桐子林水電站高噴灌漿防滲施工技術(shù)

鄒 剛

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川 溫江 611130）

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)，距上游二灘水電站約18 km，距雅礱江與金沙江匯合口約15 km，系雅礱江下游最末一個(gè)梯級(jí)電站，水庫(kù)正常蓄水位1 015.00 m，相應(yīng)庫(kù)容0.912億m3，總裝機(jī)容量600 MW。

一期縱向圍堰位于右岸河漫灘外側(cè)，采用土石圍堰，堰頂高程約993.4 m，堰頂軸線長(zhǎng)1 056.678 m，頂寬12.0 m，高6.0～16.0 m。圍堰基礎(chǔ)置于覆蓋層上，覆蓋層分為三層，第 （1）、 （3）層為砂卵礫石層，分別厚約3～8 m和3.5～10 m，局部地段尖滅；第 （2）層為桐子林組粉砂質(zhì)粘土層，厚約7～26 m，分布連續(xù)，具有相對(duì)隔水性。下伏基巖為砂巖與頁(yè)巖互層。 覆蓋層顆粒篩分級(jí)配情況見(jiàn)表1。

桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰采用高噴灌漿和控制性灌漿相結(jié)合的防滲方案，高噴防滲最大孔深達(dá)52 m，且要在架空嚴(yán)重的大塊石層中成孔，質(zhì)量控制難度很大。而深孔高噴防滲的施工質(zhì)量，歷來(lái)是高噴防滲工程成功的關(guān)鍵，本文詳細(xì)論述了桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰高噴防滲施工過(guò)程、施工質(zhì)量的控制方法，為其他工程提供借鑒。

表1 覆蓋層顆粒篩分級(jí)配情況

2 圍堰防滲方案

圍堰防滲采用高壓旋噴灌漿和控制性灌漿相結(jié)合。

2.1 高噴防滲方案

防滲范圍為 990～992．5 m 高程， 深入基巖 1．0 m。圍堰整個(gè)防滲軸線長(zhǎng)1 600 m，設(shè)計(jì)將 （圍）0-200．0～ （圍） 0-50．0 及 （圍） 0+80．0～ （圍） 0+190．0段定為雙排孔，軸線總長(zhǎng)260．0 m，雙排孔孔距1．0 m，排距0．6 m，呈梅花形布置；其余部位仍采用單排高噴防滲，孔距0．8 m。

2.2 局部增加控制性灌漿

根據(jù)圍堰防滲施工特點(diǎn)，在地質(zhì)條件復(fù)雜，存在動(dòng)水、地下承壓水、地層串通及架空等情況的特殊地層，深孔高噴防滲墻施工質(zhì)量隱患較大，因此局部增加控制性灌漿進(jìn)行防滲，以改善、加固地層。

（圍） 0-441．104～ （圍） 0-169．9 段設(shè)置 3 排控制性灌漿，中間排孔與高噴防滲軸線重合，迎水及背水面孔分別布置于中間排孔兩側(cè)，排距0．6 m，孔距2．4 m，交錯(cuò)布置，相鄰排孔之間孔距交錯(cuò)0．8 m，孔深深入基巖0．5～1．0 m，基巖風(fēng)化嚴(yán)重時(shí)深入基巖1．5～2．0 m，按迎水排→背水排→中間排的順序進(jìn)行施工。因孔斜影響導(dǎo)致局部開(kāi)叉及搭接厚度不足的部位，沿高噴防滲軸線內(nèi)側(cè)60 cm在兩孔之間增加控制性灌漿孔，進(jìn)行防滲及補(bǔ)強(qiáng)處理。

3 高壓旋噴灌漿施工

高壓旋噴灌漿施工工藝流程為：場(chǎng)地平整壓實(shí)→臺(tái)車行走→軌道鋪設(shè)→布孔、鉆機(jī)就位→校準(zhǔn)角度、造孔→測(cè)斜→下PVC管、起拔導(dǎo)管→高噴臺(tái)車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。

3.1 鉆孔施工

根據(jù)試驗(yàn)鉆孔布置圖，按順序進(jìn)行鉆孔。鉆孔質(zhì)量要求為：孔位偏差不大于5 cm，孔深偏差不大于10 cm，孔底沉淀不大于20 cm，孔斜率小于1%。鉆孔過(guò)程中，應(yīng)詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返渣情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)轉(zhuǎn)情況判斷地層分層深度，塊石的分布、埋深、粒徑及架空、漏失、串通等情況。鉆孔終孔后，先取出鉆桿， 然后下入 φ100 mm×1．5 mm PVC管護(hù)壁，起撥套管。

3.2 高噴灌漿

3.2.1 漿液配制

（1）加料順序。純水泥漿：水→水泥。水泥-膨潤(rùn)土 （粉煤灰）漿：水→膨潤(rùn)土 （粉煤灰）→純堿→水泥。

（2）漿液攪拌時(shí)間。加入膨潤(rùn)土的漿液不少于3 min，其他漿液不少于1 min。所加制漿材料直接加入攪拌槽中進(jìn)行拌和，漿液自制備到用完時(shí)間不超過(guò)4 h。

3.2.2 高噴灌漿施工

（1）施工參數(shù)。高壓旋噴灌漿施工參數(shù)見(jiàn)表2。要求直徑1．75～1．85 mm的噴嘴2個(gè)，氣嘴與漿嘴間隙為1．5～2 mm的風(fēng)嘴2個(gè)。提升速度根據(jù)地層和返漿情況作適當(dāng)調(diào)整，在地層 （漂石）交界處和大孤石密集區(qū)采用靜噴、復(fù)噴、靜灌、降低提升速度等措施。

表2 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)

（2）施工工序。臺(tái)車行走、就位及調(diào)試→噴具組裝及檢查→地面試噴→下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺(tái)車移位。

（3）施工工藝。當(dāng)噴具下入到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)旋擺機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使之達(dá)到設(shè)計(jì)值，待孔口返漿比重符合要求后，開(kāi)始提升，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過(guò)程中，要時(shí)刻注意檢查施工機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，風(fēng)水漿的流量、壓力，進(jìn)漿、回漿比重及旋轉(zhuǎn)、提升速度等參數(shù)是否符合要求。高噴灌漿結(jié)束后，由專人負(fù)責(zé)用棄漿進(jìn)行孔口注漿，直到回填密實(shí)，漿面不再析水下沉為止。

4 成果分析

4.1 鉆孔過(guò)程分析

整個(gè)圍堰在施工Ⅰ序孔過(guò)程中鉆孔返水量普遍較大，進(jìn)尺較慢，地層分層明顯，但隨著高噴灌漿作業(yè)次序的增進(jìn)，觀察Ⅱ、Ⅲ序孔的孔內(nèi)返渣情況，發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石較多，經(jīng)高噴處理后，原始河床覆蓋層級(jí)配分布已得到改善，水泥、粘土、砂卵礫石膠結(jié)現(xiàn)象普遍，鉆孔進(jìn)尺有所提高，返水量減少，說(shuō)明各序孔的灌漿效果比較明顯，防滲性能隨著灌漿次序的增加而符合設(shè)計(jì)防滲要求，這些現(xiàn)象符合高噴灌漿分序的施工規(guī)律。

4.2 高噴灌漿過(guò)程分析

開(kāi)始噴灌時(shí)，出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不返風(fēng)、不返漿現(xiàn)象，塌孔、抱鉆、地層漏失嚴(yán)重等，無(wú)法正常進(jìn)行噴灌。從地質(zhì)情況分析，由于砂層、砂卵礫石層互層、局部架空、級(jí)配分布不均勻，再加上受圍堰上游迎水面動(dòng)水影響，砂卵礫石層與粉砂質(zhì)粘土層交界面存在大量層壓水，鉆孔后破壞了來(lái)原始地層，易發(fā)生涌水、塌孔，整個(gè)噴灌過(guò)程，灌漿孔報(bào)廢現(xiàn)象嚴(yán)重。從噴灌情況分析，原因?yàn)椋涸冖?、Ⅱ序孔已全部噴灌結(jié)束后，覆蓋層滲漏通道范圍束窄了2/3，僅Ⅲ序孔作為滲流通道，孔內(nèi)動(dòng)水流速及流量增大，增加了塌孔幾率；同時(shí)，在噴灌人工回填與原始河床交接處存在大量漏漿，而孔內(nèi)礫石等粗粒徑顆粒無(wú)法隨返漿返出孔外，堆積在交接處，從而導(dǎo)致抱噴具現(xiàn)象發(fā)生。

4.3 耗用漿材分析

材料耗用情況見(jiàn)表3。從表3可以看出，一期圍堰高壓旋噴灌漿單位耗灰量為814．6 kg/m，共耗灰41 285．9 t，其中，Ⅱ序孔單位耗灰量較Ⅰ序大，其原因主要為在最開(kāi)始施工完部分Ⅰ序孔進(jìn)行Ⅱ序孔施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)Ⅱ序孔同Ⅰ序孔灌漿情況類似，鉆孔返水依然較大，起拔套管涌水，噴灌過(guò)程中，有塌孔、卡鉆、孔口長(zhǎng)時(shí)間不返風(fēng)、不返漿現(xiàn)象發(fā)生，鑒于Ⅰ序孔灌漿效果不明顯，為保證灌漿質(zhì)量，將Ⅱ序孔施工參數(shù)調(diào)整為與Ⅰ序孔相同，放慢了Ⅱ序孔的提升速度，增加了進(jìn)漿比重。Ⅲ序孔施工過(guò)程中，鉆渣開(kāi)始大量返水泥結(jié)石，單位耗灰量較小，每孔均返漿，且返漿情況較好?？偟膩?lái)說(shuō)，高噴灌漿分序施工是符合高噴灌漿規(guī)律的。

表3 材料耗用情況

5 質(zhì)量檢查

5.1 墻體開(kāi)挖質(zhì)量檢查

在高噴防滲墻施工完畢后進(jìn)行了明渠基坑及圍堰開(kāi)挖作業(yè)，開(kāi)挖情況分析結(jié)果表明，高噴防滲墻施工效果良好，整個(gè)基坑基本處于干地施工狀態(tài)；墻體結(jié)石強(qiáng)度高、膠結(jié)密實(shí)。在開(kāi)挖過(guò)程中，基坑距墻體附近區(qū)域進(jìn)行了多次爆破，墻壁出現(xiàn)沒(méi)有坍塌、漏水現(xiàn)象，從開(kāi)挖出來(lái)的墻體可以清楚地看出墻體連續(xù)密實(shí)，連接牢固，無(wú)漏噴斷樁現(xiàn)象。墻體中的漂石、大孤石被漿液包裹密實(shí)，成墻效果較好，測(cè)算成墻平均厚度達(dá)1．2～1．4 m，且連續(xù)、均勻，完全符合設(shè)計(jì)成墻厚度需求。

5.2 圍井抽水質(zhì)量檢查

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中， 將I、II區(qū)分別作為一個(gè)大型獨(dú)立圍井，分別布置1臺(tái)和2臺(tái)排量為400 m3/h的抽水泵，拆除兩條子堰后的基坑在 （壩）0+102～（壩）0+125集水坑布置排量為400 m3/h的抽水泵2臺(tái)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抽水情況長(zhǎng)期觀測(cè)，I、II區(qū)都只動(dòng)用了1臺(tái)抽水泵進(jìn)行間斷性抽水，I區(qū)抽水頻率最少0．5 h左右一次，II區(qū)抽水頻率最少12 h一次，（壩）0+102～（壩）0+125集水坑抽水頻率在4 h左右，圍井抽排水情況完全符合設(shè)計(jì)要求。

5.3 鉆孔取芯檢查

鉆孔取芯質(zhì)量檢查在高噴施工完畢后28 d進(jìn)行，沿 （圍）0+185高噴試驗(yàn)區(qū)軸線在I、II、III區(qū)各布置1組檢查孔，取兩組芯樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)芯樣抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔取出的高噴芯樣水泥結(jié)石強(qiáng)度高、結(jié)石率高，呈灰色至深灰色，無(wú)空洞氣泡，無(wú)孔隙，膠結(jié)密實(shí)。上部芯樣含砂較少，下部芯樣含砂較多，平均采集率達(dá)80．5%。

5.4 鉆孔注水試驗(yàn)

注水試驗(yàn)鉆孔選在高噴軸線相鄰兩高噴孔中間位置，孔深為深入防滲底線上部1．8 m，鉆孔孔徑φ75 mm。向試驗(yàn)孔注入清水，使管中水位高出地下水位一定高度 （或至孔口）并保持固定不變，用水表測(cè)定其注入量，開(kāi)始每隔5 min測(cè)量一次，當(dāng)連續(xù)2次測(cè)量的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時(shí)，試驗(yàn)即可結(jié)束，取最后一次注入流量作為計(jì)算值。根據(jù)SL 345—2007《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》，計(jì)算得到注水試驗(yàn)成果見(jiàn)表4。從表4可以看出，滲透系數(shù)不大于1×10-5cm，符合防滲墻防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表4 鉆孔注水試驗(yàn)成果

5.5 圍井注水試驗(yàn)

圍井注水試驗(yàn)選用高噴灌漿I、II區(qū)，以及0-60子堰、0+185子堰拆除后形成的整個(gè)基坑圍井，將三區(qū)分別作為一個(gè)大型獨(dú)立圍井，將圍井抽水相關(guān)數(shù)據(jù)換算為圍井注水所需數(shù)據(jù)，計(jì)算圍井滲透系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，試段滲透系數(shù)在10-6～10-7cm/s之間，符合設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

桐子林水電站高噴防滲墻施工過(guò)程中，采用偏心跟管鉆進(jìn)，解決了在架空較嚴(yán)重的大塊石層中成孔難的問(wèn)題，采用高噴灌漿和控制性灌漿漿同時(shí)進(jìn)行的灌漿方式，成功解決了架空嚴(yán)重的地層中堵漏和成墻的難題。圍堰高噴防滲墻施工完畢后，基坑抽水情況表明：高噴防滲墻施工方案、方法、技術(shù)措施、工藝是正確的，施工是有效的，成功的。

表5 圍井注水試驗(yàn)成果

［1］ 劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：新潮出版社，2001.

［2］ 張啟岳.土石壩加固技術(shù)［M］.北京：水利水電出版社，1996.

［3］ 董哲仁.堤防除險(xiǎn)加固實(shí)用技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，2004.