淺談“噴灌結(jié)合”的綜合防滲加固處理技術(shù)

趙毅，唐慶東

(中國水電七局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川成都 611130)

1 概述

高壓噴射灌漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代初研究的一項壩體、壩基及圍堰隱患和防滲處理的新技術(shù)，其具有施工速度快、成本低、防滲效果好等優(yōu)點。但目前國內(nèi)高噴施工孔深30 m 以內(nèi)的居多，而超過30 m 的深孔高噴施工技術(shù)難度大、質(zhì)量風(fēng)險高，同時，由于高噴灌漿受地層匹配性的影響，其噴灌施工質(zhì)量的好壞對地層的依賴性較大。但受水利水電工程枯期、汛期水流特征及施工工期等的影響，高噴灌漿所具有的施工優(yōu)點使其在水利水電工程中仍然得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。

桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰高噴防滲墻施工規(guī)模大、孔深深、強(qiáng)度高、工期緊張、技術(shù)難度大，受復(fù)雜多變的地質(zhì)條件影響，給高噴防滲質(zhì)量的控制提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而圍堰防滲則屬關(guān)鍵施工控制性線路，其施工的成敗與否直接影響總體施工進(jìn)度及相關(guān)節(jié)點目標(biāo)的實現(xiàn)。本防滲工程不論是在組織實施，還是技術(shù)管理上均具有較強(qiáng)的探索性，在現(xiàn)場組織安排、技術(shù)可行性上均制定了詳細(xì)的設(shè)計和規(guī)劃，通過合理的組織與規(guī)劃，在技術(shù)難點及關(guān)鍵控制點方面采取了有針對性的處理措施，收到了良好的施工效果。

2 工程概況及圍堰地質(zhì)條件

桐子林水電站系雅礱江下游最末一個梯級電站，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，該電站總裝機(jī)容量為600 MW，總庫容為0.912億m3。本技術(shù)的應(yīng)用依托于桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰高噴防滲墻工程，其導(dǎo)流明渠圍堰布置于右岸河漫灘外側(cè)，高噴防滲設(shè)計縱向圍堰一條(圍)0-441.104～0+615.574，軸線長1056.678 m;另設(shè)計有橫向子圍堰兩條，將明渠基坑劃分為3個區(qū)段，(圍)0-60子圍堰長118.4 m，(圍)0+185子圍堰長79.3 m。本圍堰高噴防滲工程量為52000 m，防滲面積約45000 m2，施工工期2.5個月，最大施工孔深為52 m，單月施工強(qiáng)度達(dá)21000 m/月，在砂卵礫石、孤石及漂石地層中其施工孔深及強(qiáng)度均為國內(nèi)之最。

桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰基礎(chǔ)置于覆蓋層，通過現(xiàn)場地質(zhì)資料及地質(zhì)復(fù)勘孔揭示，該圍堰施工地質(zhì)情況復(fù)雜、地層結(jié)構(gòu)多變，孤石、漂石含量高，覆蓋層最大埋深達(dá)51 m，存在地下動水、承壓水等特殊地層，其地層結(jié)構(gòu)及具體分布如下:

(1)【(圍)0-441.104～(圍)0-074.0】段地層結(jié)構(gòu)以砂卵石及人工填筑層為主，孤石、漂石含量達(dá)50%，最大粒徑達(dá)3 m;

(2)【(圍)0-074.0～(圍)0+190.0】段地層結(jié)構(gòu)以砂卵石及粉砂質(zhì)粘土層為主，孤石、漂石含量為10%～20%;

(3)【(圍)0+190～(圍)0+615.574】段地層結(jié)構(gòu)以砂卵石、粉砂質(zhì)粘土層及人工填筑層為主，孤石、漂石含量達(dá)20%～30%;

(4)承壓水、地下動水富集區(qū)集中于【(圍)0-249.0～(圍)0-121.0】及【(圍)0+205.0～(圍)0+324.0】段。

3 技術(shù)方案論證與創(chuàng)新

桐子林水電站導(dǎo)流明渠圍堰施工地質(zhì)條件復(fù)雜、地層結(jié)構(gòu)多變，以砂卵石、粉砂質(zhì)粘土層及人工填筑層為主。局部地下承壓水、動水及孤石、漂石(含量高且最大粒徑達(dá)3 m)等特殊復(fù)雜地層分布極為廣泛，覆蓋層最大埋深達(dá)51 m，受其影響，高噴防滲施工質(zhì)量及風(fēng)險極高。經(jīng)過對地下水流場形態(tài)及地質(zhì)構(gòu)造的分析，結(jié)合對高噴灌漿的機(jī)理分析，筆者認(rèn)為高噴漿液有被帶走和稀釋的可能。因此，通過單一的高噴灌漿作為圍堰防滲的方案存在較大的質(zhì)量風(fēng)險，將對明渠基坑的順利開挖產(chǎn)生較大影響。

針對圍堰地質(zhì)情況復(fù)雜及特殊地層分布廣泛的施工難點，結(jié)合高噴灌漿的施工特點，課題組研究提出了“噴灌結(jié)合”的綜合防滲加固施工技術(shù)、在特殊復(fù)雜地段增加控制性灌漿的技術(shù)方案，采用復(fù)合速凝及膨脹類化學(xué)漿材，有效控制漿液的流動速度及范圍。在高噴灌漿前，對大塊石、孤石造成地層架空所帶來的鉆孔困難、漏漿以及地下動水、承壓水所造成的漿液被攜帶、稀釋等特殊地層，采取控制性灌漿的方法進(jìn)行預(yù)灌漿以改善地層，為高噴灌漿創(chuàng)造有利條件，為噴灌質(zhì)量提供強(qiáng)有力的保障。高噴灌漿結(jié)束后，在局部增加了控制性灌漿，對地下動水、承壓水及孤漂石地層等質(zhì)量風(fēng)險較高的特殊地段起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用;同時，通過對高噴灌漿資料進(jìn)行分析，對可能存在質(zhì)量隱患的部位起到了消缺的作用，以充分保證高噴墻體的均勻連續(xù)及防滲質(zhì)量。

4 “噴灌結(jié)合”的控制性灌漿施工方案

根據(jù)防滲要求及水泥漿液在砂礫石地層中的流動情況，并充分考慮了地質(zhì)情況及地下動水、承壓水和孤漂石架空等的影響，控制性灌漿漿液采用水泥及化學(xué)漿液兩種漿材，其中化學(xué)漿材用于動水及地下承壓水特殊地段，有效地控制了漿液的流動速度及范圍，充分保證了控制性灌漿的防滲體面積及厚度。采用控制性灌漿“噴灌結(jié)合”的綜合防滲處理方式進(jìn)行孔內(nèi)分段灌漿，通過設(shè)計改進(jìn)灌漿塞(模袋法)及化學(xué)灌漿混合器、配備化學(xué)漿材、合理優(yōu)化施工工藝，對覆蓋層基礎(chǔ)進(jìn)行了綜合防滲加固處理。

要充分考慮到特殊復(fù)雜地層對高噴灌漿質(zhì)量的影響程度和范圍，在鉆孔過程中詳細(xì)記錄各種特殊地層的分布狀況和特征，以制定有針對性的處理方案。“噴灌結(jié)合”綜合防滲加固處理技術(shù)的施工程序分為兩種:①控制性灌漿在高噴灌漿之前進(jìn)行以改善地層構(gòu)造，為高噴灌漿創(chuàng)造順利實施的條件以保證噴灌質(zhì)量;②控制性灌漿在高噴灌漿結(jié)束之后進(jìn)行，對存在質(zhì)量隱患的部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)消缺以確保墻體的均勻連續(xù)。

控制性灌漿的布孔范圍及參數(shù)根據(jù)不同復(fù)雜地層對高噴質(zhì)量的影響程度和范圍視具體情況而定，并結(jié)合高噴灌漿布孔方式進(jìn)行合理設(shè)置。其中方案①要充分考慮控制性灌漿對高噴灌漿質(zhì)量的影響和互補(bǔ)程度，可布置為單排孔、雙排孔及三排孔，單排孔與高噴軸線重合，雙排孔在高噴軸線兩側(cè)等距離布置(與高噴軸線的排距控制在0.6～0.8 m)，若為三排孔則其中間排孔與高噴軸線重合(排距控制在0.6～0.8 m)，其孔位布置要結(jié)合高噴孔進(jìn)行合理設(shè)置(嚴(yán)格控制，不得重疊);方案②對存在質(zhì)量隱患的部位局部增加了控制性灌漿并將其布置于高噴墻體后0.6～0.8 m，具體的孔位在兩高噴孔之間進(jìn)行布置;其多排孔按迎水排→背水排→中間排的順序進(jìn)行施工。

4.1 灌漿方式

控制性灌漿采用模袋法以高壓漿孔口膨脹阻塞與孔壁緊密結(jié)合，以阻塞位置不漏漿及地表不冒漿為原則;灌漿漿液采用化學(xué)漿材及純水泥漿液兩種，孔口設(shè)計安裝化學(xué)漿材與水泥漿液的簡易混合容器，以保證化學(xué)漿材與水泥漿液的充分混合;灌漿采用“孔口模袋阻塞，分段下設(shè)射漿管，孔內(nèi)分段灌漿”的方式。

4.2 灌漿壓力

灌漿壓力根據(jù)水頭大小設(shè)計，按照所承受的水頭大小確定每排一序孔的灌漿壓力。迎水及背水面灌漿孔采用限量灌漿或1倍水頭壓力控制;中間排灌漿孔結(jié)合水頭高度控制灌漿壓力，設(shè)計為1.5～2倍水頭壓力;二序孔較一序孔灌漿壓力提高了20%。

4.3 漿液配比

充分考慮不同復(fù)雜地層對灌注效果的影響程度，在不同的灌漿排數(shù)及特殊地段，分別采用不同的灌漿漿液進(jìn)行有針對性的灌注。

迎水排灌漿孔采用0.8∶1及0.6∶1兩種水灰比級，當(dāng)?shù)貙雍臐{量較大時，采用0.6∶1灌注;當(dāng)耗漿量較小時，采用0.8∶1灌注。

背水面灌漿孔設(shè)置三個水灰比級:1∶1、0.8∶1及0.6∶1，開灌水灰比為1∶1，當(dāng)?shù)貙雍臐{量較大時可逐級變漿加濃漿液灌注。

中間排灌漿孔設(shè)置四個水灰比級:2∶1、1∶1、0.8∶1及0.6∶1，開灌水灰比為2∶1;當(dāng)?shù)貙雍臐{量較大時可逐級變漿加濃漿液灌注。

純水泥漿液適用于中間排孔或較小的漏失地段，化學(xué)漿液適用于大的漏失、架空地層及受地下動水影響嚴(yán)重的地段，以便有效控制漿液的流動性及擴(kuò)散范圍。

4.4 灌漿過程控制

當(dāng)漿液消耗達(dá)到一定量后，若灌漿仍無回漿或壓力，應(yīng)根據(jù)具體情況摻加化學(xué)外加劑，并遵循以下原則:

(1)對于無架空、粒徑較小且水流速度相對小的地層，適當(dāng)加入一定量的膨脹材料，使?jié){液膨脹后充分填充小孔隙，以達(dá)到防滲效果。

(2)對于無架空、粒徑較小且水流速度相對大的地層，適當(dāng)加入一定量的膨脹和速凝類材料，使?jié){液在膨脹的同時加快凝固，從而減小漿液擴(kuò)散半徑，降低原材料消耗。

(3)對于架空地層、水流速度相對小的地層，直接使用砂漿進(jìn)行灌漿;當(dāng)出現(xiàn)回漿后，使用純水泥漿液進(jìn)行灌注，以保證較小的孔隙充填密實。

(4)對于架空地層、水流速度相對大的地層，在使用砂漿灌注的同時在漿液中還需加入速凝類化學(xué)材料和膨脹類材料。當(dāng)水流過大，漿液難以控制時，應(yīng)考慮雙管甚至三管配置化學(xué)控制液進(jìn)行灌注，同時嚴(yán)格控制水泥漿液與化學(xué)漿材的水膠比值范圍。

(5)在灌漿過程中出現(xiàn)漏失、注入量大、灌漿難于結(jié)束時，除采用化學(xué)漿液及穩(wěn)定漿液外，還需采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等措施。

5 結(jié)語

“噴灌結(jié)合”技術(shù)通過在工程中的成功運(yùn)用，使高噴防滲與控制性灌漿進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，對動水、地下承壓水、地層串通及架空等質(zhì)量風(fēng)險較高的特殊地段進(jìn)行了成功的處理，充分保證了高噴防滲墻的施工質(zhì)量，節(jié)約了明渠基坑的抽排水費用，為基坑的順利開挖創(chuàng)造了積極有利的局面。同時，將“噴灌結(jié)合”的綜合防滲加固處理技術(shù)運(yùn)用到高噴防滲墻中，拓展了一種對覆蓋層基礎(chǔ)進(jìn)行綜合防滲加固的基礎(chǔ)處理手段。此項技術(shù)的成功運(yùn)用，彰顯出其對高噴施工技術(shù)完善的作用。

［1］水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范，DL/T5200-2004［S］.

［2］水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范，DL/T 5148-2012［S］.

［3］李茂芳，孫釗.大壩基礎(chǔ)灌漿(第二版)［M］.北京:水利電力出版社，1987.