高壓旋噴灌漿在蓋下壩水電站圍堰基礎防滲中的應用

楊宏正，李明柱，范 永

（1.重慶市云能發電有限公司，重慶 云陽 404500；2.水電十二局第三分局，浙江 杭州 330099；3.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

蓋下壩水電站位于重慶市云陽縣和奉節縣境內的長江一級支流長灘河中上游河段，壩址位于長灘河上游云陽縣云峰鄉蓋下壩村以下約3 km的老鴉峽前段。

蓋下壩水電站上、下游圍堰場地狹小覆蓋層厚度大。基坑位置狹窄圍堰基礎防滲是保證今后順利施工的重點。設計采用高壓旋噴對上、下游圍堰基礎進行防滲處理，設計孔間距1.0 m，排距75 cm。經高噴試驗后依據檢查效果，設計孔間距調整為80 cm，排距75 cm。

1 地質條件

上游圍堰位于壩址上游，組成圍堰基礎巖層為嘉陵江組中薄層中等風化石灰巖，上覆第四系沖洪積物上部為砂卵礫石，厚度為6.50 m，下部為含泥砂礫石、卵石等，厚度為10.20～19.80 m。據抽、注水試驗資料，砂卵礫石滲透系數k值為0.23 cm/s，屬強透水層，含泥砂礫石滲透系數k值為0.0032 cm/s，屬中等透水層。

下游圍堰位于壩址下游，距導流洞出口約70 m，組成圍堰基礎巖層為嘉陵江組中薄層中等風化石灰巖，上覆第四系沖洪積物上部為砂卵礫石，厚度為8.50～12.00 m，下部為含泥砂礫石、卵石等，厚度為11.50～21.50 m。據抽、注水試驗資料，砂卵礫石滲透系數k值為0.16 cm/s，屬強透水層，含泥砂礫石滲透系數k值為0.01 cm/s，屬中等透水層。

2 高壓旋噴工藝原理

1）沖切摻攪作用。高噴技術主要是借助于高壓射流，通過沖擊切割和強烈擾動，使漿液在射流作用范圍內擴散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結體，從而改變原地層結構和組成，達到防滲和提高承載力的目的。

2）升揚、轉換作用。高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣，除能對水或漿液構成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結構外，還可產生升揚作用，將經射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒，由孔壁和噴射桿的環狀間隙中升揚帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉換作用。

3）擠壓、滲透作用。高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，雖不能再沖切地層，但對地層仍產生擠壓作用。同時，噴射結束后，靜壓灌漿持續進行，對周圍土體產生滲透作用，不僅可以促使凝結體與周圍土體結合更加密實，還在凝結體外側產生明顯的滲透凝結層，具有較強的防滲性能。

4）位移握裹作用。地層中較小的塊石，由于噴射能量大，輔以升揚、轉換作用，最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹，遇到大的塊石或在塊石集中區，應降低提升速度，提高比能值。在強大的沖擊震動力作用下，塊石將會產生位移、松動，漿液沿塊石四周空隙或塊石間孔隙滲入。在高壓噴射擠壓、余壓、滲透等綜合作用下，產生握裹凝結作用，形成連續密實的凝結體。

3 高壓旋噴灌漿施工參數

高壓旋噴墻設計布置兩排灌漿孔，上游圍堰高噴軸線為直線，下游圍堰高噴軸線為圓曲線。

高壓旋噴灌漿施工參數見表1。

表1 高壓旋噴灌漿施工參數表

4 高噴施工工藝

4.1 高壓旋噴施工工藝流程圖

4.2 先導孔布置

為了對前期地質勘探資料進行補充以確定高噴灌漿所在位置巖面線的準確深度。在下游圍堰布置4個先導孔，上游圍堰布置5個先導孔。先導孔要求深入基巖3 m，基巖段取芯并裝箱編號保存。

所有先導孔取芯后，根據巖芯情況判斷，所有先導孔均以深入基巖。高噴灌漿鉆孔滿足設計要求的灌漿孔深入基巖50 cm的要求。

4.3 鉆孔施工

1）鉆孔方法。采用MZ-200型英格索蘭鉆機沖擊鉆機同時跟φ146套管成孔，英格索蘭E700空壓機提供鉆機沖擊動力用風，開孔前嚴格檢測鉆機導軌架和鉆桿的垂直度和鉆頭所對的孔位，直至確保位于鉛垂狀態和開孔孔位誤差不大于5 cm。鉆進過程中隨時抽檢鉆桿的垂直度，發現異常立即重復修孔處理。

2）鉆孔孔徑。φ150 mm。

3）終孔深度。進入基巖0.5 m。

4）安裝PVC管。在孔深驗收后，下入φ110的PVC管護壁，PVC管接頭用透明膠帶纏繞固定。

5）起拔φ146套管。PVC管安裝完畢后，用拔管機起拔φ146套管，在這個過程中要小心注意防止將φ110的PVC管一起拔出。

6）安裝噴桿。φ146套管起拔完畢后，安裝噴桿準備旋噴作業。

7）清孔。終孔后，采用0.6～0.7 MPa壓縮空氣沖孔排碴，保證孔底殘存巖渣低于沉渣段頂端。

4.4 鉆孔分序

每排鉆孔分Ⅰ，Ⅱ兩序，按先施工上游排再施工下游排,先施工Ⅰ序再施工Ⅱ序的順序施工。

4.5 高壓旋噴施工

1）材料。高壓旋噴注漿應采用42.5號普通硅酸鹽水泥拌制；使用滿足規范要求的地表水拌和。

2）漿液要求。采用三重管噴射注漿，漿液比重要求不小于1.6。漿液存放時間：當環境氣溫10℃以下時，不超過5 h，當環境氣溫10℃以上時，不超過4 h；當漿液存放超過有效時間時，按廢漿處理。

3）噴射施工。

a）旋噴機就位。根據圍堰高噴孔孔位，噴射機組就位后，應保證立軸或轉盤與孔位中心對正，成孔偏斜率不大于3%。

b）插管。當鉆孔鉆至施工規定的深度后拔出套管，并換上旋噴管插入預定深度。在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1 MPa，如壓力過高，則易將孔壁射塌，或采取塑料薄膜包裹噴射頭。

c）噴射作業。當噴管插入預定深度后，由下而上進行噴射作業。注漿過程中應達到：高壓注漿設備的額定壓力和注漿量應符合施工的要求，并確保管路系統的暢通和密封。施工前進行實際壓力檢測。

d）沖洗。噴射提升到設計標高后，旋噴即告結束。施工完畢應把注漿管等機具設備沖洗干凈，管內機內不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵，注漿管軟管內的水泥漿液全部清出。

e）移動機具。把鉆機、旋噴機等機具設備移到新孔位上。

4）施工過程中特殊情況的處理。

a）漿路被堵。在旋噴注漿過程中，送漿管路被堵，停止提升，立即用高壓水進行沖洗至暢通；然后將噴桿下降原深30 cm以下繼續旋噴。

b）孔口不返漿或返漿量少。采用降低提升速度或定噴、增大漿液濃度等措施進行旋噴。如果效果不明顯采用孔口加入水玻璃和河砂進行噴射堵漏。

c）因故停噴。必須記錄事故位置，處理后重新將噴管下到事故位置以下30 cm，方可旋噴施工。

5 高噴質量檢查

該工程上、下游圍堰高噴施工采用了鉆孔取芯、靜水頭注水試驗的方法對高噴墻進行了檢查。在檢查過程中，鉆孔0～10 m范圍取芯結果較好，有長柱狀巖芯取出，水泥與砂礫石膠結較好；在下部11～30范圍內取芯效果較差，出現了孔壁掉快、卡鉆等現象。整個檢查靜水頭注水試驗結果滿足設計要求。

6 高噴過程分析

蓋下壩工程上下游圍堰兩岸上體陡峻，下游圍堰左岸鉆孔過程中遇到了倒懸體。后經補充勘探及采用防滲灌漿處理后滿足設計要求。

蓋下壩水電站高噴灌漿的主要難點在覆蓋層較厚，下游圍堰最深鉆孔達43 m，遠大于前期勘探的設計深度。覆蓋層中部含泥量較大，造成噴漿后墻體強度不高，給取芯鉆孔檢查造成很大難度。覆蓋層中含直徑超過3 m的大孤石，孔斜控制困難。通過采用扶正鉆具，施工過程中增加孔斜檢測頻率等方法達到了設計要求。

在實際施工中布置了先導孔，先導孔取芯較好的解決了通過經驗判斷基巖深度的不確定性的問題。

高噴質量檢查方法還有待進一步研究，圍井及取芯法均屬于抽樣檢查，無法全面反應高噴墻的墻體質量。鉆孔取芯法有很大的局限性，對深度大的薄墻體采用該方法檢查存在較大困難。

7 結語

通過對上、下游圍堰進行高噴防滲處理以后，圍堰基礎滲水情況得到了很好的改善，保證了大壩基坑的順利開挖。目前蓋下壩水電站墊座混凝土已經澆筑，在實際開挖過程中圍堰滲漏量較小，采用4臺四寸潛水泵可滿足基坑排水要求，高噴的防滲效果較好。