某水利工程圍堰防滲技術研究

趙威

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州 310000）

1 工程概況

夾巖水利樞紐水源工程位于七星關區與納雍縣界河六沖河中游潘家巖處。夾巖水庫正常蓄水位高程1323.0m，死水位高程1305.0m。本工程導流采用河床一次斷流、上游土石圍堰擋水、導流洞泄流、主體工程全年施工的導流方式。

2 工程地質

上游圍堰河床高程1210.6m，河床寬58m。河床沖洪積深度10～13m，主要由礫（卵）石組成，呈現松散-稍密狀態，顆粒級配差，差異性大，透水性強。下伏基巖為T1f2-4薄至中厚層泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖，為中硬巖夾軟質巖類；右岸1222m高程以上出露為T1yn1-1薄層泥質灰巖，屬軟質巖類。強風化下限河床為基巖面以下5～8m，兩岸坡基巖面以下法向厚8～12m，巖層傾上游，傾角21°～29°，為橫向河谷[1]。

3 圍堰基礎防滲技術分析

圍堰基礎防滲技術有灌漿技術、防滲墻施工技術、高壓噴射灌漿技術等和其他施工技術。當前防滲墻施工技術及灌漿施工技術是在圍堰工程中較為常用的防滲技術[2]。

3.1 防滲墻技術

防滲墻是一種修建在松散透水層或土石壩（堰）中起防滲作用的地連續墻。防滲墻技術在20世紀50年代起源于歐洲，因其結構可靠、防滲效果好、適應各類地層條件、施工簡便以及造價低等優點，尤其是在處理壩基滲漏、壩后“流土”“管涌”等滲透變形隱患問題上效果良好，在國內外得到了廣泛的應用[3]。我國水利水電覆蓋層及土石圍堰等有防滲壓力的防滲處理一般首選防滲墻。

防滲墻施工有多種成墻工藝。防滲墻常見的5種施工工藝如下。

多頭攪拌水泥土防滲墻主要有“五頭”“三頭”兩種類型，主要的原理是將水泥漿通過鉆機噴入基礎土體內，并進行充分攪拌，將水泥漿和土固結在一起，最終形成一道防滲墻。成墻后的墻體整體性好，墻體密實均勻，具有較好的抗滲性。一次性成墻深度最大可達30m，成墻深度大，墻體的厚度能夠達到15～64cm，強度厚度可控范圍大。該工藝施工質量好，環境影響較小，而且具有低能耗、低成本、高功效特點。該工藝主要使用于壤土、砂壤土、砂土、砂質土、粉質黏土、黏土和含粒徑小于10cm的卵碎石土層。

3.1.2 鋸槽法成墻工藝

先進行先導孔施工，然后將鋸槽機的刀桿保持傾斜狀態，并在先導孔內進行上下切割施工，同時保持一定的速度前進。施工過程中進行泥漿固壁，最后施工混凝土防滲墻。該工藝施工效率高，能夠連續開挖槽體，最終形成的防滲墻連續性、抗滲性較好，而且防滲墻深度較深。主要適用于黏土、砂土和卵石粒徑小于100mm的砂礫石地層，為了混凝土防滲墻達到不同強度和抗滲效果，可以通過采用自凝灰漿或者固化灰漿。

3.1.3 鏈斗法成墻工藝

鏈斗法成墻工藝主要適用于土質為粘土、沙土、砂礫石含量在30%以內的土層中。采用鏈斗法成墻工藝，取土施工作業主要是通過鏈斗式開槽機排樁上方的旋轉鏈斗進行，同時將斜置的排樁下放至防滲墻設計深度，最后利用開槽機進行槽體的開挖施工作業，同時采用泥漿進行固壁處理。鏈斗法成墻技術中澆筑方式與鋸槽法幾乎一樣。其槽的寬度一般控制在16～50cm之間，深度控制在10～15m。

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3.1.4薄型抓斗成墻工藝

薄型抓斗的寬度通常在30cm左右，槽體開挖施工過程中，進行泥漿固壁，最后進行混凝土澆筑施工，形成一道混凝土防滲墻。這種工藝主要適用于粘土、砂土和砂礫含量、粒徑等都要控制在一定的范圍中的地質條件。

3.1.5 射水法成墻工藝

應用帶有高壓射水設備和刀刃的機械造孔成槽。施工過程中，不斷地輸入沖洗泥漿液，經噴射器形成強大射流，破碎土層，形成槽孔。最后進行防滲墻體混凝土澆筑施工，形成薄壁防滲墻。成墻厚度為0.22~0.45m，深度可達30m，成墻垂直精度可達1/300。對于粒徑小于100mm的砂礫石地層、黏土和砂土較為適用。

3.2 灌漿技術

在土石壩或者土石圍堰基礎和壩（堰）體防滲施工過程中，常見的灌漿施工方法主要有劈裂灌漿施工技術、防滲帷幕灌漿施工技術及高壓噴射灌漿施工技術[4]。

（1）劈裂式灌漿施工技術。根據土壩壩體內應力的分布規律布孔，利用水力劈裂原理，有控制地劈裂壩體，并灌入黏土泥漿，形成防滲泥墻。同時也使與泥墻連通的其他裂縫、洞穴、軟弱夾層等壩體隱患，得到漿液的充填和擠壓密實，使壩體達到防滲和加固目的的一種施工方法。主要應用于土壩壩體防滲施工。

（2）防滲帷幕灌漿施工技術。是將漿液（主要為粘土加適量水泥）灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。主要用于卵礫石層防滲施工。

（3）高壓噴射灌漿施工技術。采用高壓水泵或高壓泥漿泵將水泥漿液噴射出來，沖擊破壞土體，等水泥漿液凝固，在土內形成一道防滲體。主要適用于軟弱土層。此技術效率較高，機械選型容易，成本低等特點。

（4）控制性灌漿施工技術。控制性灌漿施工技術，主要是防止灌入基層的漿液漏漿量過大或者讓漿液比較容易灌入基礎的改進型灌漿工藝，此技術能夠比較容易處理基礎防滲灌漿施工中壓力不穩定、冒漿、串漿等情況。

水利工程在進行圍堰防滲方案選擇時必須對具體工程目的要求和地質條件進行分析，需進行詳細的分析比較，而高壓噴射灌漿施工技術具有效率較高，機械選型容易，成本低，施工工程量少，對周邊環境影響較小等特點，是比較常用的方法。

4 本工程圍堰防滲體系選擇

根據招投標文件，圍堰基礎防滲采用C20W4混凝土防滲墻厚0.6m，圍堰堰體采用土工膜心墻防滲，根據現場實際情況，考慮到河床砂礫（卵）石層成份復雜，均一性差，透水性強，易產生不均勻變形和滲透破壞，且堰體承受水壓高（30m水頭），因此對防滲體系進行進一步的研究，選取更為合適的防滲體系。

該項目地質條件復雜，河床覆蓋層顆粒級配差，差異性大，透水性強，且圍堰防滲墻施工期短，不足40d，施工強度高，需要投入的施工設備多，現場調配組織要求高。

4.1 兩種方案的對比

混凝土防滲墻與高噴灌漿防滲墻對比如下。

4.1.1 混凝土防滲墻

砂礫層滲透性較大，固壁成槽難度大；兩岸陡坡巖體成槽難度大；對孤、漂石的處理需采用預爆措施；對強風化巖基及圍堰兩岸繞滲還需結合灌漿措施，才能達到防滲效果。混凝土防滲墻施工各個環節點多，過程控制難度大。成槽前需進行導向槽的施工及混凝土等強時間；砂礫石層與巖層成槽方式不同，采用的設備也不同；工期為35～45d。評價：一般。

4.1.2 高噴防滲墻

對滲透性大的防滲平臺填筑層，在高噴孔起拔外管后，孔口塌陷或噴漿過程孔內坍塌，使PVC管碎裂，噴漿中斷。孤、漂石部位的高噴防滲采取雙排高噴防滲措施，通過壓力、壓水試驗，可快速得到灌漿參數，防滲墻質量控制較簡捷[5]。采用潛孔跟管鉆進技術施工效率高，因巖屑過多來不及返出而造成卡鉆，影響鉆孔工效；工期為30～35d。評價：好。

4.2 方案的確定

根據對比分析，圍堰堰基采用高噴防滲墻防滲效果優于混凝土防滲墻，且施工工期有保證，便于機械化施工，且施工質量可控性好。同時據調查在貴州地區喀斯特地貌地質條件下，圍堰基礎防滲成功使用混凝土防滲墻施工技術的工程很少，而成功的采用高噴灌漿防滲墻施工技術的工程較多[6]。

綜上所述，通過對圍堰防滲技術研究，并結合本工程的地質、水文情況及工程施工進度節點目標要求，確定本工程圍堰堰基采用“雙排振動高噴+單排帷幕灌漿”防滲結構體，即施工平臺與河床沖積層采用雙排振動高噴，間排距按1.0×0.5m設置，其中下排孔結合帷幕孔，對河床基面以下的強風化透水層進行帷幕封閉，同時對兩岸基巖面的法向巖層進行帷幕灌漿，以防堰體兩岸外繞滲。圍堰基礎防滲如圖1所示。

圖1 上游圍堰標準斷面圖（單位：m）

5 基礎防滲施工工藝

5.1 雙排高噴灌漿孔鉆孔

覆蓋層及填筑體采用XZJ-100跟管鉆機進行鉆孔，設備移至灌漿孔上，調好設備的角度，保證成孔的垂直度，鉆孔孔徑為φ127mm，鉆至設計要求的底層后結束鉆孔，根據鉆孔時返出的巖渣了解工作區的地質情況，鉆孔結束后保護好口以待高噴灌漿。采用跟管鉆進，套管在孔內進行護壁。鉆進暫停或終孔待噴時，孔口加蓋保護。灌漿孔鉆入基巖1m為止。

5.2 單排帷幕灌漿孔鉆孔

基巖上部的覆蓋層采用跟管鉆機鉆至入巖100cm后，換φ89mm的鉆具進行帷幕灌漿鉆孔，孔深入基巖8.0m。灌漿孔鉆孔位置偏離設計位置小于5cm，鉆孔結束后，對孔深和孔底殘留物等進行檢查。

5.3 帷幕灌漿施工

沖洗孔并經壓水試驗合格后進行帷幕灌漿施工。

施工過程中可分兩段進行施工，第一段段長為2m，該段為高噴體與基巖接觸層層，第二段段長為5m。

采用自下而上分段，孔內封閉循環灌漿方法，孔內下φ80mm的氣嚷塞至第二段灌漿段的頂端，第二段灌漿結束后，氣嚷塞卡到鋼套與基巖接處段，然后進行帷幕灌漿。孔內封閉循環式灌漿，灌漿時，保證一泵一孔。

帷幕灌漿分Ⅲ序進行施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，灌漿壓力根據帷幕灌漿壓力而定，第1段灌漿壓力Ⅰ序孔位0.2MPa、Ⅱ序孔為0.3MPa、Ⅲ序孔為0.5MPa，第2段灌漿壓力Ⅰ序孔位0.3MPa、Ⅱ序孔為0.4MPa、Ⅲ序孔為0.6MPa。

5.4 高噴灌漿施工

雙排高噴灌漿施工先將套管拔出，邊拔邊采用泥漿自下而上對覆蓋層及填筑體進行初灌，將鉆孔周邊覆蓋層及填筑體較大縫隙進行封堵，最后再采用雙管法旋噴灌漿施工。高噴灌漿先噴射Ⅰ序孔，后噴射Ⅱ序孔。

6 技術經濟效益分析

混凝土防滲墻技術由于砂礫層滲透性較大，固壁成槽難度大，且兩岸陡坡巖體成槽難度大，需對孤、漂石采用預爆措施，并對強風化巖基及圍堰兩岸繞滲還需結合灌漿措施，才能達到防滲效果，其工期為35～45d。但在孤、漂石部位采用“雙排振動高噴+單排帷幕灌漿”防滲措施，通過壓力、壓水試驗，可快速得到灌漿參數，防滲墻質量控制較簡捷，并采用潛孔跟管鉆進技術施工效率高，防滲效果顯著，可節約工期約15d，節約成本約80萬元。

7 結語

對于防滲墻施工，采用高壓旋噴工藝具有明顯的優點，縮短施工進度，成本低，場地布置面積少，能夠很好的控制灌漿施工質量。鉆孔機械設備比較容易運輸，安拆簡單。灌漿噴頭和鉆桿一體，操作簡單。

高噴灌漿施工對圍堰基礎、圍堰堰體能同時起到防滲作用。在灌漿孔鉆孔施工過程中，采用泥漿進行固壁。此時泥漿除了起固壁作用，還能同時將灌漿孔周圍的空隙進行灌填，起到加固堰體作用，增加了防滲墻的整體性。

高壓旋噴灌漿能夠滿足多種地基的防滲需求。當基礎為漂卵石時，一般采用控制鉆管提升速度或者噴管的旋轉速度，以及控制灌漿壓力來達到設計的防滲墻厚度。國內多個工程成功應用了此施工技術。

雖然高壓旋噴灌漿施工技術優點明顯，但它也有一定的使用要求，一般對施工設備性能和施工作業人員要求都較高，固要從施工技術及經濟等多方面綜合考慮施工方案的可行性。當基礎漂塊石含量較多時，通常進行現場高壓噴射灌漿試驗來論證可行性。

綜上所述，高壓旋噴灌漿施工技術適用范圍大，造價低，施工進度快，防滲墻墻體強度高，整體性穩定，對水利工程圍堰基礎防滲施工能得到很好的應用。夾巖水利工程圍堰防滲采用高壓旋噴灌漿施工技術更為適用。