烏金峽水電站圍堰高噴防滲墻施工綜述

曹增強

（中國水電基礎局有限公司 天津 301700）

1 概況

1.1 工程概況

烏金峽電站位于黃河上游，圍堰枯水期河水位1423.6m。圍堰左岸為泄洪閘右導墻，透水性極微；右岸為I級階地，砂礫石層，基巖地形起伏較大；河床部位為人工雜填砂礫石、沖積砂卵礫石層及淤砂層所覆蓋，最大厚度45.4m，從堰頂起算最大厚度57.0m。其中，人工雜填砂礫石最大厚度12m，主要分布在壩右0+0.0～0+165m段；砂礫石最大厚度36.9m，從堰頂起算47.9m，其間夾有薄層狀及透鏡體粉細砂并零星分布有孤石及塊石，層位無規律；砂層最大厚度12.7m，主要分布在河床的右下角基巖與砂礫石層之間。其下為加里東期花崗巖與白堊系紫紅色、灰綠色砂巖及粘土巖，以斷層的形式接觸。

堰基覆蓋層透水率大，需要進行防滲處理。左右堰頭采用高噴防滲墻方案，最大孔深48.0m，孔深大于35m的孔占工程總孔數的67%。

1.2 完成工程量

本項目完成工程量見表1。

表1 高噴防滲墻主要工程量清單

2 高噴防滲墻設計要求

a.對于孔深大于20m的地段，采用兩排旋噴孔套接，孔距均為0.8m、排距0.7m。下游排全孔噴射注漿；上游排孔深25m以上的孔沿孔底自下而上噴射注漿至孔深20m處，孔深20～25m的孔噴射長度不小于5m；WG下-2-40～WG下-2-57孔地段地層中孤石含量較高，此部分孔沿孔底自下而上噴射注漿至孔深5m處。

b.孔深小于20m地段采用單排旋噴防滲，孔距0.8m。

c.要求墻底嵌入基巖至少0.8m。

d.高噴墻墻體單樁樁徑不小于1.1m，雙排孔防滲墻厚度不小于1.4m。

e.墻體滲透系數K≤ 5×10-5cm/s，抗壓強度R28=3.0～12.0MPa。

f.高噴防滲墻孔位布置如下圖所示。

圖1 高噴防滲墻孔位布置示意圖

3 高噴防滲墻工程施工

3.1 施工程序

該標段的高噴圍堰防滲工程分兩排施工，先施工下游排，再施工上游排；每排分兩序施工，先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序。Ⅱ序孔噴漿與Ⅰ序孔噴漿間隔不小于48h。單孔施工工藝流程為：鉆孔→下注漿管→旋噴提升→成墻。

3.2 鉆孔施工

高噴鉆孔采用全液壓工程鉆機沖擊回轉跟管鉆進的方法施工，選用可沖擊回轉的跟管鉆具將146mm鋼套管直接打入至地層內成孔。終孔后拔出跟管鉆具后向套管內下入110mm的PVC管，拔出套管即完成鉆孔工作。

根據該工程砂卵石以及巨厚粉細砂層的地質條件，選用了比較先進的全液壓動力頭沖擊回轉鉆機，如德國克萊姆301、401型鉆機、意大利SM400型鉆機、國產阿特拉斯MZ200型鉆機、上海雙帆雙動力頭1200型鉆機等。實際施工表明：上述設備基本滿足施工要求。

3.3 旋噴注漿施工

3.3.1 施工方法及主要參數

高噴防滲墻采用連鎖旋噴樁柱型式，單樁采用“二管法”施工，主要施工參數見表2。

3.3.2 主要工藝與技術措施

a.地面試噴。鉆孔驗收、高噴臺車就位后，為了直觀檢查高壓噴射系統的性能，首先應進行地面試噴，檢查各項參數值是否滿足要求。

b.開噴。噴管下至預定深度后，水泥漿液拌制完畢，即可供漿、供風開噴。待各壓力和流量參數均達到要求，且孔口已返出漿液時，即可按既定的旋轉、提升速度進行噴射注漿。

c.高噴注漿全孔一次連續成孔。中途若因拆卸噴管發生停頓，復噴長度不小于0.2m。

表2 高壓噴射注漿參數

d.裝、卸噴管時，采取密封措施，并加快裝卸速度，以防止噴嘴堵塞。

e.在高噴注漿過程中，出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度和回漿量異常、不返漿等情況時，查明原因后及時進行處理。

f.當孔口回漿密度變小，不能滿足設計要求時，采取加大進漿密度或進漿量的措施予以處理。在富水地層，宜適當減小風量或降低風壓。

g.發生串漿時，首先填堵被串孔，繼續串漿孔的高噴注漿；待其結束后，盡快進行被串孔的掃孔、噴射或繼續鉆進。

h.高噴注漿因故中斷恢復施工時，復噴注漿長度不小于0.5m；停機超過3h應對泵體和輸漿管路進行徹底清洗后方可繼續施工。

i.高噴注漿結束后，利用回漿或新制漿液對已完成孔及時回灌，直至漿液面不再下降。

j.施工中如實記錄高噴注漿的各項參數、材料用量、異常情況及處理方法等。

3.4 漿液

高噴注漿采用純水泥漿，水泥類型為P.O32.5普通硅酸鹽水泥，要求質量符合GB175的規定。

漿液比重要求為 1.4～1.5（水灰比為 1.33∶1～1∶1），采用G—200雙桶高速攪拌機攪拌，每150L漿液加水量為117L，水泥加量為100Kg，制漿密度控制在1.45g/cm3左右。漿液拌制時間不小于30s，漿液自制成至用完不超過4h，當漿液存放時間超過有效時間時，按廢漿處理。漿液過篩使用，要定時檢測其密度（每間隔20～30min），并及時填入記錄表格中。

3.5 高噴注漿施工質量控制措施

a.提升速度誤差不超過±5mm／min；旋轉速度誤差不超過±1 次／min。

b.在制漿站旁設置現場漿液試驗室，按規定的頻次檢測進漿和回漿的密度和溫度，并做記錄。

c.對所進水泥按批號分開堆放，按先后順序分批使用。

d.水泥每400t取樣化驗一次，檢測水泥安定性和強度指標，不合格的水泥嚴禁使用。

e.準確統計每一個孔的水泥用量，每20個水泥袋捆成一捆。

f.噴漿過程中對冒漿情況，漏漿位置、深度、時間等做詳細記錄。

g.終噴后用比重1.7～1.75漿液充填噴孔，直到孔口漿面不再下降；嚴禁使用含有粘土或泥漿的回漿進行回灌。

h.做好機房和輸漿管路的防寒保溫工作，使漿液溫度保持在5～40℃。

4 高噴防滲墻施工中特殊情況處理

4.1 孤石處理

由于地層中存在孤石，跟管鉆進速度會逐漸變慢，套管越卡越緊，最終難以成孔；即使成孔，套管也難以拔出。針對這種情況，采取了鉆孔爆破法進行處理。在鉆進過程中，遇到孤石時，停止偏心跟管鉆進，采用全斷面鉆頭鉆進。鉆穿孤石后，在孤石鉆孔內下入炸藥進行爆破。孤石爆破后，繼續偏心跟管鉆進。從施工情況看，鉆孔爆破法是行之有效的。

4.2 粉細砂層處理

在圍堰河床中部及右側部位鉆孔需穿過埋深18～30m、厚度為10～12m的粉細砂層，潛孔錘跟管鉆進成孔非常困難，常出現沖擊器堵塞和套管被細砂抱死等事故。針對這種情況，采取了下列措施，取得了明顯效果。

a.在停止鉆進前，用壓縮空氣沖洗孔內巖屑和細砂，停風要慢，避免突然停風形成負壓，使細砂急驟上返。

b.加快起、下鉆桿和套管等輔助工作速度。

c.在起、下鉆桿和套管的過程中向鉆孔內注水。

4.3 漏漿處理

該標段圍堰高噴注漿施工存在較大的滲漏現象，第一排I序孔幾乎全不返漿，經分析，漏漿主要發生在堰體和堰體與原始地層接觸部位。漏漿時采取了以下措施進行處理：

a.降低噴射管提升速度或停止提升。

b.降低噴漿壓力、流量進行原地注漿。

c.加大漿液密度。

5 高噴防滲墻施工經驗

通過該工程施工實踐，對高水頭條件下進行大深度高噴注漿施工總結出以下幾點經驗：

a.鉆孔必須選擇與地層相適應的施工機具。砂卵石層中應采用風動潛孔跟管鉆進技術，不宜采用頂驅式跟管鉆進。深孔鉆進必須使用高質量的護壁套管，并及時檢查絲扣。在進行深孔鉆進時，隨著鉆孔深度的增加，套管外壁所承受的摩阻力及管體底部受到的沖擊力也隨之增大，若套管質量不好，在孔內發生脫絲及斷管的幾率也會增大，將極大影響成孔效率。

b.在砂卵石層進行高噴施工應采用PVC管護壁工藝。PVC管護壁效果好，但要注意材質和管徑的選擇。對PVC管的要求是：既能起到護壁作用，使噴管能順利下到設計深度，又能在高壓射流的強力沖擊作用下瞬間破碎。若PVC管不能瞬間破碎，將嚴重影響噴射注漿質量；若管徑過小，則噴管難以順利下設，且極易破壞PVC管；若管徑過大，PVC管在拔套管過程中會被一起帶出。

c.高噴施工深度不宜超過40m。隨著鉆孔深度的增加，施工機具耗損成倍增加，容易發生鉆具、套管斷裂等事故，即使成孔，噴漿過程中也經常發生抱管事故，噴漿質量難以保證。同時，施工成本過高，施工單位往往難以承受。

d.對于下設PVC管的高噴孔，若地層漏失嚴重不返漿，采用靜噴、降低提速等常規處理措施不見效時，無法進行填料堵漏，合適的堵漏方法尚待探索。

6 結語

該工程地質條件復雜，高噴處理深度超常規，施工難度極大；但通過加大施工機具投入、改進施工方法、不斷摸索、不斷總結施工經驗，以最大的努力完成了施工任務。從目前基坑抽水情況來看，高噴處理達到了預期防滲效果。但高噴防滲墻在全水頭下運行的時間長達2年以上，是否成功尚待基坑開挖到基巖面后才能下定論。該工程的施工經驗對今后復雜地層中的大深度高噴防滲墻施工有一定的借鑒作用。