高壓旋噴樁防滲技術(shù)在華安水電站擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

顧新剛，蔣 凡

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434)

1 工程概況

華安水電站擴(kuò)建工程在已建華安水力發(fā)電廠樞紐基礎(chǔ)上，利用原電廠攔河閘壩，在九龍江原進(jìn)水口左岸上游2km處增設(shè)一岸塔式進(jìn)水口，經(jīng)引水隧洞和高壓管道引水至原電站廠房下游500m處新建廠房發(fā)電，布置兩臺(tái)單機(jī)容量為40MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。為滿足進(jìn)水口施工條件，在進(jìn)水口外側(cè)布置了施工圍堰。根據(jù)進(jìn)水口的地形地質(zhì)條件、水深情況，采用修筑土石順河圍堰擋水、上游來水通過束窄后的河床過流的導(dǎo)流方式。進(jìn)水口圍堰按全年5年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，河床束窄約48%，相應(yīng)導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為4600m3/s。

2 水文地質(zhì)條件

工程位于華安縣境內(nèi)的九龍江北溪干流的河段上，為一座引水式中型水電站，壩址控制流域面積6900km2，占九龍江北溪干流流域面積的71.6%。壩址處歷年各月平均流量見表1，進(jìn)水口不同頻率施工分期洪水成果見表2。

表1 進(jìn)水口處歷年各月平均流量

表2 進(jìn)水口各施工分期洪水成果 單位:m3/s

上游圍堰位于左岸進(jìn)水口上游沖溝側(cè)，下游位于進(jìn)水口下游沖溝附近，中間最遠(yuǎn)處距左岸約82m，跨過九龍江主河道，庫(kù)區(qū)正常蓄水位94.00m時(shí)，最大水深9～10m。河道主要為沖洪積砂卵石堆積，厚0.3～6.0m。下部為文賓山組灰色細(xì)粒石英砂巖、灰白色絹云母化砂質(zhì)硅泥巖、陽(yáng)起石化細(xì)粒閃長(zhǎng)巖夾薄層狀灰黑色炭質(zhì)粉砂巖等。左岸邊有坡殘積砂質(zhì)黏土覆蓋層，厚3～8m。圍堰底部發(fā)育F1、F101、F104三條斷層，F(xiàn)1斷層從圍堰上游端穿過，破碎帶寬8～15m，充填碎裂巖、斷層角礫巖，局部見有斷層泥。F101、F104兩條斷層的破碎帶寬0.5～2.0m，充填碎裂巖、斷層角礫巖。

3 圍堰結(jié)構(gòu)型式

圍堰采用拋填土石戧堤截流、黏土斜墻+土工布防滲及拋石護(hù)面防護(hù)的結(jié)構(gòu)型式。圍堰總長(zhǎng)約263m，由上下游圍堰和縱向圍堰組成，縱向圍堰距左河岸約81 m。上游圍堰堰前洪水位96.25m，堰頂高程97.80m，頂寬5m，迎水面坡度1∶3，背水坡度1∶2;下游圍堰堰前洪水位94.20m，堰頂高程96.00m，頂寬5m，迎水面坡度1∶3，背水坡度1∶2;縱向圍堰堰頂高程與上下游圍堰順接，圍堰總填筑方量約129088m3。下游圍堰斷面見圖1。

圖1 下游圍堰斷面 尺寸單位:cm

圍堰填筑完成后，現(xiàn)場(chǎng)在堰體中軸線鉆孔，進(jìn)行 黏土水泥漿灌漿處理。由于在堆石體上鉆孔和成孔困難，且難以形成有效、連續(xù)的防滲墻，經(jīng)試抽水發(fā)現(xiàn)圍堰灌漿處理防滲效果不理想。

4 高壓旋噴樁防滲處理措施

進(jìn)水口圍堰地質(zhì)情況為:以沖積砂礫石為主，夾雜部分卵石、漂石，堰體填筑料為塊石渣體，最大塊石粒徑大于1m，且原圍堰基礎(chǔ)與堰體接觸面未進(jìn)行認(rèn)真的防滲處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用高壓旋噴樁灌漿結(jié)合灌注膏漿的方案進(jìn)行防滲施工。

進(jìn)水口堆石圍堰防滲軸線長(zhǎng)約263m，布置一排孔，孔距0.75m(見圖2)，上、下游拐角處布兩排孔，排距0.75m，鉆孔均入基巖1m。鉆孔及高噴灌漿均分兩序施工。兩邊Ⅰ序孔施工完成后，方可施工中間Ⅱ序孔。各序孔的施工以不影響相鄰孔的施工為原則。各序孔均采用沖擊跟管鉆進(jìn)，終孔后，下入噴桿進(jìn)行高噴灌漿。

圖2 旋噴樁孔序布置

4.1 灌漿漿液配合比

高壓旋噴樁灌漿的漿液一般采用純水泥漿液，二管法噴射灌漿的水灰比為1∶1。根據(jù)施工實(shí)際情況選用其他漿液或摻加摻合料等，配置膏漿并經(jīng)試驗(yàn)確定配合比。經(jīng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)采用的高漿配合比及實(shí)際各材料配比用量見表3。

表3 高壓旋噴樁膏漿配合比及實(shí)際各材料配比用量

4.2 高壓旋噴樁施工工藝流程

沖擊成孔高壓旋噴樁灌漿施工工藝流程為:測(cè)量放樣→鉆機(jī)就位、校準(zhǔn)角度→跟進(jìn)套管鉆至基巖→測(cè)斜→下入薄壁性脆的護(hù)壁PVC管及注黏土漿→起拔套管→噴射灌漿臺(tái)車就位→試噴→下入噴管→靜噴→旋轉(zhuǎn)提升至設(shè)計(jì)頂高程→高壓噴射灌漿臺(tái)車移位。高壓旋噴樁灌漿工藝流程見圖3。

圖3 二管法高壓噴射灌漿工藝流程

4.3 高壓旋噴樁施工參數(shù)

該工程采用二管法進(jìn)行高壓旋噴，采用GZB-40高壓漿泵提供高壓漿，直接用高壓漿切割地層，以VF-6/7電動(dòng)空壓機(jī)供風(fēng)，以XGP-50型高噴臺(tái)車噴射提升。高壓旋噴樁施工參數(shù)見下頁(yè)表4。

4.4 鉆孔及高壓旋噴灌漿施工過程

該工程采用MGY-100鉆機(jī)沖擊跟管鉆進(jìn)，孔徑146mm，鉆孔傾斜度不大于1.5%。孔位采用儀器放樣并統(tǒng)一編號(hào)，孔位放樣后，鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆機(jī)呈水平狀態(tài)，穩(wěn)固后方可開孔，開孔孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于5cm?？咨畎词┕D紙控制，一般進(jìn)入基巖1.0m。

表4 高噴旋噴樁旋噴施工參數(shù)

膏漿灌漿孔灌漿采用“套管法”，即直接利用套管作為注漿管，在注漿管管口安裝蓋頭連接進(jìn)漿管和壓力表，采用自下而上分段、純壓式灌漿工藝，灌漿分段長(zhǎng)度為1.5～3.0m，膏漿采用臥式攪拌機(jī)制漿、GL-50螺桿泵灌漿。

套管法灌漿時(shí)，首先進(jìn)行孔底純水泥漿注漿，達(dá)設(shè)計(jì)壓力后，邊拔管邊灌漿，直至拔至覆蓋層面后，進(jìn)行覆蓋層段灌漿?？椎锥喂酀{結(jié)束后，在繼續(xù)灌漿的同時(shí)緩慢拔套管，當(dāng)拔管長(zhǎng)度超過1根套管長(zhǎng)度或出現(xiàn)壓力驟然下降或消失時(shí)停止拔管，進(jìn)行灌漿。

5 高壓旋噴樁防滲效果檢查

防滲施工結(jié)束后，采用鉆孔壓水和取芯試驗(yàn)以及開挖直觀檢查等方法檢查墻體質(zhì)量。

a.開挖檢查。高噴灌漿完成后，采用人工開挖的方法進(jìn)行直觀觀察，開挖深度為高噴墻頂以下2m左右，觀察墻體完整性、墻體搭接等情況，進(jìn)行照相、素描，最后用黏土等進(jìn)行分層夯實(shí)回填。詳見圖4。

圖4 高壓旋噴樁成樁情況

b.鉆孔取芯或注水試驗(yàn)。高噴灌漿完成且墻體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，高壓旋噴樁搭接部位采用XY-2型鉆機(jī)進(jìn)行取芯，開孔孔徑為130mm，終孔孔徑為110mm，將芯樣裝箱編號(hào)并進(jìn)行描述，并每孔選取墻體上、中、下部各一組芯樣進(jìn)行試驗(yàn)，包括抗壓試驗(yàn)和抗?jié)B試驗(yàn)等。注水試驗(yàn)可結(jié)合鉆孔取芯孔進(jìn)行，自上而下分段進(jìn)行，試驗(yàn)方法按《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》(SL 31—2003)執(zhí)行。注水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為滲透系數(shù) K≤i×10－5cm/s。

c.進(jìn)水口圍堰在高壓旋噴樁完成半個(gè)月后進(jìn)行抽水，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圍堰滲水量較小，采用水泵抽水后滿足圍堰基坑內(nèi)施工作業(yè)和安全要求。

6 特殊情況處理

a.高壓旋噴樁在灌漿過程中出現(xiàn)壓力突降或孔口返漿濃度驟增或返漿量異常等情況時(shí)，應(yīng)查明原因并及時(shí)處理。高壓旋噴樁灌漿過程中，孔內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿時(shí)，應(yīng)采取如下措施進(jìn)行處理:

1)孔口不返漿時(shí)應(yīng)立即停止提升噴桿，待孔口有返漿時(shí)再提升噴桿，孔口返漿量較少時(shí)應(yīng)減慢噴桿提升速度。

2)停止提升，進(jìn)行原位灌漿。

3)在水泥漿液內(nèi)按水泥重量的3%摻加水玻璃。

4)灌注水泥砂漿或水泥黏土漿。

5)從孔口向孔內(nèi)回填砂、黏土、米石等堵漏材料。

b.鉆孔過程中，若遇到大塊石集中帶或漏水量大的地段，在噴射灌漿之前，先回填有級(jí)配的礫石、砂、黏土，使該地層的大孔隙減少，在灌注穩(wěn)定性漿液或水泥砂漿至不吸漿后，再進(jìn)行水泥漿噴射。在地層交界處和大塊石、漂石的上下方應(yīng)停止提升，靜噴2～3min，并根據(jù)返漿情況對(duì)提升速度做適當(dāng)調(diào)整。在堆石、漂石等存在架空的地層中噴射灌漿時(shí)采取以下措施:

1)噴具停止提升，靜壓注漿，使架空地層全部充填密實(shí)，孔口返漿符合要求后才能恢復(fù)噴具提升。

2)降低噴射漿壓和風(fēng)壓，加濃漿液，增大供漿量，孔口摻砂、摻加速凝劑等。

噴漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)封堵被串孔，待高噴孔噴灌結(jié)束后應(yīng)盡快對(duì)被串孔進(jìn)行掃孔、噴灌或繼續(xù)鉆進(jìn)。

高噴灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷超過30min，要準(zhǔn)確記錄中斷位置，在恢復(fù)施工時(shí)，將噴桿下入中斷處以下50cm，對(duì)已噴段進(jìn)行復(fù)噴搭接;若噴桿下不到位，采取掃孔后再噴射的措施進(jìn)行處理，以避免出現(xiàn)斷墻。

7 結(jié) 語(yǔ)

華安水電站擴(kuò)建工程進(jìn)水口圍堰在庫(kù)區(qū)內(nèi)10m水深情況下先拋填土石料形成戧堤截流，再進(jìn)行外側(cè)黏土斜墻和護(hù)面塊石施工。施工時(shí)圍堰堰基清理不夠徹底，堆石體內(nèi)石塊之間的空隙較大，基礎(chǔ)底部有3條發(fā)育的斷層，黏土斜墻很難起防滲作用，是圍堰試抽水時(shí)防滲效果不理想的主要原因。采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲處理，并結(jié)合工程特點(diǎn)進(jìn)行漿液配比調(diào)整和高壓旋噴樁旋噴參數(shù)調(diào)整，形成防滲心墻，取得較好的防滲效果。

高壓旋噴樁在該工程深水區(qū)拋填所形成的土石圍堰防滲施工中的應(yīng)用，具有保證施工質(zhì)量，且工藝較簡(jiǎn)單適用的特點(diǎn)。