關州電站圍堰防滲工程應用三管法高壓旋噴灌漿技術的實例研究

摘 要：該文以關州電站廠房圍堰基礎防滲處理為例，介紹在漂塊卵石夾砂地層中三管法高壓旋噴灌漿防滲技術的施工工藝及取得的效果。

關鍵詞：關州電站；圍堰；防滲；三管法；高壓旋噴

1 工程概況

關州電站位于四川省甘孜州丹巴縣境內的大渡河一級支流——小金河干流上，電站為低閘壩引水式電站，正常蓄水位2124.0m，電站設計水頭229.0m，電站裝機3臺，總裝機容量240MW。

關州電站廠房圍堰處河床覆蓋層厚度20～35m，堰基為漂塊卵石夾砂層，其滲透系數K值為（2.1～4.1）×10-2cm/s，屬強透水層。根據關州電站廠址處地形及地質條件，廠房圍堰設計為土石圍堰型式，圍堰全長338m，堰頂高程為1858.5m，圍堰1851高程以上采用復合土工膜防滲，1851高程以下采用懸掛式高噴防滲墻防滲，防滲墻底部高程1824m，墻高27m。

2 高壓噴射灌漿概述

高壓噴射灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，以水泥基質漿液在噴射范圍內擴散、填充和置換，并與原地層摻混攪和后形成凝結體，從而改變原地層的結構和組成，用于提高地基防滲或承載能力的施工技術。

高噴防滲墻是指采用高噴灌漿技術構筑的，以防滲為主要目的，形成的地下連續防滲墻；其高噴灌漿的方法有單管法、雙管法、三管法，其中單管法是指噴射管路為單一管路、噴射介質為單一水泥基質漿液的高噴方法；雙管法是指高速射流束為水泥基質漿液，其外側同時環繞壓縮空氣的高噴方法；三管法是指高速射流束為清水，其外側同時環繞壓縮空氣，而水泥基質漿液以較低壓力灌注的高噴方法。高噴灌漿有定噴、擺噴和旋噴三種方法：使噴射管向某一方向定向噴射，同時軸向提升，在地層中形成一道薄板墻的高噴灌漿施工方法，稱為定噴；使噴射管做一定角度的擺動和提升運動，在地層中形成扇形斷面的樁柱體，稱為擺噴；噴射管邊提升，邊旋轉，單孔形成似圓柱體的凝結體，稱為旋噴。而本工程圍堰基礎采用的是三管法高壓旋噴灌漿施工技術。

3 高壓噴射灌漿施工

3.1 施工布置

高噴灌漿孔中心線置于圍堰軸線，共布置一排，合計376個灌漿孔，根據高噴灌漿試驗，高噴孔距定為90cm，采用旋噴套接成墻，灌漿時分兩序施工，施工采用三管法。

3.2 施工工藝及施工參數

造孔采用2臺哈邁-90履帶式鉆機，采用1套三管法高噴灌漿設備進行高壓旋噴灌漿。在孔造好后下高噴管，高壓噴射以水、氣、漿為介質，高壓噴頭使用一對水平噴嘴噴出34～38MPa的高壓水射流切割破壞被灌地層，出漿口垂直于高壓水嘴，在高噴管的底部灌入比重在1.5～1.59g/m3的水泥漿充填被高壓水切開的空間，并使地層中的泥、砂等細小顆粒排出地表，從而形成高噴板墻，主要施工流程為：測量放樣→鉆孔及下套管→下PVC管護壁→下噴射管→噴射→回灌→成樁→結束。

3.2.1 造孔

孔位放樣每隔50m由全站儀測設一軸線控制點，控制點之間由鋼卷尺丈量出灌漿孔位。開孔孔位偏差不大于10cm；鉆孔孔徑φ150mm，孔距0.9m，鉆機就位時采用水準尺或吊線墜定位，確保孔斜率不大于1%。鉆孔采用套管護壁法鉆進成孔，鉆孔完畢后在起拔鋼套管前首先向孔內下入特制的φ146mmPVC花管護壁。

3.2.2 下噴射管

將高噴液壓臺車（無極調速）移至成孔處，按需要配好噴射管，先進行地面試驗（水、氣、漿），檢查各項技術參數符合技術要求之后，將噴頭用塑料膠帶包好，以防止在下管過程中噴嘴被堵，然后下入設計位置，現場技術人員檢查認可后，方可開始高噴施工。

3.2.3 制漿

高噴灌漿漿液使用水泥漿，水泥采用強度等級為P.O42.5（R）級普通硅酸鹽水泥，漿液的水灰比為1.1∶1～0.8∶1，其相應漿液密度分別為1.5g/cm3和1.59g/cm3。漿液拌制應使用經檢驗合格的水泥，按設計配比攪拌漿液，漿液用高速攪拌機拌制，攪拌時間不得小于30s，使用前測量其密度，保證滿足設計要求，且漿液自制備至用完的時間不應超過4h。

3.2.4 噴射提升

漿液拌制完成、噴射管下到設計深度后，開始時先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣（在一般情況下，壓縮空氣可遲送30s）。之后原地靜噴1～3min，待達到預定的噴射壓力和噴漿量，且孔口冒出漿液后，再按預先定好的提升、旋轉速度，自下而上進行噴射作業，直到設計高度方可停送水、氣、漿，提出噴射管（當旋噴管提升接近樁頂時，從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴至樁頂，旋噴數秒）。停止噴射時，必須先停止壓縮空氣30s后，再依次停送水泥漿和高壓水。噴射過程中必須時刻注意檢查漿液的流量、壓力、氣量以及旋、提升速度等參數是否符合要求，并隨時做好記錄，繪制作業過程曲線。高噴灌漿過程中若出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量等異常情況時必須查明原因，及時處理。

在高噴作業過程中，拆卸噴管后，重新進行旋噴作業需有一定搭接長度，其搭接長度不得小于0.5m。單孔灌漿噴射完畢后，應及時將各管路沖洗干凈，管內、機內不得殘存水泥漿，以防堵塞。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵噴射管內的漿液全部排出，直至出現清水為止。

3.2.5 回灌

高噴灌漿結束后，由于孔內的漿液發生析水、沉淀和凝固收縮，高噴凝結體頂部會產生凹穴。為解決凹陷現象，高噴作業結束后，及時在噴射孔內進行靜壓回灌充填灌漿，回灌的漿液可用施工時產生的孔口回漿，也可單獨拌制新漿。回灌應使高噴凝結體頂部不在下沉為止。

3.2.6 特殊情況處理

高壓旋噴施工中，當壓力提升困難時，應及時檢查安全閥和管路接頭處密封圈是否有滲漏現象，泵閥是否損壞，油管是否破裂漏油以及安全閥的安全壓力是否過低，栓塞油泵是否調壓不夠，活塞或缸套是否破損。當壓力突然上升時，應及時查看噴嘴是否堵塞，高壓管路是否暢通，泵體或管路是否堵塞。在高噴過程中，出現壓力突增或驟降，孔口回漿密度或回漿異常等情況時，必須查明原因，及時處理。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小，回漿量增加，應降低風壓并加大進漿漿液密度或進漿量；若發生串漿，應填堵被串孔，待串漿孔高噴灌漿結束之后，應盡快進行被串孔的掃孔，再高噴灌漿或繼續鉆進。在旋噴過程中，往往有一定數量的土粒，隨著一部分漿液沿著噴射管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數的合理性等。根據經驗，冒漿（內有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%者為正常現象，超過20%或完全不冒漿時，應查明原因并采取相應的措施。當地層中遇到較大空隙引起不返漿時，要進行原位灌注，即不提升只旋轉，待地層內裂隙充漿飽滿、漿液返出孔口再提升。此時也可根據具體情況，向孔內投入一定量的級配料，如砂、土或細石料，或可加入一定量的膨潤土、水玻璃，以便有效控制漿液的大量流失，為在地下形成連續板墻創造條件。

4 質量檢查

4.1 施工過程質量檢查

高噴灌漿施工過程中檢查和驗收的內容包括：孔位、孔深、水泥等原材料漿液配比是否滿足設計和施工要求。注漿時質量檢查和驗收的內容包括：噴管下入深度，現場工藝檢查，工序檢查、進回漿密度檢查、風、水、漿壓力等檢查項目。

4.2 施工結束后整體防滲效果檢查

根據《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》（DL/T 5200-2004），圍堰堰基中高噴墻整體效果的檢查，可在基坑開挖時測定其滲水量，并檢查有無集中滲水點，據以分析整體防滲效果。關州電站廠房圍堰于2011年4月9日施工完成，于2011年9月10日基坑開挖完畢后開始澆筑混凝土，截至2012年8月20日，關州電站廠房主機間混凝土已澆筑至1858高程。期間廠房圍堰一直運行良好，圍堰內側無明顯的集中滲水點，圍堰整體滲水量較小，在整個基坑開挖和混凝土澆筑期間，項目部每天僅投入兩臺30kw潛水泵和一臺15kw的潛水泵（僅在汛期輔助使用）即可滿足廠房基坑抽水及施工需求。由此可見，關州電站廠房圍堰高噴防滲墻施工取得了很好的效果。

5 結語

通過關州水電站廠房圍堰高噴防滲墻灌漿的實踐說明，在較深的漂塊卵石夾砂地層中采用三管法高壓旋噴灌漿技術進行基礎防滲是較為有效的方法，施工速度較快，具有良好的可灌性、可控性，施工質量可靠，比較經濟，值得在漂塊卵石夾砂地層防滲工程中大力推廣。

作者簡介：孫學武，男，四川省小金河水電開發有限責任公司，工程師。