高壓擺噴灌漿技術在圍堰基礎防滲處理中的應用

田樹申

( 中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東118000)

1 概 述

錦凌水庫工程位于錦州市境內的小凌河干流上，壩址位于錦州市太和區后山河營子村，距錦州市9.5 km，水庫總庫容8.08 ×108m3。水庫任務是以承擔錦州市的防洪和供水為主，并兼顧改善地下水環境。工程等別為II 等，工程規模為大(2) 型，錦凌水庫樞紐是以土壩為基本壩型的混合壩。

本工程一期圍堰主要包括上、下游圍堰及縱向圍堰，總長度為1 504.2m，其基礎防滲處理需沿圍堰外部底腳進行灌漿施工，形成防滲墻，以滿足基坑的開挖條件以及混凝土壩段的施工，根據前期的地勘資料以及后期的補充勘探表明，此段地質條件極其復雜，且其防滲施工計劃工期僅20 d，要在較短的時間內，完成此圍堰的基礎防滲處理難度極大，結合本工程的具體條件，采用高壓擺噴灌漿施工方法，并采用振孔高噴灌漿工藝與鉆孔高噴灌漿結合的方法。

2 工程地質

錦凌壩址位于小凌河干流錦州市上游約9.5 km處，村屯距壩址較近，左岸上游600 m為沙河堡，右岸緊臨后山河營子。壩址區河谷呈不對稱“U”型，左岸較陡，右岸較緩，寬約800 m。河流走向近東西向。兩岸為低山，河流左岸為漫灘及一級階地，右岸為漫灘。

主河床位于壩址區右岸陡坎下。河流左岸漫灘寬約15～350 m，地面高程26.70 ～30.50 m，傾向河床，地形平坦，現為荒地。右岸壩軸線部位緊臨陡坎，其上下游均分布漫灘，上游寬約50 ～225 m，地面高程28.75 ～32.99 m，下游寬15～275 m，地面高程26.80 ～28.50 m，均為荒地。

坡洪積物主要分布在壩址區左岸下游的山前階地上，距壩址較遠，以黃褐色黏性土為主。沖洪積物廣布于小凌河河谷中，以圓礫層為主，局部層間夾黏土或淤泥透鏡體。僅在左岸一級階地的表層分布有粉土。

壩址區第四系松散地層分布于河谷兩岸，左岸河漫灘為單層結構，主要為圓礫層; 一級階地為雙層結構，上覆粉土層，厚約1.7 ～5.0 m，下部主要為圓礫層，最大厚約13.5 m。右岸以圓礫層為主，分布于漫灘上，厚度約4.0 m。壩址區第四系覆蓋層中粉土滲透系數5.03 ×10－5cm/s，為弱透水層;圓礫層滲透系數1.42 ×10－1cm/s，為強透水層。

3 施工方案

根據工程目的要求和具體地質條件，結合本工程的具體情況，圍堰高噴灌漿施工擬采取高壓擺噴灌漿工藝進行施工。結合現場施工條件，將圍堰分為幾個區段，施工區域內共布設9 臺鉆孔機械，其中鉆灌一體設備為4 臺套，鉆灌分離設備為5 臺套。施工平面布置見圖1。

3.1 工藝原理與特點

振孔高噴工藝是利用大功率振動器將高噴管直接振至預定深度( 設計深度) ，使造孔和下管一次完成，結合小孔距，充分利用高壓漿射流近噴嘴的高能區切割地層，從而實現快速提升的一種新工藝。其特點是施工不用分序實現重復切割地層，具有高效率、地層適應性強，成墻質量好，節省材料等特點。

鉆孔高噴工藝是利用地質鉆機先打出高噴孔，成孔后將鉆機移向下一鉆孔，將鉆孔高噴機移到已成孔位置，下入高噴管，進行常規高噴。

圖1 擺噴灌漿施工平面布置圖

3.2 施工工藝流程

施工工藝包括3個方面:

3.2.1 振孔高噴施工程序

3.2.1.1 振孔擺噴施工程序

振孔擺噴施工程序為:施工準備→確定孔位→高噴機就位→調整噴管垂直度→供氣、供漿地面試噴→振動成孔至設計深度→擺提升噴射至設計高程→擺噴結束提出噴管→進入下一流程。

3.2.1.2 振孔擺噴工藝分解圖

振孔擺噴工藝分解圖見圖2。

圖2 振孔擺噴工藝分解圖

3.2.1.3 振孔擺噴工藝流程圖

振孔擺噴工藝流程圖見圖3。

圖3 振孔施(擺)噴工藝流程圖

3.2.2 鉆孔高噴施工程序

1) 鉆孔高噴施工程序為:施工準備→確定孔位→鉆機就位→鉆孔完成后移出→鉆孔高噴機就位→調整噴管垂直度→供氣、供漿地面試噴→下至設計深度→提升噴射至設計高程→高噴結束提出噴管→進入下一流程。

2) 鉆孔高噴工藝流程圖見圖4。

圖4 鉆孔高噴工藝流程圖

3.2.3 擺噴連接方式示意圖

擺噴連接方式見圖5。

圖5 擺噴灌漿連接方式示意圖

3.3 施工技術參數

高噴防滲墻工程現場施工采用的施工參數為:

孔距:振孔高噴為0.8 m; 鉆孔高噴為1.2 m; 孔斜率: ≤1%;孔位偏差: ±3 cm; 孔深: 入巖≥0.5 m; 提升速度: 振孔高噴為20 ～25 cm/min; 鉆孔高噴為8 ～15 cm/min; 漿壓:30～35 MPa; 漿 量: 70 L/min; 風 壓: 0.4 MPa; 風 量: 2 ～6 m3/min;漿液比重:1.35 ～1.45 g/cm3( 采用42.5 普通硅酸鹽水泥) ;擺角:20° ～30°;擺動次數:20 ～25 次/min。

3.4 施工過程控制

3.4.1 振孔高噴施工質量控制

1) 孔的定位:由施工技術人員進行放樣，做好標記和編號。施工中操作人員準確定位，定位誤差≤3 cm。當班質檢員檢查合格確認后，方進入下道工序。

2) 振孔高噴機就位時，由操作人員用水平鉛錘校準垂直度，并經質檢人員檢查滿足要求后，穩定高噴機。

3) 調整噴管垂直度: 利用水平鉛錘調整高噴管垂直度，確保鉛錘在圓環內。經過兩次檢測以后，即滿足振孔高噴灌漿施工的偏斜控制要求。

4) 成孔前，進行地面試噴，各項技術指標達到要求后，調低氣、漿壓力參數后將高噴管下振至孔底。

5) 高噴頭下振至孔底后，將漿、氣參數調到設計值，待漿液返出孔口后，按設計參數進行高噴灌漿。

6) 為確保防滲墻底線進入巖石并嵌接良好，在振孔過程中詳細觀察機械的振動狀況，并記錄入巖深度，達到入巖0.5 m以上后終孔。

7) 詳細記錄孔號、孔深、地層變化等特殊情況及其處理措施。

8) 提升噴射注漿:按照試驗參數自下而上按規定速度提升到即定防滲墻頂高程后，調低高噴參數并快速提升到地面。

9) 振孔高噴灌漿原則上全孔連續作業，施工有間斷的孔段，需進行復噴，搭接長度≥0.5 m，復噴工作在技術人員指導下進行。

3.4.2 鉆孔高噴施工質量控制

1) 確定施工軸線、布孔: 按照設計圖紙中提供的軸線位置，測量放樣再用鋼尺往返丈量排孔，保證孔位偏差＜3 cm，以保證施工軸線的精度。

2) 鉆孔施工:①采用地質鉆機鉆孔，泥漿護壁，鉆孔直徑Ф108 mm，鉆至超設計孔深0.3 ～0.5 m。②鉆孔前由技術人員負責先核對孔位，調平鉆機，校正鉆機立軸垂直度，確保孔位偏差≤3 cm。③鉆進過程中，還應隨時校正立軸垂直度，避免鉆機由于震動產生傾斜變形，以保證孔斜率＜1%。④為了保證孔深達到要求，每一個施工中的鉆孔最后一根鉆桿下到孔深后，必須由當班質檢驗員進行鉆孔驗收后方可終孔，并做好詳細記錄。⑤鉆進暫停或終孔待噴時，孔口應加以保護。若時間過長，應采取措施防止塌孔。⑥鉆進時應詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況及其處理措施。

3) 下噴射管:①檢查機械運行情況，檢查各種管路暢通情況，合格后下噴漿管，為防止下管過程中堵塞噴嘴，可將噴嘴包扎。②如遇塌孔噴射管下不到孔底時，應提出噴射管，用鉆機鉆到孔底后再重新下噴射管。

4) 擺噴提升:①當噴頭下至設計深度，輸入水泥漿液和壓縮空氣，按設計參數進行原位噴射，待漿壓和風壓達到設計值，且孔口返漿后，按設計提升速度、擺動進行噴漿作業，直至達到即定防滲墻頂高程后，調低高噴參數并快速提升到地面。噴灌結束提出噴管后，及時沖洗管路，使管內、機內不留水泥殘液，以避免水泥漿硬化堵塞管路，影響下個孔的噴灌質量。②高噴灌漿過程中，需中途拆卸噴射管時，搭接段應進行復噴，復噴長度≥0.2 m。

3.4.3 其他高噴施工質量控制

1) 當提升擺噴灌過程中出現壓力驟升或突降、孔口回漿濃度或回漿量異常現象時，及時查明原因，妥善處理，并報告監理工程師。

2) 高噴灌漿過程中異常現象，采取以下措施處理: ①孔口不返漿時，立即停止提升，加大進漿量和風壓;孔口少量返漿時，降低提升速度。②孔口返漿濃度過大時，降低漿液濃度或在孔口增加補償稀釋水管并控制流量，避免高噴塌孔、埋管事故發生。③供漿正常的情況下孔口回漿密度變小、回漿量增大，降低風壓并加大漿液密度或進漿量。若孔口冒漿量過大，可通過下列措施解決: a. 高噴射壓力; b. 適當縮小噴嘴孔徑;c. 提升速度適當加快。

3) 高噴灌漿結束后，利用回漿或水泥漿及時回灌，直到孔口漿面不下降為止。

4) 施工過程中準確記錄高噴灌漿的各項參數、漿液材料利用量、異常現象及處理情況，檢查各項施工參數是否符合即定技術參數。

5) 漿量、漿壓、風壓、風量等其它高噴參數，用專職記錄員觀測記錄。

6) 高噴灌漿施工過程中經常觀察回漿情況，采取措施保證孔內漿液上返暢通，避免造成地層劈裂和地面抬動。

7) 經常檢查、準確判斷漿嘴、氣嘴完好狀態，出現異常現象立即處理。

3.5 特殊情況處理

1) 施工中及時觀察，準確判斷漿嘴、氣嘴暢通情況:當漿嘴、氣嘴堵塞后，停止噴射加大注漿壓力、降低水泥漿濃度、上下反復快速移動噴頭等手段，力爭通開，而后進行搭接長度＞0.5 m的復灌施工。在每一孔振孔施工之前應進行噴嘴完好狀態的檢驗，出現異常的噴嘴進行更換或處理。

2) 供漿正常的情況下孔口密度小且不能滿足設計要求時，加大進漿密度或進漿量。

3) 孔口不返漿時，立即停止提升，加大進漿量和風壓，并降低提升速度;孔口少量返漿時，降低提升速度。

4) 停機超過3 h時，對泵體輸漿管路進行清洗后方繼續施工。

5) 供漿正常的情況下孔口回漿密度變小、回漿量增大，降低風壓并加大漿液密度或進漿量。若孔口返漿量過大，通常是有效噴射范圍與注漿量不相適應有關，可通過下列措施解決:①提高噴射壓力。②適當縮小噴嘴孔徑。③提升速度適當加快。

6) 高噴灌漿因故中斷恢復施工時，進行復噴，搭接長度≥0.5 m，如中斷時間超過水泥終凝時間，需在中斷部位上下各1 m范圍內進行補孔補噴。

4 工程質量檢查

4.1 開挖取樣檢查

工程施工結束中，2009－09－29 在現場由業主、監理指定的樁號即0 +156.40 ～0 +163.60、0 +413.60 ～0 +417.60、0 +989.20 ～0 +994.00、1 +115.40 ～1 +117.80 共4 處分別進行了1#探坑、2#探坑、3#探坑和4#探坑的開挖檢查。從檢查的情況來看: 墻體連續完整，水泥結石體堅實，墻面不規則，墻體厚度滿足設計要求。

同時在2#檢測坑和3#檢測坑的墻體上各取一組試樣進行抗壓強度及滲透系數試驗，其28 d抗壓強度平均值分別為5.8 MPa，滲透系數平均值分別為4.5 ×10－8cm/s，滿足設計要求。

4.2 基坑開挖檢查

圍堰基礎防滲處理后，我單位于2009－09－27 進行基坑的開挖施工，幾乎無滲漏水現象。

5 結 語

在圍堰基礎復雜地層的處理中，采用高壓擺噴灌漿的施工方法不僅提高了工時功效，而且達到了較好的防滲效果，增加了工程的經濟效益，可以為以后類似復雜地層防滲工程施工提供借鑒。

［1］中國水利水電基礎工程局. DL/T5200－2004 水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范［S］. 北京:中國電力出版社，2005.

［2］湖南化工地質工程勘察院. HG/T20691－2006 高壓噴射注漿施工操作技術規程［S］. 北京:中國計劃出版社，2007.

［3］水利水電工程施工手冊編寫委員會. 地基與基礎工程手冊［S］. 北京:中國電力出版社，2004.

［4］中華人民共和國建設部. GB50021－2001 巖土工程勘察規范［S］. 北京:中國建筑工業出版社，2002.

［5］中國水利水電基礎工程局. DL/T5148－2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范［S］. 北京:中國電力出版社，2002.