合山水閘西閘上游鋪蓋帷幕與高壓旋噴灌漿防滲技術

廖棟欣 江門市江新聯圍管理處

1.工程概況

合山水利樞紐工程位于潭江干流中上游的開平市蜆岡鎮，距恩平市區恩城鎮40k m，距開平市區三埠25km，是潭江綜合開發治理的第九級工程，閘址以上控制集雨面積1383.8km2，設計最大過閘流量為4972.1m3/s，是一宗以防洪、排澇、灌溉為主，兼顧航運、發電等綜合利用的大二型Ⅱ等水閘。

2.工程地質條件

據勘察報告顯示，本工程地質情況具體如下：

2.1 地形地貌

合山水閘閘址位于潭江干流蜆岡段、蜆岡橋下游300m處，河段自北向南流經水閘。工程區地勢平坦低洼，局部有小山丘；地貌單元屬于珠江三角洲沖積平原。

2.2 地層巖性

（1）區內第四系全新統（Q4）沉積類型較多，以洪積、沖積為主，次為坡積、殘積，廣泛分布于沖積平原、丘陵山地及丘間溝谷中。

（2）下伏基巖屬寒武系八村群水石組（€3s），巖性為灰黃、棕紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、粉砂質泥巖互層，主要為細、粉砂巖，次為中、粗砂巖等。

2.3 水文地質

（1）工程區內地表水系發達，集水面積大，河流水流量大。地下水特征主要為河流滲透水或弱承壓水，主要有第四系孔隙潛水和基巖風化裂隙水。在本次勘察深度范圍內，場地素填土較松散，含孔隙水；粉質粘土層為隔水層或弱透水層；中砂、粗砂、礫砂層屬強透水性，含孔隙水；全風化、強風化粉砂巖屬中等透水性～強透水性；弱風化、微風化粉砂巖多屬弱透水性。根據鉆探成果反映，場地地下水主要是賦存于中砂、粗砂、礫砂層中，含水較豐富。地下水的補給來源于大氣降水的補給。

（2）經勘察取地表水進行水質分析試驗，結合前期勘察ZK45孔的地下水試樣。根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄L判定：環境水對混凝土具有弱腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中鋼筋無腐蝕性；對鋼結構無腐蝕性。

2.4 物理地質現象

工程區內的不良物理地質現象主要是坍塌。岸邊、路邊的陡坡多處在雨季時發生了坍塌，且西閘船閘與水閘右側有管涌現象。

3.工程設計要求

水閘上游鋪蓋左側70.5m范圍采用帷幕灌漿，孔距為1.5m，灌漿深度至強風化粉砂巖，孔深為8m，孔底高程為-11.1m，采用三序施工。上游鋪蓋右側51.6m范圍采用高噴灌漿，其中與帷幕灌漿銜接的10.8m為帷幕灌漿與高噴灌漿搭接，樁徑為1.2m，終孔孔距為1.2m，灌漿深度至強風化粉砂巖，孔深為8m～16.8m，孔底高程為-11.1m（搭接段為-8.1m），采用二序施工。

3.1 鉆孔的設計要求

第一，帷幕灌漿。優選小直徑鉆孔，保證孔壁平直、無損，帷幕灌漿鉆孔部位同設計位置之間的誤差也要在10cm以下，孔底最大的允許偏差在0.25m，灌漿孔也應該參照小直徑，終孔的直徑也要在56mm以上。

第二，高噴灌漿。一半一序孔當作先導孔，明確基巖特點，尋找能夠達到標準的灌漿技術參數，鉆孔孔位偏差也要控制在5cm以下，鉆孔偏斜率也要控制在1%，鉆孔深度要大于設計墻底深度0.3m，鉆孔的直徑也要超出噴射管外徑20mm。

3.2 灌漿材料及制漿要求

第一，灌漿全部采用純水泥漿，水泥等級采用42.5級普通硅酸鹽水泥，帷幕灌漿水泥細度要求通過80μm方孔篩的篩余量小于5%，比表面積大于3500cm2/g。

第二，純水泥漿液的攪拌時間，使用普通攪拌機時，應不少于3min；使用高速攪拌機時，宜不少于30s，漿液在使用前應過篩，自制備至用完的時間宜小于4h。

第三，灌漿漿液配合比具體應通過室內漿液試驗和現場灌漿試驗確定。

3.3 灌漿的設計要求

根據此工程概況，上游鋪蓋涉及帷幕灌漿與高壓旋噴灌漿，都選擇單排布設方式，具體如下：

第一，帷幕灌漿。灌漿孔也要優選小直徑鉆孔，而且要保持其孔壁平直、無局部受損問題，帷幕灌漿鉆孔部位和設計之間偏差要控制在10cm以內，孔底的最大允許偏差為0.25m，要將最小直徑作為灌漿孔的參照，終孔的直徑也要控制在56mm，鉆進后要待灌漿結束以后鉆進，孔口都要堵蓋，從而達到保護的目標。

第二，高噴灌漿。將一半一序孔當作先導孔，先識別巖基特征，而且要明確達到要求的灌漿技術參數，鉆孔孔位的偏差要控制在5cm以內，控制鉆孔偏斜率，要小于1%，鉆孔的有效深度也要在設計墻底深度0.3m，鉆孔直徑也要超過噴射管外徑2.0mm。

4.施工難點與解決方案

由于復雜的地質情況加上日積月累的水流沖刷，水閘底下大部分已被掏空，而且在施工過程中西閘船閘與水閘右側還發現有管涌現象，具體情況如下：

4.1 灌漿外冒

根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T5148-2001），灌漿在有蓋重混凝土的條件下進行時，蓋重混凝土應達到50%設計強度后鉆孔灌漿方可開始。為保證工期，項目安排先施工閘基帷幕灌漿，后施工鋪蓋砼澆筑。按計劃2015年2月1日開始帷幕灌漿施工，施工過程中由于地質原因，灌漿周圍有嚴重冒漿，始終無法加壓到設計標準。經多方現場勘查研究，這種地質情況，可先施工砼鋪蓋，鋪蓋達到強度要求后，利用鋪蓋蓋重制止灌漿外冒。

4.2 鋪蓋段管涌嚴重

由于船閘及西閘上游鋪蓋段有大面積管涌情況（開工前已存在），管涌水流還會使灌漿材料（水泥漿）沖出孔外，工程質量得不到保證。對此需要在灌漿材料中添加速凝劑（水玻璃），使灌漿材料速凝而不被管涌沖出孔外。

4.3 漿液流失滲漏

船閘右岸岸坡上的高噴灌漿孔，經鉆孔試驗，鉆孔至設計底高程的過程中，漿液流失嚴重。經過研究確認是漿液沿管涌路徑滲漏。建議先施工上半段灌漿孔，先保證上半段灌漿施工質量，待上半段凝結后重新鉆孔施工下半段灌漿。

5.施工質量控制對策

5.1 測放軸線和布置樁位

開工前放出軸線和挖出鉆樁樁頭，這樣才能準確的放出旋噴樁樁位，經項目法人或監理復測定位、確認無誤后做好標記。

5.2 鉆孔質檢

鉆孔不允許坍塌，孔低沉渣不得超過15cm，確保三管能夠一次放至設計深度。

5.3 噴射注漿前檢查

灌漿前通過先導孔注水試驗，了解土層空隙、巖層裂隙情況，確定施工參數。施工前須檢查高壓設備和管路系統，設備的壓力和排量必須滿足設計要求。

5.4 噴射施工中的質檢

噴射施工過程中因故停止擺噴注漿，再續噴漿時相鄰兩段漿液的搭接長度不能小于20cm，防止漿體縮徑或斷樁。

5.5 水泥質檢

所用水泥型號及性能必須符合設計要求且是合格品，水泥漿液必須按試驗確定的水灰比進行配制。禁止使用受潮或過期失效的不合格水泥。

5.6 強化施工過程質量控制

帷幕灌漿及高壓旋噴灌漿為地下隱蔽工程，一定要做好施工過程的質量控制，通過材料控制和施工工藝管理來保證工程質量。在組織上建立質量保證體系，采用事先試驗，中間檢查及控制，事后總結的三個環節。詳細記錄施工過程的有關資料及情況，以備檢查。施工質量管理關鍵節點：孔位、垂直度、漿壓、擺角、提升速度、噴漿量、漿液濃度、水泥用量、孔深等。

（1）帷幕灌漿質檢。帷幕灌漿質檢應圍繞孔壓水試驗成果進行檢查，壓力達到灌漿壓力的80%，而且要在1MPa以內，檢查孔設置的數目應達到灌漿孔總量的10%，帷幕漿液檢查孔壓水試驗需要在此處灌漿過后兩周開始，而且壓水試驗也應通過從上到下逐段卡塞的方式進行，測試結果控制透水率在5Lu以內。可以選擇五點試驗法，試驗過后也要按照技術標準來灌漿并封孔。

（2）高噴灌漿質檢。隨著工程施工的進行，也要重點圍繞灌漿材料、漿液、各個工序等實施質檢和控制，而且要形成記錄，可以借助鉆孔檢查法來測試高噴墻的防滲性能、抗壓強度等。可以將檢查孔安裝于墻體中心線相鄰兩孔高噴凝結體搭接位置，可以從上至下地逐段鉆孔、取芯，并實施靜水頭壓水試驗。而且要控制滲透系數在1×10-5cm3/s,28日抗壓強度也要達標，超過5MPa。

5.7 試驗性質量檢查

除上述施工過程中的質量控制外，還要進行材料抽檢及現場試驗。如：對現場材料抽樣檢驗的辦法來檢查其質量；安排第三方檢測單位對現場施工孔進行壓水試驗。

6.施工工藝

6.1 帷幕灌漿

6.1.1 帷幕灌漿工藝流程

測量軸線布孔放樣→鉆機就位→按設計孔徑鉆進→鉆孔、裂縫沖洗、壓水→第一段灌漿→待凝24小時→下一段鉆孔灌漿→終孔標準→封孔等步驟。

6.1.2 帷幕灌漿工藝

第一，測量放樣布孔，通過試驗孔確定漿液水灰比、灌漿壓力及段長。

第二，鉆機就位：鉆至強風化粉砂巖，設計深度8米。

第三，對所有灌漿孔（段）進行裂隙沖洗，從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗。

第四，灌漿漿液：整個帷幕灌漿采用水泥粘土漿灌注，混凝土與基礎的連接段應單獨先行水泥灌漿。帷幕灌漿水泥漿液水灰比（采用2：1，沒有分級升壓。）當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變漿液濃度。

第五，灌漿結束標準：試驗壓力下，當注入率不大于1L/min時，繼續灌注30min時結束灌漿，孔口返漿的灌漿孔閉漿待凝。

第六，封孔：每個帷幕灌漿孔全孔灌漿結束后，應會同監理人及時進行驗收，驗收合格的灌漿孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”封孔。

6.1.3 掌握帷幕灌漿技術參數

帷幕灌漿施工中，最關鍵是要掌握各個項目的參數，具體的參數項目包括：水灰比、漿壓力、水泥用量、孔深等，通過試驗確定以下參數（見表1）。

表1 帷幕灌漿各個項目參數

6.2 高壓旋噴灌漿

6.2.1 旋噴樁工藝流程

測量軸線布孔放樣→鉆機就位→Φ120回轉鉆進至強風化1.5米→高噴臺車就位→下入三重管至設計深度→攪拌水泥漿液→自下而上旋噴注漿至樁頂→ 拔管洗管→移至下一孔施工（孔口回灌注漿）

6.2.2 旋噴樁施工工藝

第一，鉆機就位：先用Φ120鉆具開孔穿過混凝土、粉質粘土、，砂層、局部鉆至強風化粉砂巖，設計終孔深度8～16.8米。機底須校正水平度，立軸垂直度允許偏差≤1%；孔位偏差允許值±5cm。

第二，鉆進填土層時必須采用特殊的鉆進工藝，即輕轉慢壓小心通過，遇到異響時必須特別注意，在確認不會碰到地下管線才能繼續鉆進。

第三，下管旋噴、注漿：下入三重管至設計深度后，泵入符合設計要求的水泥漿液，嚴格按設計參數要求自下而上進行擺噴作業，直至樁頂。

第四，拔管、清洗管路、器具；移機至下一個旋噴孔并要求間跳施工。

第五，注漿完畢，如果孔口漿液有收縮下沉，應及時補灌，保持樁頭完。

6.2.3 掌握旋噴技術參數

旋噴樁施工中，最關鍵是要掌握旋噴技術各個項目的參數，具體的參數項目包括：水壓力、漿壓力、空氣壓力、旋轉速率、提升速度、水灰比以及進漿比重、流量、水泥用量等，結合本工程的特點，通過試驗確定以下參數（見表2）。

表2 旋噴技術各個項目參數

7.結語

水利工程地質復雜多變，本工程在灌漿過程中遇到滲漏、管涌等突發情況，通過現場勘察、優化施工方案，狠抓過程質量等手段最終順利完成。且經參建各方聯合檢測，壓水試驗共檢查6個孔，滲透系數分別為0.75×10-5cm3/s、0.81×10-5cm3/s、0.75×10-5cm3/s、0.70×10-5cm3/s、0.48×10-5cm3/s、0.97×10-5cm3/s，檢測結果均小于設計值1×10-5cm3/s，質量合格。