个区域,帷幕灌浆采用分序加密的原则进行，双排孔先施工外侧排再施工内侧排。单孔先施工单元工程内的水位观测孔、抽水试验孔、再先导孔，后施工Ⅰ序孔，最后施工Ⅱ序孔，在单元工程帷幕灌浆结束14d后进行检查孔施工。

帷幕灌浆施工总程序：施工准备→钻孔放样→水位观测孔→抽水试验孔→帷幕先导孔施工→外侧排I、II序孔→内侧排I、II序孔→帷幕质量检查→资料整理→单元工程质量评定。

帷幕灌浆单孔施工程序：施工准备→钻孔定位→固定机具→非灌段跟管钻进→孔口管埋设→灌浆段跟管钻进成孔→注浆管安装→起拔套管→浆体自凝封闭→自下而上分段灌浆至顶板高程→终孔段灌浆结束→浓浆压力灌浆封孔→单孔资料整理。

具体施工流程见图6.1。

6.2帷幕灌浆钻孔施工

根据设计图纸采用经纬仪进行帷幕线整体放样，并逐孔定好孔位。施工时，用钢卷尺重新校测，逐孔复核孔位（防止施工过程中标记桩被移动）。

孔位确定无误后，将钻机移至核定的孔位上，按照要求进行机架、机座校正，配备良好钻具，保证钻孔开孔角度符合设计要求。

各类钻孔施工顺序为：水位观测孔→抽水试验孔→先导孔→Ⅰ序孔灌浆→Ⅱ序孔灌浆→质量检查孔。

6.2.2压水试验与注水试验

灌浆试验区域内选择先导孔单点法压水试验，其余孔段在灌浆前进行简易压水试验。

单点法压水试验在稳定的设计压力下，每5min测读一次压入流量，当连续4次读数最大值与最小值之差小于最终值的10%；或连续4次读数最大值与最小值之差小于1L/min时，可结束压水试验工作，并以最终值作为计算值。

简易压水试验在稳定的设计压力下，压水20min，每5min测读一次压入流量，以最终值作为计算值。

压水试验成果以透水率（Lu）值表示。

式中：q：透水率（Lu）

Q：最后一次的压水流量（L/min）

P：试验的全压力（Mpa）

注水试验采用钻孔常水头注水试验方法进行，其具体操作步骤如下：

1）试验前稳定地下水位观测

在进行注水试验前，进行地下水位观测，水位观测间隔为5min，当连续2次观测数据变幅小于10cm时，水位观测即可结束，用最后一次观测值作为地下水位计算值。

地下水位测量完成后，用带水表的注水管连续向孔内注入清水，使孔中水位至孔口并保持固定，测出高出地下水位的固定水头，并记录时间和水表的初始读数，开始试验。试验时，随时调整注入水量大小，保持固定水位波动幅度小于１cm。

①开始每隔5min量测一次，连续量测5次；以后每隔20min量测一次并至少连续量测6次。

②当连续2次量测的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时，试验即可结束，取最后一次注入流量作为计算值。

①当试段位于地下水位以下时，采用式（4.1.1）计算渗透系数；

K=16.67Q/AH（4.1.1）

式中：K——试验岩土层的渗透系数，cm/s；

Q——注入流量，L/min；

H——试验水头，cm；等于试验水位与地下水位之差；

A——形状系数，cm；

其中：A=2лl/㏑(2ml/r)m=(Kh/Kv)1/2

l——为试段长度cm；Kh、Kv——为试验地层的水平、垂直渗透系数。

②当试段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H≤l时，采用式(4.1.2)计算渗透系数：

K=7.05Q×lg(2l/r)/lH（4.1.2）

式中：r——钻孔内半径，cm；

l——试段长度，cm；

（1）钻孔施工采用地质钻机或潜孔钻机跟管钻进；

按照Ⅰ序孔的10%布置，每个单元不小于1个原则布置先导孔。先导孔应全孔取芯，并绘制先导孔钻孔柱状图和地质剖面图。记录钻孔探明的各地层分布范围、深度、厚度等。

①灌浆先导孔、检查孔以及监理工程师制定的其他取芯钻孔，应予钻取岩芯，按取芯次序统一编号，填牌装箱，并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。

②在钻孔过程中应对钻孔回水、钻孔冲洗液、钻孔压力、芯样长度及其它能够充分反映岩石或砼特性的因素进行详细记录。

(4）钻孔记录与钻孔保护

原始记录：每孔段钻进时均要详细填写钻探班报表，记录孔深、孔径、钻进时间、下入套管规格、长度，遇到的特殊情况（涌、漏水、换层、夹层、掉块、卡钻等）。先导孔、检查孔等均作详细地质编录，记录岩层分层深度、岩性描述和观测地下水位等地质情况。做到原始资料齐全、数据准确可靠，复核无误后归档备查。

钻进过程中，各孔应详细记录孔位、孔深、地层变化、换层情况和漏水、掉钻。尤其注意分层的位置，并准确记录在班报上，便于后续分析情况，此外钻孔过程中的其它处理措施均一一记录清楚。

钻进至设计孔深后，待灌或灌浆结束时待钻，孔口均需进行加盖保护，防止异物进入，增加处理费用和难度。

(4）钻孔施工质量控制

钻孔质量控制见图6.2

6.3.1浆体自凝封闭和注浆管安装

钻孔达到要求深度后，下入灌浆管至孔底（若垮孔，采用打杆法至孔底），然后用碎砾石回填孔内至卵石层顶部，再从灌浆管送入封孔浆体填满灌浆管与孔口管壁之空隙，试压浆，当止浆效果较差时，再适度送入双液浆至孔口返浆为止，待凝30～60min，开始灌注。如果在上提灌浆管后，出现从灌浆管和土层间隙处出现冒浆，采取再次注浆后孔口返浆后待凝10min左右的方法，使漏浆得到有效止浆。

图6.2　　　钻孔施工质量控制框图

6.3.2灌浆材料和浆材配合比

根据设计要求，本次防渗帷幕灌浆生产性试验处理拟采用低流动性膏浆及稳定复合浆液，主要采用普通硅酸盐水泥(42.5)、粘土、结构剂、外加剂等材料。

采用42.5普通硅酸盐袋装水泥；灌浆用水泥必须符合质量标准DB34／T 3735.2-2020 河长制决策支持系统 第2部分：数据资源共享规范.pdf，细度通过80um方孔筛的筛余量小于5％；灌浆现场设置水泥储存棚，有受潮结块的水泥不得用于灌浆施工。

取试验场地附近的粘土或粉质粘土，经粘土制浆机加水破碎搅拌均匀后形成粘土浆。

要求塑性指数>14，粘粒(粒径小于0.005mm)含量不小于25％，粉粒(粒径0.005～0.05mm)含量一般不多于45％～50％，含砂量(0.05～0.25mm)不大于5％，有机物含量不大于3％。

灌浆用水直接取自地下水，水质符合灌浆用水要求。

为改善浆液以及结石体性能，需加入一定量的结构剂代替水泥。

灌浆过程中根据要求掺入其它外加剂，以改变浆液的流变性能。质量应符合DL／T5148—2001的有关规定，其最优掺量通过室内试验或现场生产性灌浆试验确定，所有能溶于水的外加剂均以水溶液状态加入。

由于本工程工期紧，为节约工期和费用，本次灌浆生产性试验拟根据托口电站对低流动性膏浆及稳定复合浆液等科研成果，暂推荐八种不同配比的改性粘土水泥浆用于本工程灌浆试验(参见表6.2—1、6.2—2)，试验进行过程中可根据场区的地层条件和受灌地层的可灌性兰州某住宅楼安装工程施工方案，并根据室内试验及时调整配合比。