雅礱江桐子林水電站圍堰高噴防滲墻設計及施工

殷 莉，何長青，雷運華，龍軍飛

(1.四川二灘建設咨詢有限公司成都610051;2.二灘水電開發(fā)有限責任公司成都610051;3.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院成都610072)

1 工程概況

1.1 水文

本電站圍堰高噴防滲墻為枯期施工，受上游電站發(fā)電影響，流量為2 226 m3/s，在高噴防滲墻施工期間，由于上游電站發(fā)電流量不恒定，在圍堰處水位EL 988.00 m上下有約3.0 m左右的波動。

1.2 工程地質(zhì)

圍堰布置于右岸河漫灘外側(cè)，采用土石圍堰，堰頂軸線長1056.7 m，堰頂寬12.0 m，堰頂高程為994.0 m。圍堰高一般為6.0～16.0 m，最大堰高約16.0 m。圍堰基礎置于覆蓋層上。

圍0－441.104～圍0－176.0 m段覆蓋層厚3～23 m，分3層，主要為第③層的砂卵礫石層，底部局部分布有第①層砂卵礫石層厚約3 m，第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層呈透鏡狀局部分布，厚約4～6 m。下伏基巖為晉寧期混合巖，以Ⅳ級巖體為主，局部強風化Ⅴ級巖體。

圍0－176.0～圍0+365.0 m段覆蓋層厚20～38 m，亦為3層結(jié)構(gòu)，主要為第①、③層的砂卵礫石層，第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層。第①層砂卵礫石層厚約3～8 m;第③層的砂卵礫石層厚約3.5～10 m，局部地段尖滅;第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層厚約7～26 m，分布連續(xù)，具相對隔水性;圍0－176.0～圍0+254.0 m下伏基巖為晉寧期混合巖，以Ⅳ級巖體為主，局部強風化Ⅴ級巖體;圍0+233.0～圍0+254.0 m為F1斷層及其影響帶，圍0+254.0～圍0+365.0 m段下伏基巖為砂巖與頁巖互層。

圍0+365.0～圍0+615.574 m段覆蓋層厚9～29 m，上部為厚2～4 m砂卵礫石層(第③層)，下部(第②層)為厚6～25 m相對隔水的粉砂質(zhì)黏土層。下伏基巖為砂巖與頁巖互層。

第①、③層砂卵礫石層透水性較強，第②層的桐子林組粉砂質(zhì)黏土層為相對隔水層。

2 圍堰高噴防滲墻設計

2.1 防滲設計

1)一期圍堰堰頂高程為994.00 m，堰體堰基防滲統(tǒng)一考慮，采用相同的防滲型式，即:利用圍堰堰頂作為堰體堰基的高噴防滲墻的施工平臺。一期圍堰(圍)0－441.104 m～(圍)0+075.000 m、(圍)0+420.000 m～(圍)0+615.574 m范圍內(nèi)高噴防滲墻深度一般在30.0 m以內(nèi)，(圍)0+075.000 m～(圍)0+420.000 m范圍內(nèi)高噴防滲墻深度一般在40.0 m以內(nèi)，局部最深為51.0 m。

2)一期圍堰堰基及堰體防滲采用單排高壓旋噴全封閉防滲，設計樁徑1.2 m，樁間距為0.8 m。高噴防滲墻孔位布置見圖1。

圖1 高噴防滲墻孔位布置圖

2.2 高噴防滲墻技術指標及要求

1)高噴防滲墻應完整、連續(xù)，平均厚度≥80 cm，最小厚度≥40 cm。

2)高噴防滲墻滲透系數(shù)≤1×10－5cm/s。

3)砂卵礫石層(alQ3)、含漂砂卵礫石層(alQ43)中高噴防滲墻結(jié)石28 d抗壓強度≥5 MPa，青灰色粉砂質(zhì)黏土層(Q3t3)中高噴防滲墻結(jié)石28 d抗壓強度≥3 MPa。

4)高噴防滲墻下部深入巖基深度≥100 cm，上與防滲墻施工平臺平齊。

3 圍堰高噴防滲墻施工

3.1 施工臨建布置

高壓噴射注漿的施工場地要求平整、穩(wěn)固，凡遇有低洼、表土松散、緊臨邊坡的區(qū)域，采用回填、夯實、加固和邊坡坡腳保護措施。堰頂作為高噴施工通道，場面需要≥12 m寬度并且需要在其表面需鋪填30～50 cm厚砂礫石，便于施工機械的行走。在噴射注漿施工前，按施工圖紙及DL/T5200－2004規(guī)定的噴射注漿方法進行施工機械設備試運行。

施工場地布置要進行全面規(guī)劃，開挖排漿溝和集漿池，作好冒漿排放措施和環(huán)境保護措施。

3.2 高壓噴射注漿施工工藝

高壓旋噴灌漿施工工藝流程見圖2。

圖2 高壓噴射灌漿工藝流程圖

3.3 材料

3.3.1 水泥

高壓噴射漿液采用普通硅酸鹽水泥拌制，水泥強度等級≥32.5級。需要提高墻體強度時，采用42.5級水泥。

3.3.2 水

高壓噴射漿液拌和用的水質(zhì)要求符合相關規(guī)范中混凝土拌合用水的要求。

3.3.3 摻和料

為減緩水泥漿液沉淀速度，在硅酸鹽水泥中添加3%水泥重量的膨潤土和3%膨潤土重量的碳酸鈉。膨潤土的細度≥200目。

3.3.4 外加劑

各種外加劑的質(zhì)量需符合規(guī)范規(guī)定，其摻量需通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗確定。

3.4 施工設備

3.4.1 鉆孔設備:

擬投入阿特拉斯A66CB進口多功能全液壓履帶式鉆機。其特點是行走方便、鉆孔扭矩大、精度高、鉆孔效率高等。鉆機參數(shù)見表1。

表1 阿特拉斯A66CB鉆機性能參數(shù)表

3.4.2 空壓機

鉆孔供風配置油動移動式高風壓空壓機VHP750，其性能參數(shù)見表2。

表2 空壓機性能參數(shù)表

3.4.3 旋噴機

采用XL－50型旋噴機(見表3)，其特點是采用直動式負載反饋微調(diào)變量液壓系統(tǒng)、摩擦定位的專用閥、配備鉆塔垂直、動力頭回轉(zhuǎn)及提升速度的顯示裝置，完全滿足旋噴工藝要求。并采用橡膠履帶底盤裝載，行走、移動就位方便快捷。

表3 XL－50型旋噴機性能參數(shù)表

3.4.4 高噴灌漿泵

ZJB(BP)－50變頻高噴灌漿泵性能參數(shù)見表4。

表4 ZJB/BP－50高噴灌漿泵性能參數(shù)表

高壓旋噴注漿的所有施工機具和設備在現(xiàn)場施工前14 d報監(jiān)理人檢驗。

3.5 漿液

高噴施工前按施工圖紙對漿液性能的要求以及下列各項的規(guī)定進行漿液配合比試驗，并將試驗成果報送監(jiān)理人審批。

1)采用二重管法噴射注漿的水灰比為:1∶1～1.5∶1。

2)漿液存放時間:當環(huán)境氣溫10℃以下時，不超過5 h;當環(huán)境氣溫10℃以上時，不超過3 h;當漿液存放時間超過有效時間時，按監(jiān)理人指示，降低標號使用或按廢漿處理。

3)配合比試驗測試內(nèi)容應包括漿液拌制時間、漿液密度、漿液流動性、漿液的沉淀速度和沉淀穩(wěn)定性、漿液的凝結(jié)時間(初凝和終凝)以及漿液固結(jié)體密度、強度、彈性模量和透水性等。

3.6 現(xiàn)場高壓噴射注漿試驗

1)在現(xiàn)場高壓噴射注漿作業(yè)開始前，按施工圖紙的要求和監(jiān)理人指示，選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，并按室內(nèi)試驗選定的配合比進行高壓噴射注漿的工藝試驗，以選定布孔方式、孔距、排距和孔深以及噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數(shù)。

2)試驗結(jié)束后，根據(jù)監(jiān)理人指示鉆取芯樣進行固結(jié)體的均勻性、整體性、強度和滲透性等試驗，并將試驗成果提交監(jiān)理人。

3.7 高噴鉆灌施工方法

3.7.1 鉆孔

3.7.1.1 鉆孔方法

擬采用阿特拉斯A66CB型全液壓多功能履帶鉆機配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔，配Ф130～Ф 152 mm球齒合金偏心鉆頭，跟進套管采用Ф 140 mm無縫鋼管，絲扣連接。

3.7.1.2 鉆孔過程控制

按設計圖紙文件或監(jiān)理人指示放樣鉆孔，對基線、水準基點、樁位和樁基軸線定位點等，復核測量并妥善保護。

鉆機就位后，開孔偏差≤5 cm，孔深偏差≤20 cm。鉆孔施工時，采取防斜的措施，確?？仔闭`差＜1%。

鉆進過程中，詳細準確記錄鉆孔時遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進速度、鉆機及沖擊器運行情況判斷地下水位等情況。

3.7.1.3 終孔

鉆孔孔深深入強(弱)風化巖層1～2 m。終孔后，先取出全部鉆桿、鉆具，然后從φ140 mm跟進套管中下入薄壁φ100 mm的PVC管護壁，然后起拔φ 140 mm跟進套管。認真校測鉆具長度及PVC護壁管下置深度，檢查是否與孔深相符，并進行復核。

鉆進結(jié)束后，孔口妥善保護，繪制簡易鉆孔柱狀圖及說明，供高噴灌漿使用。

3.7.2 高噴制漿

3.7.2.1 漿液配制

水泥漿液隨配隨用，并在旋噴作業(yè)過程中連續(xù)不斷的攪拌。一次攪拌量為0.6 m3。

制漿材料進行稱重，稱重誤差＜5%，水泥等固相材料采用重量稱量法。

配制水泥漿液時，制漿固相材料采用專用器具稱量。加料順序為先加水，后加水泥，漿液攪拌均勻。采用高速攪拌機攪制漿液時，攪拌時間≥3 min。

膨潤土和碳酸鈉添加料先在容器內(nèi)稀釋攪拌均勻，然后倒入水泥漿液內(nèi)混合攪拌均勻。稀釋膨潤土和碳酸鈉用的水量計入總水量，膨潤土和碳酸鈉重量計入總灰重。

水泥漿液嚴格過濾，并按噴嘴直徑設置兩道過濾裝置:在制備水泥漿液的攪拌罐與泥漿泵吸漿攪拌罐之間設一道過濾網(wǎng)，在泥漿泵吸漿管尾部設一過濾器。

3.7.2.2 漿液質(zhì)量

漿液在使用前充分過濾，旋噴施工所用水泥漿液存放的有效時間，符合下列規(guī)定:①當氣溫在10℃以下時，≤5 h;②當氣溫在10℃以上時，≤3 h;③當漿液存放時間超過有效時間時，降低標號使用，必要時按廢漿液處理;④漿液存放時間控制漿體溫度在5℃～40℃范圍內(nèi)，如超出上述規(guī)定進行棄除。

不同生產(chǎn)批號的原材料的各種不同配比的漿液留取樣品制作試件進行漿液和漿液凝固體的物理力學性能試驗，并將成果資料報送監(jiān)理人。

3.7.2.3 高噴灌漿

鉆孔驗收合格后進行高噴灌漿，按先I后II最后III序孔的順序施工。

①漿液供應:在供漿過程中遇到故障，立即通知噴灌作業(yè)人員停止提升噴具，待事故妥善處理后再進行噴灌作業(yè)。供漿過程中隨時用比重秤測量漿液密度，工作結(jié)束后，統(tǒng)計該孔的各種灌漿材料用量;②旋噴機就位:將旋噴機移至孔位，將噴頭各部位做檢查和妥善保護，將噴射管下至設計深度，并與其他工序相互配合，做好準備工作;③噴具組裝及檢查:高噴灌漿施工采用兩管法，噴具直徑φ50，采用絲扣連接，連接處用O型圈密封。噴具組裝完畢后進行試噴，當壓力達到設計要求壓力后，一定時間內(nèi)無異常即可結(jié)束試噴，并保護好噴嘴。將噴具下入到PVC管護壁的孔內(nèi)，并確保噴具下入到設計深度;④高噴灌漿參數(shù):通過計算，樁徑D=1.2 m，孔距S=0.8 m，則最大墻厚⊿d=0.90 m＜1.0 m，因此，本標段高噴施工采用二重管法(簡稱“二管法”)施工。二管法高壓旋噴見參數(shù)表5。

表5 高壓旋噴注漿參數(shù)表

旋噴注漿過程中，按設計文件要求或監(jiān)理人指示進行檢查，調(diào)整高壓泥漿(水)泵或低壓泥漿泵的壓力、漿液流量、空壓機風壓和風量、鉆機旋轉(zhuǎn)和提升速度以及實際的漿液耗用量。

3.7.2.4 回填及封孔

為解決凝結(jié)體頂部因漿液析水和滲漏而出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，在旋噴作業(yè)完成后，由專人負責用鄰孔高噴冒漿自流充填進行孔口靜壓注漿，直到液面不再析水下降為止。

每噴漿孔施工完畢，用清水把漿泵和管路內(nèi)的殘留漿液全部噴射排出，鉆具及其它設備用低壓水沖洗干凈，并架起旋噴管設備，離地存放。

3.7.2.5 高壓噴射注漿旋噴成墻過程

1)高壓注漿設備的額定壓力和注漿量要符合施工圖紙要求，并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。

2)風、水、漿均需連續(xù)輸送，水泥漿液的高壓噴射作業(yè)不得停噴或中斷。

3)機具試運轉(zhuǎn)時的高壓水泵泵壓保持35～40 MPa，空壓機風壓保持0.7 MPa，泥漿泵泵壓保持2 MPa，同軸噴射。

4)水泥漿液進行嚴格的過濾，防止噴嘴在噴射作業(yè)時堵塞。

5)按監(jiān)理人指示定期測試水泥漿液密度，漿液水灰比為1∶1和 1.5∶1時，其相應漿液密度分別為1.5 g/cm3和1.37 g/cm3，當施工中漿液密度超出上述指標時，必須立即停止噴注，并調(diào)整至上述正常范圍后，方可繼續(xù)噴射。

6)因故停噴后重新恢復施工前，將噴頭下放30 cm，采取重疊搭接噴射處理后，方可繼續(xù)向上提升及噴射注漿，并記錄中斷深度和時間。停機超過3 h時，對泵體輸漿管路進行清洗后方可繼續(xù)施工。

7)施工過程中，經(jīng)常檢查泥漿(水)泵的壓力、漿液流量、空壓機的風壓和風量、鉆機轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量。當冒漿量超過注漿量20%或完全不冒漿時，按規(guī)定及時進行處理。

8)施工過程中根據(jù)監(jiān)理人指示采集冒漿試樣，每種主要地層應取冒漿試件不少于6組。

9)噴射作業(yè)完成后，連續(xù)將冒漿回灌至孔內(nèi)，直到漿液面穩(wěn)定為止。在黏土層或淤泥層內(nèi)進行噴射時，不得將冒漿進行回灌。

3.8 特殊部位的處理

根據(jù)地質(zhì)資料判斷，高噴灌漿部分區(qū)域存在孔深達40 m以上的深槽部位，最深孔達51 m。從高噴鉆孔孔斜率的精度要求分析，其偏斜率控制必須＜1%。按最大偏斜計算，孔深40 m的兩個相鄰孔，其孔底最大距離為0.8m+0.4m×2=1.6m，已遠＞樁徑1.2 m的搭接范圍。因此，該部位是高噴施工的重難點。為更好地保證孔間搭接質(zhì)量，保證防滲效果，常見的處理方式有:

1)鉆孔過程中嚴格控制孔斜率，要盡量減小鉆孔偏斜，保證鉆孔最大精度，防止孔底出現(xiàn)“開叉”過大的現(xiàn)象。必要時，還應結(jié)合偏斜方位角進行控制，若孔底的孔距過大，超過1.1 m時，應將偏斜孔回填后重新進行造孔作業(yè)，直至滿足要求。

2)調(diào)整灌漿參數(shù)，采用加大供漿量、提升灌漿壓力至上限值、降低提速及旋轉(zhuǎn)頻率等手段，加大漿液滲透及擴散范圍，使深槽部位樁徑適量加大，有效地增加單孔的防滲面積。

3)Ⅱ、Ⅲ序孔的提升速度不做調(diào)整，與Ⅰ序孔一致。

4)采用間歇提升噴灌方式，每提升1.0 m后靜噴3～5 min再繼續(xù)提升。

3.9 高噴施工質(zhì)量控制及保證措施

1)嚴格進行測量放樣，減小孔位誤差率，保證高噴灌漿孔的孔間搭接效果。

2)詳實記錄鉆孔作業(yè)情況，準確判斷各地層的埋深及地質(zhì)情況，為高噴施工提供準確的地層資料，便于高噴參數(shù)的調(diào)整。

3)遇復雜地層如含孤、漂石部位，詳細研究處理方案，在臨界面采用靜灌或靜噴的方式處理;在存在明顯漏失的部位采用降低提升速度、加大供漿量、調(diào)整噴射壓力等措施進行處理。

4)如遇架空、存在大的滲漏通道時，可視具體情況在噴灌過程中向孔內(nèi)投放粗砂或豆石等，使其盡快堵住滲漏通道，保證灌漿效果。

3.10 基礎防滲資源配置

高噴防滲墻施工總面積為29 400 m2，按設計孔間距0.8 m換算，高噴施工鉆孔總進尺和灌漿量為36 750 m。結(jié)合施工進度安排，高噴防滲墻施工占用直線工期45 d，平均施工強度為816.7 m/d。

根據(jù)施工經(jīng)驗分析，在本工程圍堰覆蓋層中鉆孔灌漿，A66CB鉆機鉆孔生產(chǎn)能力最低可達到150 m/d，XL—50旋噴機噴灌生產(chǎn)能力最低可達到70 m/d。因此，在保證設備生產(chǎn)能力稍有富余的前提下，投入A66CB鉆機和KM803—2共6臺和12臺XL—50旋噴機即可滿足高噴防滲墻施工。

鉆孔生產(chǎn)能力=6臺×150m×45d=40500m＞36750m，滿足鉆孔需求。

灌漿生產(chǎn)能力=12臺×70m×45d=37800m＞36750m，滿足灌漿需求。

4 結(jié)語

桐子林水電站一期圍堰地質(zhì)條件較復雜，堰體堰基分4種地層，經(jīng)分析比較，為滿足工期要求，采用了單排高噴灌漿閉氣防滲，高噴灌漿最深約51.0 m，為國內(nèi)少見，堰體及堰基通過灌漿處理，基本“滴水不漏”，設計及施工均非常成功。

[1]中國水利水電基礎工程局.DL/T5200—2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范[S].北京:中國電力出版社，2004.

[2]中國有色金屬工業(yè)西安勘察院.中國有色金屬工業(yè)西安勘察院.YSJ210—90 YBJ43—92高壓旋噴注漿技術規(guī)范[S].西海:西安交通大學出版社，

[3]南京水利科學研究院.DL/T5100—1999水工混凝土外加劑技術規(guī)程[S].北京:中國電力出版社，1999.

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