武都水庫土石圍堰高噴灌漿試驗研究

楊柳

（二灘水電開發有限責任公司，四川 成都 610051）

1 工程概況

武都水庫工程是涪江流域以防洪、灌溉為主，結合發電，兼顧城鄉工業生活及環境用水等綜合利用效益的龍頭水庫。壩址位于四川省江油市武都鎮上游約4km的摸銀洞峽谷涪江上游河段，總庫容5.72億m3。

武都水庫圍堰工程堰基均為砂礫卵石，堰體為開挖石渣料回填體。為提高圍堰的抗沖和防滲，在上游圍堰的下游坡腳堰基布置了兩排高壓旋噴樁，樁徑不小于1.2m，排距0.8～1.0m，孔距1.0～1.2m，要求樁體連接的最小厚度30～40cm，凝結體抗壓強度R28≥5MPa。在下游圍堰堰基及堰體布置了高噴防滲板墻，采用旋噴套接，孔距1.0～1.2m，最小厚度30cm，凝結體抗壓強度R28≥5MPa。高壓旋噴樁及高噴板墻均采用新三重管法施工，雙噴嘴旋噴。樁體深入基巖0.5～1.0m，孔斜率不大于1.5% ，K≤i×10-6cm/s（0＜i＜10）。

2 試驗參數

為了優選適應本工程地質條件的、合理的防滲體設計參數（即孔距、排距）、施工參數（即漿壓、水壓、氣壓和輸漿量、輸水量、輸氣量、旋轉速度、提升速度、漿液配比等）、施工工藝，以便分析施工機械組合的工效、材料及勞力消耗指標，了解固結凝結體的物理性能，有必要在施工前進行高壓噴射灌漿試驗。初擬試驗參數：漿壓不小于40MPa；漿量大于80～100L/min；水壓不小于40MPa；水量大于75L/min；氣壓大于 1.0～1.5MPa；氣量為 8m3/min；轉速為10r/min；提升速度為10～12cm/min（不同地層應采用不同的提升速度）。

灌漿孔孔壁可用泥漿固壁，也可下入特制的PVC花管護壁。漿液擬采用密度為1.6～1.7g/cm3的水泥漿液，孔口回漿密度不小于1.2g/cm3。

3 高噴試驗

3.1 試驗場地選擇及填筑

試驗場地選擇在下游圍堰右堰肩上游，試驗區高程為574.8m，平整面積約700m2。實驗場地填筑利用自卸汽車運輸石渣料，推土機攤鋪平整，碾壓機碾壓密實，填筑體的干密度達到2.21g/cm3，達到設計填筑質量要求。

3.2 試驗機具選擇與性能

鉆孔采用重慶鉆探廠生產的MGJ—100型鉆機配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔工藝。鉆頭采用中φ146合金球齒偏心鉆頭，跟進套管采用φ150無縫鋼管，絲扣連接。鉆機能直接跟管鉆進，具有成孔快，精度高，適用于任何性質的覆蓋層鉆孔。

高噴灌漿采用GS500—4型高噴臺車，并列三聯管法自下而上旋噴成樁。噴具直徑φ89，采用專用高強螺栓連接，連接處用尼龍墊密封。GS500—4型高噴臺車具有一次性提升12.0m的特點，提升采用無級變速，變速范圍0～25cm；水壓設備采用天津通用機械廠生產的302—3275/50高壓柱塞泵，額定工作壓力50MPa，實際工作壓力40～41MPa，具有長時間連續工作的特點；灌漿采用BW—150型泥漿泵，調節手柄檔位可得到不同的壓力、流量組合。

3.3 施工試驗方法

3.3.1 施工工藝流程

場地平整壓實→臺車行走→軌道鋪設→布孔、鉆機就位→校準角度、造孔→測斜→下PVC管、起拔導管→高噴臺車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。

3.3.2 造孔

1）鉆孔施工工序：放線布孔→鉆機就位→鉆機找平→固機及套管調整垂直→開孔、糾斜→鉆進、糾斜→終孔→取鉆桿→下PVC管→拔導管→終孔驗收。

相鄰孔施工時間間隔不少于24h；鉆孔時要求管架定位準確、安裝平穩，鉆孔孔位偏差不大于5cm，孔斜率不大于1.5%；鉆孔過程中，根據返碴情況、鉆進速度、鉆機及沖擊器運轉情況判斷地層分布情況，并準確記錄其厚度及孔深；鉆孔結束后，先取出鉆桿，然后下入φ110×1.5的PVC管護壁，起撥套管，接頭套接后用塑料帶密封。

2）注水試驗：檢查孔鉆孔完畢后，取出鉆桿，下入PVC花管，用砂漿封閉井口后進行注水試驗，注水方法采用固定水頭法，即將注水孔中的水位抬高到一定高度，采用水箱自流供水，出水口安裝調節靈活的配水閥門，保持水頭不變，連續注水，注水量采用測量水箱下降深度和量筒檢測的方法。

鉆孔完成后，清孔，檢測孔深，確定試段長度；在鉆孔結束后測量并記錄鉆孔深度和地下水位，進行注水前的穩定水位觀測，每10min觀測一次水位，當鉆孔水位連續3次讀數變化幅度不大于1cm且無連續升降時可認為穩定；注水量由小到大，當動水位升高到設計高度以后應控制注水量，使水位保持穩定；注水開始后，每隔3～5min觀測一次水位、水量，穩定后改為每隔10min觀測一次，持續觀測24h，讀取穩定滲流量值；穩定耗水量的允許誤差：（Q最大-Q最小）/Q平均≤10%時為穩定。

根據SL31-2003《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》計算滲透系數。

式中：K—滲透系數，cm/s；Q—注水量，m3/d；L—試段長，

m；H—注水造成的水頭高度，m；r0—造孔半徑，m。

3.3.3 高噴灌漿

1）高噴灌漿參數（見表1）。

2）漿液配制。配制漿液的加料順序為水→水泥→攪拌60～90s，必須按加料順序加入所需材料，各種材料的加量準確，進漿濃度滿足設計要求。漿液必須充分過篩過濾，自制備到用完時間不超過4h。

3）高噴灌漿。施工藝程序：臺車行走、就位及調試→地面試噴→下噴具→靜噴→孔口返漿檢測→提升噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。高噴灌漿分二序施工，相鄰次序孔施工時間間隔不少于24h；先施工圍井墻體孔，后施工圍井封底孔。

當噴具下入到設計深度后，啟動旋噴機，調節風、水、漿的流量、壓力和旋噴機的旋轉速度，使之達到設計值，待孔口返漿比重符合要求后，開始提升，邊旋轉邊提升，自下而上噴射灌漿，直至樁頂高程停噴。在高噴灌漿過程中，隨時檢查施工機具運轉是否正常，風、水、漿的流量，壓力值、進漿比重、回漿比重及旋轉速度、提升速度等參數，并認真做好施工記錄，保證資料真實、準確、完整。

表1 高壓旋噴灌漿參數表

高噴灌漿結束后，指派專人負責用返漿進行孔口注漿，直到回填密實，漿面不再下降。

4）特殊情況處理。提升速度要根據地層和返漿情況做適當調整，在地層交界處應停止提升，靜噴2～3min，并加大供漿量；在塊碎石架空地層中噴射灌漿時采取以下措施：噴具停止提升，靜壓注漿，使架空地層全部充填密實，孔口返漿符合要求后才能恢復噴具提升；降低噴射水壓和風壓，水壓、風壓分別降至5MPa和0.3MPa加濃漿液，增大供漿量，孔口摻砂等措施；為了防止噴具被埋堵，采用間隔提升的方法，待返漿后將風、水、漿等參數調整至正常值。試驗施工成果分析。

5）孔斜控制。高噴灌漿要求鉆孔孔斜率不大于1.5%，本次試驗采用MGJ—100型鉆機偏心跟管鉆進，鉆進中邊鉆進邊校正孔斜，孔斜不合格要求采用擴孔措施進行糾偏處理。

4 試驗檢測方法及成果

4.1 試驗方法

試驗檢測以鉆孔取芯、檢查孔注水及樁內外開挖方式進行。

1）芯樣試驗結果。從4根樁檢查孔的巖芯看出，大部分巖芯破碎，局部芯樣無水泥膠結體，取芯率分別為69.2%，73.6%，75%，87%，芯樣強度抽檢 3組，其 14d抗壓強度值均能滿足設計要求的R28≥5MPa。

總的來看，取芯效果比較好，相鄰樁之間在高噴時有明顯切割，膠結充分。

2）注水試驗。為了檢驗高噴防滲體的防滲效果，每個檢查孔都進行一次性靜壓注水試驗。注水試驗采用固定水頭法。注水試驗成果見表2。

表2 檢查孔注水試驗成果表

3）開挖檢查。采用挖掘機結合人工開挖的方式對防滲體進行開挖檢查，開挖時完全揭露出石渣填筑層、河床砂卵石覆蓋層。

4）注水試驗。為了檢驗高噴防滲效果，對檢查孔進行了整孔注水試驗。注水試驗成果見表3。

4.2 試驗分析

1）試驗區地層填筑模擬截流圍堰地層，具有一定的代表性，基本上能指導下游圍堰高噴防滲墻的規模施工。

2）試驗采用MGJ—100錨桿氣動沖擊偏心跟管鉆進，PVC管護壁，并列三管法高壓噴射灌漿施工工藝，完全能滿足土石圍堰填筑體施工。

3）試驗段地層的地質情況表明，河床卵石覆蓋層級配分布極不均勻，粒徑20～40cm的砂卵石集中地段會使高壓旋噴樁產生嚴重的“縮徑”現象，從而使樁徑達不到設計要求的尺寸，（孔距1m的布孔方式），防滲墻剖面出現滲漏點。

表3 注水試驗成果表

4）由于圍堰下部砂卵石覆蓋地層可灌性差，制約了高噴灌漿的提升速度，進而造成注漿時間延長，水泥浪費比較大。

5 結語

1）根據試驗成果資料分析，下游圍堰高噴施工設計工程量4500～5000延米，正式施工時只需4臺高噴臺車，6臺錨桿鉆機，可在30d內完成施工任務。

2）圍堰填筑時盡量減少孤石在堰體內的比率。高噴灌漿時遇到孤石時，將對漿液擴散產生阻礙作用，從而使樁徑達不到設計要求，搭接出現問題。

3）質量檢測結果表明，武都水庫土石圍堰由大量人工填筑體組成，采用高壓旋噴防滲墻防滲，只要采取適宜的施工方法和合適的工藝參數，嚴格控制施工參數和各工序，防滲質量是有保證的，但滲透系數K不一定滿足K=i×10-6cm/（s1＜i＜9）要求。