王慶坨水庫(kù)工程庫(kù)區(qū)水井封堵效果試驗(yàn)研究

(1.天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，天津 300060；2. 天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061)

王慶坨水庫(kù)工程庫(kù)區(qū)水井封堵效果試驗(yàn)研究

楊釗1吳樹香2

(1.天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，天津 300060；
2. 天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061)

王慶坨水庫(kù)是天津市南水北調(diào)中線配套工程的重要組成部分，為做好庫(kù)區(qū)水井封堵工作，保證王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)安全，防止庫(kù)區(qū)內(nèi)水外滲，避免庫(kù)區(qū)低水位時(shí)地下水內(nèi)浸，保護(hù)水質(zhì)。封井部位處理后達(dá)到庫(kù)底防滲要求，本文制定了試驗(yàn)方案、進(jìn)行了水井封堵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，通過實(shí)地采集、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明封井質(zhì)量效果良好。

庫(kù)區(qū)；水井封堵；試驗(yàn)

1 工程概況

王慶坨水庫(kù)是天津市南水北調(diào)中線配套工程的重要組成部分，是天津干線的“在線”調(diào)節(jié)水庫(kù)，主要功能是調(diào)節(jié)天津市引江來水和用水的不平衡性及應(yīng)急情況下的安全供水，提高城市供水的可靠性和安全性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，庫(kù)區(qū)內(nèi)相對(duì)不透水層的底部為大沽高程-0.59～-3.59m，大部分水井底高程在-0.59m以下，大部分水井穿過相對(duì)不透水層。為了做好庫(kù)區(qū)水井封堵有關(guān)工作，保證王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)安全，防止庫(kù)區(qū)內(nèi)水外滲，避免庫(kù)區(qū)低水位時(shí)地下水內(nèi)浸，保護(hù)水質(zhì)，使封井部位處理后達(dá)到庫(kù)底防滲要求，本文制定試驗(yàn)方案，進(jìn)行水井的封堵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝試驗(yàn)，采集前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析試驗(yàn)效果提出科學(xué)合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝，為制定切實(shí)可行的水井封堵評(píng)定驗(yàn)收方案，確保封井效果和質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。

2 庫(kù)區(qū)地質(zhì)概況

王慶坨水庫(kù)地質(zhì)斷面如圖1所示。

圖1 王慶坨水庫(kù)地質(zhì)斷面示意圖

3 試驗(yàn)依據(jù)

為保證封井部位處理后達(dá)到庫(kù)底防滲要求，依據(jù)《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200—2004)、《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5148—2012)和《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》(SL 345—2007)，制定了水井的封堵效果檢測(cè)方案。通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證初步選定的封井技術(shù)方案用于庫(kù)內(nèi)水井封堵的合理性與可行性，提出科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定合理的施工工藝。為制定切實(shí)可行的水井封堵評(píng)定驗(yàn)收方案，確保封井效果和質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 庫(kù)區(qū)基準(zhǔn)滲透系數(shù)測(cè)定

在王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)不透水層以上盡量均勻分布設(shè)置5個(gè)鉆孔，每孔分別進(jìn)行注水試驗(yàn)，計(jì)算每孔內(nèi)土層滲透系數(shù)，最終求得王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)不透水層以上平均滲透系數(shù)(見表1)，以此作為不透水層以上基準(zhǔn)滲透系數(shù)。

表1 不透水層以上基準(zhǔn)滲透系數(shù)

通過室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工工藝相關(guān)試驗(yàn)，王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)不透水層以上為粉土層，注水試驗(yàn)平均滲透系數(shù)為7.19×10-5cm/s，所測(cè)滲透系數(shù)最低為3.38×10-5cm/s。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)原位滲透試驗(yàn)

選擇6～8m深度水井10眼，按照《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200—2004)要求設(shè)計(jì)工藝參數(shù)進(jìn)行封井初試，灌漿體達(dá)到28d齡期后，對(duì)封井灌漿體取芯，通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定灌漿體的滲透系數(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注水試驗(yàn)，鉆孔位置設(shè)置在灌漿體的過渡區(qū)，過渡區(qū)位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿工藝確定，孔深度接近不透水層頂板以上，采用注水試驗(yàn)方法測(cè)定巖土層的滲透系數(shù)，對(duì)比過渡區(qū)內(nèi)土層滲透系數(shù)與基準(zhǔn)滲透系數(shù)。

圖2 水井封堵效果注水試驗(yàn)示意圖

水井封堵采用高壓旋噴封堵，旋噴注漿前，采用合金鉆頭先進(jìn)行管壁破碎，然后開始旋噴注漿，為了獲得更好的工藝控制參數(shù)，達(dá)到最佳的封堵效果，通過改變單管高壓旋噴漿液壓力、漿液比重、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、噴嘴直徑、漿液流量進(jìn)行試驗(yàn)(見圖2)。

依據(jù)《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200—2004)標(biāo)準(zhǔn)，單管高壓旋噴漿液壓力25～40MPa，漿液比重1.40～1.70g/cm3，提升速度粉土層10～20L/min、砂土層10～25L/min，旋轉(zhuǎn)速度0.80～1.00v，噴嘴直徑2～3mm，項(xiàng)目組對(duì)封井施工工藝參數(shù)開展了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 水井過渡區(qū)及普通土層現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)不透水層以上為粉土層，注水試驗(yàn)平均綜合滲透系數(shù)為7.19×10-5cm/s， 所測(cè)滲透系數(shù)最低為3.38×10-5cm/s。管體破壞后，10眼所封試驗(yàn)水井旋噴體邊緣過渡區(qū)土層的平均滲透系數(shù)在3.06×10-5～6.88×10-5cm/s范圍內(nèi)。旋噴體邊緣過渡區(qū)與周邊普通土層相比，滲透系數(shù)均有所下降，最低下降至普通土層滲透系數(shù)的73%。

4.3 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖3 旋噴壓力與旋噴體強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖4 旋噴壓力與旋噴體滲透系數(shù)關(guān)系曲線

4.4 封井工藝參數(shù)分析

試驗(yàn)結(jié)果表明：下沉?xí)r間30min左右時(shí)，下沉速度為50cm/min，管壁破碎后，無砂管骨料分布在旋噴體內(nèi)(圖5)，從芯樣表面可以大致反映無砂管破碎情況及分布情況較均勻。

旋噴壓力在22～26MPa時(shí)，樁徑可達(dá)600mm。旋噴壓力在28～30MPa時(shí)，樁徑可達(dá)750mm，由于樁徑變大，旋噴體內(nèi)水泥含量減少，旋噴體滲透系數(shù)相應(yīng)降低。而樁徑可通過控制每米樁身噴射的水泥漿量控制，水泥漿量與流量及鉆桿提升速度相關(guān)，因此，樁徑可通過控制噴漿壓力和鉆桿提升速度實(shí)現(xiàn)。

圖5 下沉?xí)r間為30min時(shí)旋噴體中管壁骨料分布圖

綜合強(qiáng)度及滲透系數(shù)影響因素，王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)水井管井一般在300～400mm，旋噴體直徑在600mm就可以達(dá)到封井效果，隨著樁徑增大，滲透系數(shù)增加，強(qiáng)度降低。試驗(yàn)結(jié)果表明旋噴壓力不宜超過26MPa，宜在24～26MPa。根據(jù)封井試驗(yàn)結(jié)果，每口水井水泥用量在2600～2750kg之間，平均每米水泥用量200kg左右(見表3)。

表3 封井工藝參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，單管高壓旋噴一般水泥用量在150～200kg/m，按照每米水泥用量為200kg計(jì)算，旋噴壓力為26MPa，提升速度為14cm/min，轉(zhuǎn)速為20r/min，水灰比為1∶1，水的密度為1g/cm3，普硅42.5水泥密度取3g/cm3。

水泥漿密度=水泥漿重量(水重量+水泥重量)/(水體積+水泥體積)

=(1+1)/(1+1/3)=1.5g/cm3

按每米水泥用量200kg計(jì)算，每米樁水泥漿液體積為(水泥用量+水用量)/漿液密度=(200+200)/1.5g/cm3=267L，提升速度為14cm/min，噴漿流量=267×14/100=37L/min，試驗(yàn)值為35L/min，計(jì)算值與試驗(yàn)控制值基本一致，若提升噴漿流量增加至40L/min，經(jīng)過計(jì)算，每米水泥用量218kg，此時(shí)旋噴體水泥含量增加，滲透系數(shù)會(huì)進(jìn)一步降低，達(dá)到更好的封堵效果。

5 結(jié) 論

通過室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)及施工工藝相關(guān)試驗(yàn)，取得結(jié)果如下：王慶坨水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)水井管井一般在300～400mm，旋噴體直徑宜在600mm，隨著樁徑增大，滲透系數(shù)增大，強(qiáng)度降低。

最佳水井封堵高壓旋噴注漿工藝參數(shù)：注漿管提升速度14cm/min； 轉(zhuǎn)速20r/min；噴漿壓力26MPa，漿液流量大于40L/min；水灰比1∶1；漿液容重控制在1.5g/cm3；水泥用量不低于218kg/m；旋噴體直徑600mm。

旋噴體滲透系數(shù)應(yīng)低于不透水層滲透系數(shù)1.5倍，旋噴體28d抗壓強(qiáng)度不低于5MPa，旋噴體邊緣過渡區(qū)土層滲透系數(shù)小于普通土層平均綜合滲透系數(shù)95%。

ExperimentalstudyonreservoirwaterwellsealingeffectinWangqingtuoReservoirProject

YANG Zhao1, WU Shuxiang2

(1.TianjinWaterEngineeringConstructionQualityandSafetySupervisionStation, 300060,China;
2.TianjinWaterConservancyScientificResearchInstitute, 300061,China)

Wangqingtuo Reservoir is an important part of the supporting works in Tianjin South-to-North Water Diversion Project. The construction unit should do well in reservoir water well sealing work, guarantee reservoir safety of Wangqingtuo Reservoir, prevent inside and outside seepage in the reservoir, avoid underground water penetration during reservoir low water level, and protect water quality. Reservoir bottom anti-seepage requirements are satisfied after sealing well part treatment. In the paper, a test plan is formulated, water well sealing quality standard and process test standard inspection are carried out. Test data are collected and analyzed in the field. The results show that the water selling effect and quality are sound.

reservoir area; water well sealing; test

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.010.009

TV62

B

1005-4774(2017)010-0035-04