高噴防滲施工在砂卵石透水地層圍堰中的應(yīng)用

馮 立 恒， 唐 秀 蓮

(1．西藏大唐國際怒江上游水電開發(fā)有限公司，四川成都 610091;2．成都明晟建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，四川成都 610025)

1 概述

麒麟寺水電站位于甘肅省文縣境內(nèi)的白龍江上，電站上距碧口水電站13．5km，下距寶珠寺水電站89．5km，該工程一期縱向圍堰位于導(dǎo)流明渠右導(dǎo)墻右側(cè)河床，從基巖開始，經(jīng)上游漫灘、中間河床至下游岸邊，圍堰全長為590．7m。圍堰防滲采用單排高噴防滲墻，防滲墻最深達(dá)35m。高噴總量為12600m，防滲總面積為11000m2。

上游漫灘及河床沖積層主要為卵石層，厚度為17～24m，漫灘部位厚度較小，下游河槽帶覆蓋層厚度較大，沖積層以卵礫石為主，夾有砂礫層透鏡體，結(jié)構(gòu)松散，局部含漂石及砂卵石。河床沖積層為極強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)K=100m/d，局部階地礫石滲透系數(shù)K=30～80m/d，整體滲透性較強(qiáng)。生產(chǎn)性試驗(yàn)揭露，壩下0+130～0+170段存在兩層架空強(qiáng)透水帶，局部有漂塊石。

2 高噴施工參數(shù)的確定

2．1 高噴施工工藝及方法

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，堰體與堰基采用三重管旋、擺搭接高壓噴射灌漿進(jìn)行圍堰防滲施工。鉆孔采用跟管鉆進(jìn)，PVC管護(hù)壁，施工分兩序進(jìn)行，按照先導(dǎo)孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔的順序進(jìn)行。旋擺、噴結(jié)合布置情況見圖1。

圖1 旋、擺噴布置示意圖

2．2 施工參數(shù)的確定

2．2．1 施工設(shè)備

孔深大于25m段選用HD-120型潛孔鉆，孔深20～25m段選用CM-3000型潛孔鉆，孔深＜20m段選用XYZ-70沖擊鉆。跟管鉆進(jìn)在拔出套管前下入PVC管護(hù)壁。

噴射設(shè)備選用山東泰安-高噴臺(tái)車，試噴完成并確定參數(shù)后，將噴管下到設(shè)計(jì)深度，先輸入符合參數(shù)要求的水、氣、漿靜噴3～5min，按規(guī)定的提升、旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)速度，自下而上噴射作業(yè)，直至設(shè)計(jì)高度再停送水、氣、漿，提出噴射管。

圍堰高噴防滲施工投入鉆孔設(shè)備4臺(tái)，噴漿設(shè)備4臺(tái)，主要設(shè)備見表1。本工程工期為50d，日平均強(qiáng)度為252m/d，設(shè)備滿足施工強(qiáng)度要求。

2．2．2 灌漿參數(shù)的確定

根據(jù)試驗(yàn)和地質(zhì)情況，對(duì)圍堰上游段(堰0+590．7 ～0+430．7)及下游段(堰0+00 ～0+110)地質(zhì)條件相對(duì)較好、高噴孔深小于20m的地段孔距按1．2m控制。圍堰中部(堰0+110～0+430．7)地質(zhì)條件復(fù)雜、孔深為25～35m的部位孔距按1．1m控制;壩下0+130～0+170段架空強(qiáng)透水層且有大漂塊石的地段孔距按1m控制。若防滲效果不理想，再采取深層堵漏等措施。

表1 主要設(shè)備明細(xì)表

2．2．3 主要施工參數(shù)控制

2．2．3．1 原材料

水泥漿液:漿液水灰比按1∶1 ～0．6∶1 進(jìn)行控制，密度按1．5 ～1．7g/cm3進(jìn)行控制。

2．2．3．2 造 孔

孔斜小于1%，孔深入基巖大于0．8m，噴管下設(shè)深度須與實(shí)際孔深相對(duì)應(yīng)。

2．2．3．3 灌漿壓力

水壓按 38MPa、風(fēng)壓按 0．6MPa、漿壓按 0．6 MPa控制。

2．2．3．4 旋、擺噴提升速度

新填筑圍堰部位按9cm/min控制。對(duì)于圍堰以下的原河床部位:Ⅰ序孔按6cm/min控制，Ⅱ序孔按8cm/min控制。

2．2．3．5 旋、擺噴轉(zhuǎn)速控制

旋轉(zhuǎn)速度按6r/min、擺噴速度按8r/min控制。

2．2．3．6 高壓噴射灌漿控制

噴射之前，先進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械、管路運(yùn)行情況，調(diào)準(zhǔn)噴射方向及擺動(dòng)角度;噴頭下至設(shè)計(jì)深度先按照規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行原位噴射，待漿液返至孔口、情況正常后開始提升噴射;下入、拆卸噴射管時(shí)應(yīng)采取措施防止噴嘴堵塞。施工過程中因故中斷噴射作業(yè)時(shí)，立即停止提升和旋噴。排除故障復(fù)工時(shí)，復(fù)噴搭接長度應(yīng)大于0．5m，以保證凝結(jié)體的連續(xù)性。

2．2．4 特殊情況的處理

(1)高噴因故中斷時(shí)立即停止提升，記錄中斷深度并盡快復(fù)噴，復(fù)噴時(shí)將噴具下至中斷位置以下0．5m，在搭接處進(jìn)行靜噴，直至孔口返漿時(shí)方可提升，以保證防滲體的連續(xù)性。

(2)對(duì)強(qiáng)透水帶及漂塊石架空地層部位采用以下措施:噴管停止提升、靜壓注漿，使架空層全部充填密實(shí)，待孔口返漿時(shí)才能恢復(fù)提升噴管;降低噴射水壓及風(fēng)壓，將水壓和風(fēng)壓分別降至5 MPa和0．3MPa以內(nèi);加濃漿液、加大供漿量，孔口摻砂;為防止噴管被埋，采用間隔提升法(即全參數(shù)切割地層、靜噴交替進(jìn)行)，待孔口返漿后再將風(fēng)、漿等參數(shù)調(diào)至正常值。

(3)施工過程中遇到孤石部位鉆孔時(shí)需做好詳細(xì)記錄，采用聚能爆破將孤石炸碎，再用沖擊鉆鉆孔，對(duì)該部位進(jìn)行高噴灌漿時(shí)需進(jìn)行復(fù)噴以擴(kuò)大噴射范圍。必要時(shí)增設(shè)加密孔或采用回填灌漿等方法，確保該部位防滲體的連續(xù)性和密實(shí)性。

(4)孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿、孔口不返漿時(shí):應(yīng)立即停止提升并降低噴射壓力，在漿液中加入速凝劑;加濃漿液密度或灌注水泥砂漿、黏土等;向孔內(nèi)填砂、粘土堵漏材料。

(5)對(duì)于高噴過程中出現(xiàn)的孔口大量返漿(大于20%)情況的處理措施:提高噴射壓力、縮小噴嘴孔徑、減少注漿量、加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

2．2．5 質(zhì)量檢查

在上游段高噴防滲墻進(jìn)行了注水試驗(yàn)，得到的滲透系數(shù)K=3．1×10-5cm/s，后期基坑開挖揭示該段防滲效果較好。

但壩下0+130～0+170段由于存在兩層架空透水層，雖然高噴孔距加密為1m，但仍未能達(dá)到預(yù)期的防滲效果，在該段出現(xiàn)了4處較大的股狀滲水。針對(duì)此特殊地質(zhì)情況，必須在高噴防滲的基礎(chǔ)上采取其他工程處理措施，即在深層注漿充填堵漏，以確保圍堰在該段的最終防滲質(zhì)量。

3 深層注漿堵漏的工程措施

3．1 施工方案

根據(jù)開挖揭露的情況，針對(duì)壩下0+130～0+170部位圍堰的特殊地質(zhì)情況，在高噴防滲墻的基礎(chǔ)上，增設(shè)了深層注漿填充堵漏的工程措施，以確保圍堰下游段最終的防滲效果。

具體方案為:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌水情況，在壩下0+135～0+165之間，圍堰防墻內(nèi)側(cè)30cm處基坑滲水部位布設(shè)了4個(gè)回填堵漏孔。鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，先采用回填濃水泥漿(必要時(shí)添加速凝劑)填滿地層內(nèi)部(距堰頂12．5m、25m深)兩架空強(qiáng)透水帶的滲水通道，然后再采用高噴灌漿的措施進(jìn)行全孔封閉處理。

3．2 堵漏方案的實(shí)施

3．2．1 深層回填堵漏使用的機(jī)械設(shè)備

(1)鉆孔:采用XYZ-70潛孔鉆。

(2)制漿站設(shè)置一臺(tái)ZL400L高速制漿機(jī)，拌制0．6∶1的純水泥漿，JJS-2攪拌機(jī)配漿，SGB-10灌漿泵輸漿灌注。

3．2．2 注 漿

分別在12．5m、25m兩處強(qiáng)透水帶下管注漿，先采用靜壓注漿的方式進(jìn)行灌注，以防止?jié){液擴(kuò)散太遠(yuǎn)，初期在漿液中添加水玻璃(3%水泥用量)，最后采用低壓(0．2MPa)、濃漿對(duì)透水通道進(jìn)行注漿。

3．2．3 注漿控制過程

灌漿管預(yù)埋——注漿——屏漿。灌漿過程中根據(jù)圍堰內(nèi)側(cè)滲水量確定灌漿結(jié)束時(shí)間。由于1#～3#孔滲水量較大，先在孔口注入摻量為3%水玻璃的濃漿，靜壓灌漿3h，然后以0．05～0．1 MPa灌漿壓力逐級(jí)加壓，每級(jí)持續(xù)30min，當(dāng)壓力增至0．5MPa、吸漿率為5L/min時(shí)，滲水點(diǎn)已基本不再滲水，持續(xù)30min后結(jié)束灌漿;4#孔在灌漿壓力增至0．1MPa時(shí)吸漿率為5L/min，滲水點(diǎn)已基本不再滲水，持續(xù)30min后結(jié)束灌漿。

3．2．4 高噴封閉

對(duì)于堵漏后存在的細(xì)小滲水通道采用高噴封閉，控制標(biāo)準(zhǔn)同之前的高噴灌漿。

4 效果驗(yàn)證

通過對(duì)砂卵石(含漂塊石)且有架空強(qiáng)透水層等復(fù)雜地層采用合理的高噴施工參數(shù)和深層堵漏措施，整個(gè)圍堰達(dá)到了理想的防滲效果，基坑開挖揭示未發(fā)現(xiàn)較大滲水，進(jìn)而為主體工程的施工創(chuàng)造了有利的條件。

5 結(jié)語

高壓噴射灌漿用于水電站圍堰基坑開挖防滲，關(guān)鍵在于施工設(shè)備、施工參數(shù)的選擇及過程質(zhì)量控制。針對(duì)不同的地質(zhì)情況，科學(xué)地選用與之適應(yīng)的高噴施工控制參數(shù)，將取得良好的防滲效果，對(duì)后續(xù)基坑開挖和主體工程施工干地作業(yè)提供有力的保障。

［1］ 水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范，DL/T5200-2004［S］．

［2］ 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范，DL/T5148-2012［S］．